Из какого металла делают кованые изделия

Обновлено: 16.05.2024

Для того чтобы готовое кованое изделие стало не только украшением, но и его защитой, необходимо использовать качественный металл и сплавы.

Для изготовления кованых изделий применяют:

Железо;
Чугун;
Сталь и ее виды;
Алюминий и его сплавы;
Медь и ее сплавы;
Латунь;
Бронзу;
Мельхиор;
Нейзильбер.
Железо

Железо - блестящий серебристо-серый металл. Плотность железа — 7,874 г/куб, см (при 20 °С). Температура плавления — 1539 °С, температура кипения — около 3200 °С. Широкая распространенность железа сочетается с ценными физическими и механическими свойствами.

Свойства железа

Железо пластично и легко поддается механической обработке: резанию, ковке, штамповке, прокатке и т.п. Железо обладает сильным магнетизмом. При нагревании до 769 °С (так называемой "точки Кюри") железо теряет магнитные свойства и остается немагнитным при всех дальнейших превращениях. Изменение температурного режима обработки железа приводит к перестройке его кристаллической структуры, что сопровождается изменением физических характеристик металла.
В условиях высокой влажности железо легко окисляется и покрывается ржавчиной. Одним из наиболее эффективных методов защиты железа от коррозии является воронение — термическая обработка при температуре выше 600°С, в результате которой металл покрывается тонкой окисной пленкой.

Железо, содержащее минимальное количество примесей, обладает высокой коррозийной стойкостью, сравнимой со стойкостью благородных металлов. Однако получение чистого железа затруднено и стоит очень дорого. Поэтому в практической деятельности человека используются всевозможные железные сплавы, среди которых особое место занимают железо-углеродистые металлы: сталь, чугун и ферросплавы. Добавление углерода изменяет свойства железа, как бы делает его другим металлом с иными физическими свойствами, более пригодными для практических целей. Именно стальные или чугунные изделия принято называть "железными”. Железо это основной материал из которого изготавливаем кованые ворота, решетки и заборы.

Чугун

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (обычно около 4 %). Кроме упомянутых элементов, чугун содержит примеси кремния, марганца, фосфора, серы и др. Для изготовления кованых изделий из чугуна используют только метод литья, так как из-за высокого содержания углерода чугун не поддается ни ковке, ни сварке.

Сталь

Сталь — это сплав железа с углеродом, процент которого не превышает 2 %. В отличие от чугуна, сталь легко поддается пластической деформации, особенно при высоких температурах. Именно данное свойство стали сделало ее самым популярным металлом для ковки. Физические, а значит, и технологические свойства стали, в первую очередь, зависят от процентного содержания образующих ее элементов: углерода и дополнительных примесей, неизбежных в процессе производства. Применительно к углероду, общее правило таково: с повышением процента содержания углерода повышается упругость сплава, но уменьшается его ковкость.

Углеродистая сталь

Сталь, содержащая до 1,7 % углерода, называется углеродистой.
Для ручной ковки больше всего подходит поделочная сталь с низким содержанием углерода (от 0,1 до 0,3 %) и-легирующих добавок (до 1 %). Это мягкий и пластичный металл, который легко куется, хорошо сваривается, без труда режется и поддается химической обработке. Согласно ГОСТУ 380-71 поделочная сталь имеет марки от 0 до 6. В специальной литературе поделочные стали обозначают буквами "Ст".

Чаще всего для кованых изделий используют малоуглеродистую сталь марок СтО, Ст1, Ст2 и СтЗ, которые хорошо гнутся, прекрасно поддаются сварке и не закаливаются. Такая сталь содержит до 0,23 % углерода. Из стали СтО изготавливают строительную арматуру, ограждения и другие конструкции малой прочности. Сталь Ст1 и Ст2 используют для создания сварных конструкций, фланцев, болтов. Сталь СтЗ идет на изготовление железнодорожных костылей, гвоздей, болтов, гаек и прочих метизов.

Среднеуглеродистая (конструкционная), сталь содержит до 0,85 % углерода. Такую сталь отличает хорошая ковкость и закаливаемость, но она плохо поддается сварке. В промышленных условиях из нее изготавливают подавляющее большинство металлических изделий.

Для производства инструментов и частей механизмов, подвергающихся значительному износу, используют высокоуглеродистую, или инструментальную, сталь, содержащую от 0,6 до 1,35 % углерода. Такая сталь с трудом поддается ковке и сварке.

Кроме углеродистой стали, инструменты изготавливают из быстрорежущей стали, которую маркируют буквой "Р", и шарикоподшипниковой стали, обозначающейся буквой "Ш". Быстрорежущая сталь выдерживает большую температуру при высокой скорости резания, поэтому из нее делают сверла по металлу, токарные резцы и фрезы. Шарикоподшипниковая сталь отличается высокой прочностью и низким коэффициентом трения.

Легированная сталь

Углеродистая сталь с добавками хрома, никеля, молибдена, вольфрама и других элементов, называется специальной, или легированной (от немецкого глагола "legieren" — "сплавлять"). Легирующие элементы, так или иначе, влияют на свойства сплава в целом.

Незначительные примеси кремния и марганца не оказывают существенного влияния на качества углеродистой стали. Обычно содержание кремния в стали не превышает 0,3 %, а содержание марганца — 1 %. Большой процент марганца снижает вредное воздействие примеси серы, делая сталь более прочной и твердой. Значительные добавки кремния увеличивают упругость и твердость металла, но снижают его свариваемость и вязкость.

Даже незначительные примеси серы или фосфора резко снижают пластичность металла. Содержание серы более 0,04 % провоцирует красноломкость металла — хрупкость в горячем состоянии, а наличие фосфора более 0,05 % вызывает хладноломкость — хрупкость при низких температурах. Примеси серы и фосфора образуются в процессе выплавки стали.
Примеси хрома и вольфрама увеличивают прочность и износостойкость стали, но одновременно делают ее менее пластичной. Такую сталь сложно ковать, так как она сохраняет твердость при температуре красного каления (около 600 °С). Из-за сниженной теплопроводности сплава нагрев заготовки осуществляется очень медленно.

Добавка ванадия сказывается на поделочной стали положительным образом: значительно увеличивает его ковкость и уменьшает образование окалины.

Примесь никеля повышает прочность стали, делает ее более устойчивой к коррозии. Примесь молибдена придает стали жаропрочность, а также повышает ее вязкость.

Легированные стали обычно используют для изготовления металлообрабатывающих инструментов. Алюминии и его сплавы

Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета.

Плотность алюминия — 2,699 г/куб, см.
Прочность чистого алюминия — 60-80 Мн/м2 (то есть 6-8 кгс/мм2).
Температура плавления — 660,24 °С, температура кипения — около 2500 °С.

Алюминий обладает невысокой прочностью и хрупкостью. Металл очень пластичен: легко протягивается в проволоку и прокатывается в фольгу толщиной около 0,005 мм. Алюминий — прекрасный проводник электричества. Поверхность металла всегда покрыта тончайшим слоем естественной прозрачной пленки, которая мгновенно восстанавливается даже в случае ее повреждения. Окисная пленка защищает металл от воздействия воздуха, воды и некоторых кислот, поэтому изделия из алюминия не подвержены коррозии и не изменяются ни на воздухе, ни в воде. Благодаря пленке алюминий отражает около 90 % падающих на него световых лучей.

Алюминиевые сплавы — сплавы алюминия с добавками других элементов — обладают прочностью, легкостью, устойчивостью к действию атмосферы и воды. Прочность алюминиевых сплавов превышает прочность чистого алюминия в 10 раз, что позволяет создавать из них относительно легкие, но долговечные конструкции.

Алюминиевые сплавы делят на литейные и деформированные. Деформированные сплавы легко поддаются ковке. Обычно их используют для ковки изделий, испытывающих значительные нагрузки. Добавка к алюминию того или иного элемента приводит к изменению его свойств. В зависимости от физических свойств деформированные сплавы алюминия образуют 2 группы: высокопластичные сплавы с магнием и марганцем (маркируют буквами "Амг");
прочные сплавы с цинком ("В"), кремнием ("АВ") и медью ("Д").

Первые отличаются высокой пластичностью и хорошей устойчивостью к коррозии. Они хорошо куются в холодном виде и поддаются сварке. Вторые обладают повышенной прочностью и одновременно ковкостью.

Медь и ее сплавы

Медь — мягкий металл красного цвета. Плотность меди — 8,96 г/куб, см.
Температура плавления — 1083 °С, температура кипения — 2600 °С.

Хоть медь и является мягким металлом, при холодной ковке она уплотняется и становится достаточно твердой. Не поддается закалке. Со временем медные изделия, находящиеся во влажных условиях (при влажности выше 75 %), покрываются зеленоватым налетом — патиной. Патина придает изделиям из меди красивый старинный вид. Сплошная патина, без дефектов, предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Естественная пленка редко бывает безукоризненной, без разрывов, поэтому надежнее защищает медное изделие искусственная патина.

Латунь

Латунь — сплав меди с цинком (до 38 %).
Латунь — это прочный, но легко обрабатываемый металл золотисто-желтого цвета. Она меньше, чем медь, окисляется, обладает большей прочностью, но и меньшей пластичностью. Современная промышленность выпускает 7 марок обыкновенной и 18 марок специальной латуни. Обыкновенные латуни используют для изготовления тонкостенных изделий, труб, колес, шестеренок и т.п. Специальные, или легированные, латуни содержат добавки алюминия, свинца; никеля, марганца, железа и прочих элементов. Все специальные латуни отличаются красивым цветом, интенсивным блеском, повышенной прочностью и коррозийной стойкостью.

Латуни с добавкой алюминия (0,4-2,5 %) по внешнему виду похожи на золото. В ювелирном деле применяется латунь с 2,5 % алюминия и 2,5 % цинка, которая по внешнему виду практически не отличается от золота 583-ей пробы.
Для ручной ковки обычно используют марки латуни с высоким содержанием меди: Л62, Л68, Л80, Л90 и др. Цифры в маркировке обозначают процент содержания меди. Так, латунь марки Л90 содержит 90 % меди. Также в кузнечном ремесле используют специальные латуни с легирующими добавками.

Бронза

Дефицит и дороговизна олова способствовали вытеснению оловянной бронзы сплавами меди с добавлением других элементов: алюминиевой бронзой (с добавкой 5-10 % алюминия),
свинцовой бронзой,
кремниевой бронзой,
исключительно долговечной бериллиевой бронзой (с добавлением 2 % бериллия).

В медно-никелевых сплавах основной добавкой к меди является никель. Такие сплавы отличаются от латуни и бронзы красивым серебристо-белым цветом. К медно-никелевым сплавам относят мельхиор и нейзильбер, которые используют для изготовления столовых приборов, домашней утвари и художественных изделий.

Мельхиор

Мельхиор - сплав меди с добавкой 5-33 % никеля. Металл устойчив к действию агрессивных сред (включая морскую воду и горячий пар); отличается большой твердостью и в то же время тягучестью и ковкостью. Хорошо обрабатывается в холодном состоянии. Мельхиор широко используют в производстве ювелирных изделий и посуды, которые потом нередко подвергают серебрению.

Нейзильбер

Нейзильбер — сплав меди, никеля (5-35 %) и цинка (13-45 %). Это стойкий к действию влаги, органических кислот и солей металл с красивым серебристым цветом. Отличается высокой твердостью и упругостью. Используют в производстве медицинских инструментов, посуды и, конечно же, ювелирных изделий.

Copyright © 2004-2022 ООО "Альтаиста"
Бизнес портал. Деловая сеть предпринимателей. Бизнес. Инновации. Технологии
Портал разработан ООО "Альтаиста"

Горячая ковка металла

Горячую ковку металла можно без преувеличения назвать видом искусства. На начальном этапе подбирается металл. Затем определяется температура нагрева и в соответствии с технологией с помощью станков и инструментов выполняются осадка, протяжка, прошивка и другие операции. Горячую ковку можно выполнять и домашних условиях, для чего, как минимум, нужно соорудить горн и подобрать оптимальное топливо.

Где искать и как выбрать металл

Горячей ковке поддаются как цветные металлы, так и черные, например, сталь. Температура обработки зависит от их физических и химических свойств. Титан куется при 900-1600 °C, железо — при 800-1250 °C, медь — при 650-1000 °C, алюминий — при 400-480 °C. Сталь выбирается в зависимости от содержания углерода в своем составе (ГОСТ 380-71). Подходящие марки — Ст0, СТ1, СТ2 и другие. Для изготовления художественных изделий обычно используется стали ДО и 15.

Таблица 1. Определение по искре марок сталей

Марки стали

Восприятие искры

Нити тонкие, разветвлений искр немного

Разветвлений мало, нити немного гуще, чем Ст3 (Ст2)

Нити острые, звездочек немного, ветви расходятся незначительно

Разветвлений звездочек уже больше

Ветви расходятся еще значительней

Концы нитей тонкие, звездочек и разветвлений много

Звезды густые и мелкие

Разветвление существенное, звездочки круглые, концы нитей острые

Мягкий и пластичный алюминий подходит для создания декоративных деталей: на его поверхности при подогреве появляется защитная оксидная пленка. Медь — универсальный материал, который куется и в холодном, и в горячем состоянии: применяется для оформления композиций под старину. Изделия из латуни выглядят элегантно, но температура ковкости этого металла находится в диапазоне 10 °C. Бронза отлично куется, обладает красивым оттенком: материал востребован при оформлении готических и классических интерьеров.

Важно: Домашние мастера могут купить прутки и другой прокат для горячей ковки в специализированных строительных магазинах. Но дешевле и практичней будет приобрести полуфабрикат на слесарном складе ЖКХ, в пункте приема металлолома, на участках возведения объекта.

Оборудование для ковки

Требуемая температура заготовки достигается с помощью горна или муфельной печи. Ковка разогретого металла выполняется на наковальне. Для изготовления из полуфабриката изделия используются кувалды, молотки, зубила и подсечки. А также подбойки, обжимки, гладилки, пробойники, плиты и клещи.

Используемые инструменты

Основная работа по деформации металла выполняется боевыми молотами: тупоносыми, остроносыми продольными и поперечными. Для управления ударами мастера и мелких работ используются кузнечные молотки. У них задки бывают шарообразными, поперечными и продольными. Для разделения металла используются зубила и подсечки. Если первые бьют по заготовке, то вторые при рубке вставляются в специальное отверстие в наковальни, сверху накладывается материал, затем операция выполняется ударным инструментом.

Нижние и верхние подбойки используются для удлинения заготовки за счет её сужения в поперечном сечении. Для сглаживания неровностей поковок и достижения их требуемых формы и размеров применяются обжимки. Задача гладилок заключается в выравнивании материала после ударов кувалдой. Для создания в поковках отверстий используются пробойники. Утолщения головок в стержнях выполняется с помощью многорядных и простых гвоздилень.

У формы — массивной плиты — имеется множество разных по конфигурации верхних отверстий и боковых ручьев. Первые нужны для пробивки скважин в заготовках. Вторые применяются для протяжки поковок. Для извлечения из горна раскаленных заготовок и их удерживания при ковке используются клещи.

Применяемые станки

Муфельная печь используется для разогрева заготовки до требуемой температуры. В конструкции имеется муфель — узел, который защищает полуфабрикат от соприкосновения с топливом (газом, углем, дровами, составами перегонки нефти) и продуктами сгорания. При ковке используются две печи: в одной элементы проходят весь цикл от нагрева до финишного этапа, в другой проходит процесс только до охлаждения. По ходу эксплуатации один муфель забирается, другой ставится на его место.

Кузнечный горн предназначен для нагрева заготовок. Его конструкция включает в себя 5 узлов:

стойкий к воздействию огня ствол;
оснащенный колосниковой решеткой очаг;
система подачи воздуха и его отбора;
предусмотренные для длинных заготовок рабочие окна;
выводящий продукты горения дымоход.

Принцип действия горна основан на восстановительной способности углерода. Благодаря этому качеству заготовка не окисляется. Чтобы этот процесс не происходил, также следует настраивать подачу воздуха: его должно быть ровно столько, сколько нужно для сгорания углерода: если произойдет пресушивание, то металл станет излишне хрупким.

Технология метода горячей ковки стали

Ковка начинается с подогрева заготовки в муфельной печи или горне, затем горячий металл посыпается кузнечным флюсом. При обработке стали выполняются такие операции:

по требуемым размерам раскаленный полуфабрикат разделяется на части;
проводится прорубка — наружная обработка поверхности заготовки;
отсекаются от металла лишние фрагменты, в результате получается черновой вариант изделия;
выполняется вытяжка, после которой заготовка становится длинней и у́же;
с помощью специнструмента пробиваются отверстия различной формы;
если требуется, заготовке с помощью шаблона (или без него) придается нужный изгиб;
на завершающей стадии после дополнительных операций выполняется отделка.

При горячей ковке выполняются осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка и разгонка. По ходу осадочных работ заготовка увеличивается в сечении и уменьшается в высоте. При высадке на поверхности делается утолщение. В этом случае длина полуфабриката также уменьшается. Протяжка — еще один кузнечный прием, при котором заготовка удлиняется и становится тоньше.

При прокатке разогретый материал обретает цилиндрическую форму: по ходу горячей ковки такого типа заготовка оборачивается вокруг своей оси. Раскатка предусматривает обработку кольцевого полуфабриката, который в процессе обработки меняет свои внутренний и наружный диаметры. При разгонке металлический предмет становится шире.

Внимание: Прошивка — операция, при выполнении которой получается сквозное отверстие с помощью пробойника.

Преимущества и недостатки горячей ковки

Метод горячей ковки не предусматривает изготовление однотипных изделий. Поскольку при этой трудоемкой работе затрачиваются значительные человеческие ресурсы, то уникальные художественные композиции стоят недешево.

Таблица 2. Преимущества и недостатки горячей ковки

Плюсы горячей ковки

Минусы горячей ковки

Эксклюзивность продукции: абсолютно одинаковые изделия отсутствуют

Низкая скорость изготовления

Широкий ассортимент: он ограничивается только фантазией кузнеца и заказчика

Доступно изготовить изделие любой дизайнерской сложности

Невысокая точность при соблюдении размера

К подбору исходного материала не выдвигаются строгие требования

Невозможность массового производства

После горячей ковки упрочняется металл

Обработанный горячим способом металл слабо подвергается коррозии и окислению

У продукции горячей ковки высокая престижность

Технология горячей ковки может подразумевать использование такого оборудования, как машинный, паровой или гидравлический молот. Но основная работа все равно выполняется руками.

Чем отличается холодная ковка от горячей

Холодная ковка — современный метод деформации металла. Изделия, производимые таким способом, носят преимущественно утилитарный характер — речи об эксклюзивности здесь идти не может. Причина в особенностях технологии: заготовки вырезаются на машинах, затем без нагрева гнутся на станках, после этого соединяются сваркой. Для создания холоднокованой продукции требуется значительно меньше времени, чем для изготовления композиций горячим способом. Что естественно, стоят они относительно дешево.

Горячая ковка — вид искусства, которое предусматривает изготовление вручную эксклюзивных, декоративных и функциональных изделий. По ходу работы металл разогревается до высочайшей температуры, после чего заготовкам придается нужная форма с помощью ручных инструментов и художественных приемов. В завершение готовое изделие погружается в холодную воду для закалки материала. Продукция горячей ковки стоит относительно дорого, поскольку в процессе трудоемкой работы требует высокого профессионализма мастера-кузнеца.

Горячая ковка металла своими руками

Как сделать горн для ковки в домашних условиях

Горны бывают твердо-, жидко- и газотопливные, стационарные и переносные, с очагом закрытым и открытым. В конструкции, работающей на газу, намного больше преимуществ, чем у аналогов. Среди плюсов: экономичный топливный расход, высокий КПД, отсутствие скапливания серы.

Газовый кузнечный горн, состоящий из печи и горелки, делается своими руками в таком порядке:

для конструкции оборудования подыскивается металлическая емкость: в ее качестве можно использовать ведро или бочонок;
под систему подачи газа сбоку проделывается отверстие, для чего используется электродрель с коронкой;
из муфт и кусков труб собирается горелка;
снизу емкости для ножек горна просверливаются отверстия: крепеж стоек выполняется гайками и длинными болтами;
футеровка очага создается из алебастровой засыпки с добавлением песка и воды: для устройства внутренних стенок используется керамическая труба;
после изготовления футеровки под подачу топлива проделывается отверстие.

Для создания газового горна также подходит огнеупорный кирпич. Он между собой скрепляется с помощью глины. В построенной конструкции под имеющуюся газовую горелку просверливается отверстие.

Важно: Пропанового топлива, продающегося в баллонах, будет достаточно для нагрева заготовок из большинства марок сталей до нужной температуры.

Подбор температуры для ковки стали

При правильном нагреве металла достигается ковочная температура, которая равномерно распределяется по длине и толщине, а также сохраняется целостность и образуется минимальный слой окалины. Эти условия выполняются, если достигнуты нужные параметры предела, продолжительности и скорости нагрева заготовки.

Таблица 3. Температурные ковочные интервалы для сталей и цветных сплавов

Перегревать заготовки нельзя, ибо на поковке образуются трещины и рваные участки. Скорость определяется теплопроводностью металла, которая зависит от химического состава и толщины обрабатываемого полуфабриката. На продолжительность накаливания влияют скорость нагрева и тип муфельной печи или горна.

Топливо для ковки металла дома

Газообразное топливо, быстро смешиваясь с воздухом, сгорает полностью, в результате металл фактически не окисляется при подогревании. Но при его использовании нужно иметь кузнечный горн закрытого типа и соблюдать правила безопасности. Жидкое топливо чаще используется для растопки нагревающего металл оборудования. Полноценно применяется редко, поскольку требует использования дорогостоящих устройств. Твердое топливо, если оно качественное, создает короткие языки пламя и хорошо спекается.

Внимание: У домашних мастеров наибольшей популярностью пользуется кокс, древесный и каменный уголь.

В домашних кузницах обычно используется древесный уголь. Это топливо имеет высокое качество, недорого стоит, но быстро сгорает, поэтому его требуется много. Каменный уголь в мелких зернах хорошо поднимает температуру, но по ходу ковки нужно постоянно следить за чистотой огня и высотой пламени. Стоимость кокса выше, но расход его в 4 раз меньше. Помимо того, при сгорании этого топлива с высоким КПД отсутствует копоть.

Ошибки при ковке в домашних условиях

Рис. Метод определения марки стали по искре

Если заготовку нагреть недостаточно, то в ней появятся трещины. Поэтому при горячей ковке дома требуется строго соблюдать температурный режим: переходить пределы интервала от tн до tк нельзя. Нужно предварительно, зная марку металла, сверится с таблицей 3. Если материал не покупался в магазине, а приобретался в пункте сдачи металлолома, рекомендуется по таб. 1 и вышеприведенном рисунке определить марку материала, исходя из цвета и внешнего вида искры.

Какой металл для ковки лучше

На вопрос, какой металл для ковки лучше, ответить сложно, поскольку у каждого из них свои преимущества и особенности. Имеются и незначительные недостатки. Обрабатывать можно ковкий чугун. Хороша для создания красивых, экстравагантных и практичных изделий мягкая углеродистая сталь. Отличные поделки получаются из цветных металлов.

Виды чугунов

Марка чугуна определяется содержанием углерода (более 2,14%) и других компонентов. В зависимости от состава материал разделяется на несколько видов.

Белый. Углерод в сплаве содержится в цементите. Металл этой марки обладает хорошими износостойкостью и твердостью. В то же время материал плохо обрабатывается на металлорежущих станках. Чугун разделяется на доэвтектический, эвтектический и заэвтектический. Наибольше углерода у последнего — до 6,67%.
Серый. Отливки из него производятся с помощью форм, созданных литьем из стали. Такой чугун используется в основном в машиностроении. Сплав не переносит ударов, поэтому из него изготавливаются изделия, на которые не оказываются механические воздействия. Среди них подшипниковые чашки и колесные клиноременные передачи.
Ковкий. Металл, в котором углерод находится в форме хлопьев, производится из белого чугуна. Для получения заготовок сырье нагревается и выдерживается при заданной температуре в течение требуемого времени. Этот процесс именуется томлением.
Высокопрочный. Углерод в структуре этого металла находится в шаровидном состоянии. Чтобы получить нужную форму в сырьё при производстве вводится магний. Благодаря высокой прочности чугун по характеристикам напоминает углеродистую сталь. Из материала создаются коленвалы, поршни, элементы тормозной системы.

Важно: Включения в разных чугунах могут иметь вид пластин, шаров и хлопьев. В составе ковкого чугуна находятся хлопья.

Особенности производства ковкого чугуна

Для создания ковкого чугуна нужны белые отливки. Углерод в их структуре связан с “Fe” — находится в составе цементита, называемого еще карбидом железа. Когда заготовки отжигаются при температуре 950-970 °C, из аустенита и цементита высвобождается графит. Аустенит — железо с гранецентрированной решеткой. В результате графит кристаллизируется до образования хлопьев. Последние окончательно формируются в чугуне при температуре от 720 до 760 °C.

Термический отжиг проходит 2-этапно. Вначале заготовки подогреваются до t 950-1000 °C и выдерживаются в таком состоянии до завершения распада связи аустенита и цементита. В результате первый остается, а второй замещается графитом. Затем заготовки понемногу охлаждаются до температуры от 720 до 760 °C, после чего аустенит выделяет вторичный цементит, который входит в структуру перлита. Последующее охлаждение приводит до распада перлита на 2 компонента — графит и феррит.

Разновидности ковкого чугуна

Чугун отливается по разным технологиям отжига. В зависимости от них разделение ведется на три категории.

Перлитный. Включает в себя перлит и графит в виде хлопьев.
Ферритный. В состав входят феррит и графит такого же вида.
Ферритно-перлитный. Состоит из феррита, перлита и графитовых хлопьев.

Пудлинговый чугун мягкий при нагревании и очень устойчивый к коррозии. Подходит для художественной ковки горячим методом. Древесноугольный чугун после обжига становится также очень мягким и податливым. Даже при холодной ковке на нем не образуются трещины. Подходит для создания металлических декоративных изделий.

Свойства ковких чугунов

На свойства и теххарактеристики ковкого чугуна влияет количество в составе углерода. Последний находится обычно в виде графита и кремния. Для характеристик перлитового металла для ковки также важно количество марганца и хрома. Структура напрямую отображается на свойствах, к примеру, у перлитного отливка выше твердость и ниже пластичность, чем у ферритного аналога. Графитные включения в состоянии хлопьев придают изделиям хорошую пластичность при значительной прочности, поэтому называются «ковкие».

У ковких заготовок, отличающихся стабильностью свойств по всей толщине, нет внутренних напряжений. Их механические и физические параметры находятся между соответствующими показателями серого чугуна и стали.

Свойства ковких чугунов:

хорошие износостойкость и текучесть;
высокие плотность и прочность: заготовка толщиной 0,8 см выдерживает давление 40 атм при гидроиспытаниях;
способность поглощать вибрации при циклических нагрузках;
устойчивость к коррозии.

Обладая такими свойствами отливки применяются для создания разных изделий для водо- и газопроводных систем. Однако, при динамических нагрузках и минимальных температурах металл может обрести хрупкость.

Маркировка изделий

Расшифровка маркировки на примере марки чугуна КЧ 30-6:

КЧ — ковкий чугун;
30 — предел прочности 294 Н/мм 2 , поделенный на 10;
6 — относительное удлинение в процентах.

Важно: По ГОСТу 1215-79 существует 11 марок ковкого чугуна: 7 — перлитного, 4 — ферритного.

Таблица 1. Ковкий чугун: механические свойства

Типы стали

Все стали называются углеродистыми, поскольку в их составе, кроме железа и незначительного количества других элементов, всегда присутствует углерод. В зависимости от содержания последнего металлы для ковки подразделяются на марки. Кроме того, стали бывают конструкционными и инструментальными, а также легированными, мягкими, атмосферостойкими, нержавеющими.

Углеродистая

Углеродистая сталь характеризуется содержанием “C” не более 2,14% и отсутствием легирующих элементов. В структуре допускается незначительное количество примесей и несущественное содержание марганца, кремния и магния. Такой состав влияет на свойства и области применения металла. Он отличается твердостью, прочностью, невысокими пластичностью и вязкостью. Широко используется в металлургической промышленности.

Схема 1. Состав углеродистой стали

В зависимости от областей применения углеродистая сталь разделяется на конструкционную и инструментальную. Из второй создаются высокопрочные инструменты, которые могут выполнять практически все работы, в том числе по резке металла. Первая подходит для строительства различных зданий.

Схема 2. Виды углеродистой стали

Некоторые углеродистые стали обладают пластичностью и ковкостью. Если углерода до 0,1%, то железо, будучи мягким, хорошо куется и сваривается кузнечным методом. Сплав с показателем “C” от 0,1% до 0,3% подходит для художественной ковки. Инструментальная сталь с показателем углерода 0,6-1,35% требует умения при её нагреве.

Таблица 2. Начальные и конечные температуры ковки углеродистых сталей

Важно: Среди металлов с количеством “C” от 2,14% куются только перлитные, ферритные и ферритно-перлитные, а также пудлинговые и дресноугольные чугуны.

Легированная

Легированными называются стали, в составе которых, кроме основных элементов, присутствуют присадки в виде молибдена, хрома, вольфрама, никеля, кобальта, алюминия, а также марганца и кремния. Режим нагрева таких металлов для ковки зависит от их теплопроводности, которая ниже, чем у углеродистых аналогов. Легированные стали менее пластичны и более склонны к трещинообразованию. Помимо того, они быстрее перегреваются и пережигаются.

При нагреве легированных сталей перед ковкой нужно учитывать следующие термические варианты:

металл укладывается в холодную печь и нагревается вместе с ней;
слиток сначала прогревается в печи с низкой температурой, потом перекладывается в другую такую же, но с высокой t;
для термического воздействия используются двухкамерные печи, одна из которых служит только для нагрева;
слиток обрабатывается в методической печи, а металл передвигается от холодного к горячему концу и постепенно прогревается.

Режим при нагреве должен пройти три этапа. Сначала сталь нагревается до t 550-600 °C. Затем достигается температура ковки. На третьем этапе металл для ковки выдерживается при стабильной t для выравнивания нагрева по всей толщине.

Таблица 3. Средние температуры ковки легированной стали

Мягкая

Популярная в кузнечном деле мягкая сталь — сплав железа с углеродом. Металл был получен в 1856 году, когда проводились эксперименты по производству ковкого железа массовым способом. Для получения материала плавился стальной металлолом вместе с чугуном, при этом удалялись шлак и углерод. У мягкой стали более высокая прочность, чем у ковкого железа. Основной минус — склонность к коррозии. Поэтому сталь для создания возможности широкого применения сверху покрывается слоем цинка.

Атмосферостойкая

Атмосферостойкая сталь, называющаяся еще кортеновской, применяется в агрессивных средах либо для наружной работы без окраски. Используется для строительства стальных мостов, морских контейнеров, в качестве фасадных элементов. Ржаво-коричневая патина, которая образуется со временем, считается эстетическим покрытием. Поскольку материал подвержен щелевой коррозии, то в последнее время он пользуется особым спросом. Не популярен этот материал и в кузнечном деле.

Нержавеющая

На литейных предприятиях нержавеющая сталь куется по специальным технологиям. Поскольку нержавейка отличается по характеристикам от обычной углеродистой стали, то перед загрузкой заготовки в печь отслеживается индивидуальный термический режим. Чтобы металл для ковки смог полностью и равномерно прогреться, температура поднимается постепенно. Это позволяет не допустить дефектов в структуре материала как в период ковки, так и во время последующего охлаждения. До достижения 850 °C заготовки из нержавейки нагреваются медленно.

Дабы не нарушить технологию, за температурой нужно постоянно следить: на более позднем этапе темпы нагрева можно ускорить. Помимо того, у нержавейки низкая теплопроводность, поэтому выдержка заготовок должна проходить дольше по сравнению с обычными марками стали. На предприятиях применяется исключительно горячая ковка. При холодной деформации металла получить изделие нужных формы и размеров не получится.

Литая

В процессе литья стали образуются сплавы с различным химическим составом. В древние времена железо добывалось из руды. В XVIII веке была внедрена пудлинговая технология. В XIX столетии отлично себя зарекомендовал мартеновский способ.

Из этого материала часто делаются клинки. Благодаря легковесности литья можно быстро подогревать для ковки всю заготовку или только её часть. При внимательном рассмотрении внешнего вида готового изделия видна эстетичная завихренная и раздробленная структура на поверхности.

Чем медленнее проводится ковка, тем выше качество изделия. Аккуратное воздействие при не слишком высоких температурах приводит до красивой контрастности узоров. При нагревании грани крупных и мелких карбидов растворяются, а при последующем остывании углерод снова выходит на поверхность в виде прочного волокна. В результате изначально размытый узор обретает отчетливые контрастные черты.

Чистое железо

В чистом кованом железе очень мало углерода (до 0,08%). Металл для ковки состоит из полурасплавленной массы “Fe” и незначительного количества волокнистого шлака (до 2%), благодаря которому в согнутом виде напоминает древесину. Ковкое железо пластичное, прочное, коррозионно-устойчивое, легко сваривается. По функциональной нагрузке этот материал напоминает низкоуглеродистую сталь.

Металл на 99,4% по массе состоит из железа. Благодаря шлаку он легко куется до образования уникальной волокнистой структуры. Кроме того, силикатные шлаковые волокна предохраняют чугун от ржавления и уменьшают эффект усталости, который вызывается вибрациями после многочисленных ударов. Многие предметы, которые сейчас создаются из мягкой стали, раньше изготавливались из чистого кованого железа.

Используемые цветные металлы: особенности ковки

Цветные металлы, в которых практически нет железа, широко используются мастерами-кузнецами для создания оригинальных декоративно-функциональных изделий. Для изготовления кованых украшений используются сплавы бронзы, латуни, меди, алюминия, а также платины, золота и серебра.

Бронза. Для ковки используются марки с включениями кремния. Бронзу перегревать нельзя: её цвет должен поменяться с желтого на оранжевый. Подготовленный сплав достаточно жесткий, ковать его непросто.
Медь. Поскольку у материала широкие границы ковочных температур, то работать с ним легко. Медь пластичная — хорошо штампуется, гнется и поддается другим операциям. Металл, не нуждающийся в отжиге, предварительно разогревается докрасна.
Алюминий. Заготовки нагреваются в закрытых электрических печах, причем дольше, чем сталь. Перед ковкой также разогреваются до 200-250 °C инструменты. В качестве полуфабриката можно использовать чушки, слитки и лом.
Латунь. Из сплава обычно создаются тонкостенные декоративные изделия. Латунь не ржавеет, тяжело гнется, отличается прочностью. Для повышения податливости в металл дополнительно можно добавлять медь.
Серебро. Из заготовок изготавливается изысканная утварь. Для работы с серебром используются специальные инструменты. Перед обработкой металл для ковки сильно разогревается.

У каждого материала своя ковочная температура. Например, алюминий марки 6061-Т6 куется при t от 399 до 510 °C, а латунь штампуется при t от 730 до 750 °C.

Важно: У цветных металлов высокая проводимость, поэтому они нагреваются перед ковкой не углем, а газом.

Типы процессов литья металла

Литье металла предусматривает заполнение формы сырьем, которое находится в жидком агрегатном состоянии. Спустя определенное время материал в емкости затвердевает, после чего извлекается.

Самым дешевым и массовым считается литье в песчаные формы. Модель засыпается песчаной смесью, которая заполняет свободное место между ним и 2-мя открытыми ящиками. Полости и отверстия в детали создаются посредством песчаных стержней, расположенных в форме. Насыпанная в ящики смесь встряхивается, в результате чего уплотняется. Полости, которые образовались, заливаются расплавленным металлом через специальные литники. Отливка извлекается после разбивания формы вслед за затвердеванием жидкого металла.

Прецизионное литье — усовершенствованный итальянский способ восковой формовки. По ходу его выполнения создаются гипсовые модель и форма, из воска моделируются изделие и литники, создается формовочная емкость. Затем воск модели и литников вытапливается, расплавленный металл заливается в форму и выбивается. В завершение отливка отделывается.

Происхождение и виды кованых изделий

С давних времен ковка была одним из способов обработки металла и придания ему необходимой формы и качеств. При ковке происходит уплотнение металла, повышающее прочность, его сращение и придание заготовке вида готового изделия. Обрабатывать металл холодной, а затем и горячей ковкой начали еще в Иране, Египте, Месопотамии в конце 3 тысячелетия до н.э. . Древние кузнецы ковали железо, серебро, золото, медь. Таким образом получали сельскохозяйственные орудия и инструменты, предметы быта, оружие и доспехи, конскую сбрую, а позже ковка как художественное ремесло получила широкое распространение во всех сферах жизнедеятельности человека.

Развитие общества тесно связано было с развитием металлургической промышленности, переходом вначале от холодной к горячей ковке, затем от одиночного производства к мануфактурам, а далее – к заводам и серийному производству с последующим упрощением и усовершенствованием оборудования. В наше время художественная ковка дополнена массой новых технологических приемов, однако сам принцип остается неизменен: изделия, как и много лет назад, куют на наковальне, металл нагревают в горне и используют все те же материалы, добавляя в них определенные сплавы для придания изделию необходимых свойств.

Получение новых удобных, недорогих и высококачественных материалов не снизило популярность кованых изделий в быту человека – ведь такие свойства, как красота, элегантность, прочность и долголетие, никогда не выйдут из моды. В наше время художественная ковка и кованые изделия достаточно распространенно применяются для оформления ландшафта, интерьера дома и придомовой территории. Они прекрасно сочетаются практически с любым архитектурным стилем, украшая дом, сад, парк или улицу и придавая ему изысканный шарм готического средневековья.

Наиболее часто используемыми в ландшафтном дизайне коваными изделиям и являются фигурные ограждения и ворота , придающие аристократизм и элегантность зданию и территории вокруг него. Они могут быть выполнены как в строгих линиях и геометрических фигурах, так и являться произведением кузнечного искусства, выделяясь на общем фоне ажурным рисунком и причудливой резьбой. Художественная обработка придает изделиям из металла красоту, легкость и изящество, которое сложно получить, используя строительные материалы типа кирпича, бетона, дерева и пластика. Кованые ограждения прочны, долговечны и не требуют особого ухода - то есть удобны и практичны в использовании.

Прекрасно выполняют защитную функцию кованые оконные и дверные решетки, которые позволяют солнечным лучам беспрепятственно освещать комнату или офис, одновременно являясь стильным элементом декора любого здания.

Солидность и респектабельность придаст вашему дому использование кованых лестниц и балконов, выполненных в едином стиле с ограждениями и другими коваными элементами. Рисунок не обязательно может быть одинаковым. Он может содержать похожие тематические элементы, придающие вашему жилищу черты яркой индивидуальности. Внешний вид таких конструкций сохранится долгие годы и, как и любая хорошая классика, никогда не устареет морально. Узоры и орнамент придадут вашему жилищу индивидуальность и оригинальность в сочетании с надежностью.

Кованая мебель приобретает все большую популярность в современном мире. Комбинирование металла и дерева делает такую мебель очень стильной, долговечной и износостойкой. Кованую мебель можно встретить как в качестве оформления садов и парков, так и в интерьере дома. Ажурные беседки, столы, стулья, скамейки, шкафы, зеркала и светильники – это оригинальный элемент дизайна дома и приусадебной территории, придающий жилищу ощущение уюта, комфорта и изящества. Находящейся в саду или парке кованой мебели не страшны перепады температур, осадки и даже хулиганы – ведь поднять, поломать или унести ее – занятие более чем трудоемкое. В домашних условиях рекомендуется защищать ножки такой мебели пластиковым или деревянным наконечником во избежание повреждения напольного покрытия.

Освещение улиц, парков и придомовой территории может быть выполнено за счет кованых уличных фонарей. Они непременно украсят ваш участок, добавят элегантности и романтики. Такие фонари могут быть подвесными, настенными, напольными или крепиться к стойке. Они также могут быть украшены причудливой вязью узоров, что придаст им особое очарование. Форма, узор и размеры изделий зависят только от вашей фантазии, остекление может быть выполнено из обычного и витражного стекла. Следует помнить, что кованый фонарь должен удобно открываться для замены осветительной лампы, а уличный вариант - обладать влагостойкостью, быть хорошо загрунтованным и покрашенным специальной кузнечной краской для предотвращения коррозии.

Таким образом, тесно вплетаясь в нашу жизнь, кованые изделия сохраняют свою популярность и остаются модным и оригинальным способом украшения вашего дома.

Подробнее с нашими изделиями, их особенностями, характеристиками и ценами на них вы сможете ознакомиться в каталоге.

Все о кованых изделиях

Кованые изделия – это красота, запечатленная в металле. Некоторые удивительные вещи служат исключительно для украшения, но большинство работ несут функциональную нагрузку. Из ажурного металлического кружева могут состоять ограждения балконов, беседок, лестниц, в квартирах хорошо смотрится кованая мебель, а на участках частных владений ковка украшает мостики, арки, навесы, перголы, мангалы, дровницы, заборы. Какими бывают кованые изделия, и как их создают, расскажем в нашей статье.

Как делают?

Кованые предметы изготавливаются путем силового воздействия на железо. Это может быть ручной способ производства, где все зависит исключительно от таланта и опыта кузнеца, либо механический, когда большая часть рабочего процесса перекладывается на станки и механизмы.

Итоговая продукция может выглядеть простой и практичной, лишенной малейшей декоративности. Но если изготовленный предмет содержит красивые элементы декора, либо полностью повторяет форму растений, состоит из ажурного орнамента, такую работу называют художественной ковкой.

Именно она становится украшением садов, дворов, городских улиц, парков и жилых помещений.

Для создания кованых изделий применяют два способа – горячая или холодная ковка. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Холодная ковка

В данном случае происходит воздействие на профильную заготовку из стали без нагрева, за счет сгибания и прессования. Во время работы прибегают к помощи гибочных станков и вспомогательных приспособлений.

Улитка – дает возможность закрутить металлические пруты в спираль.

Гнутик – необходим для загибов деталей.

Волна – приспособление помогает придать заготовке волнообразную форму.

Твистер – с его помощью можно витиевато скрутить прут по всей длине.

В процессе работы изготавливается целый ряд декоративных элементов, которые впоследствии собираются в единую конструкцию методом сварки.

Зато продукцию холодной ковки легко тиражировать, достаточно воспользоваться трафаретом, чтобы наштамповать любое количество деталей.

Горячая ковка

Данная технология более сложная, кропотливая и дорогая, требующая хороших навыков, мастерства и художественного восприятия происходящего.

Кузнечное дело зародилось еще в глубокой древности, как только люди познакомились с металлом, поэтому в наши дни кузнецы пользуются опытом, сложившемся в течение тысячелетий.

Метод горячей ковки – традиционный, производимый непосредственно в кузницах, с применением нагрева в печи или горне. В результате воздействия высоких температур металл становится пластичным, тягучим, способным обрести любую заданную форму.

В производственном процессе важно поддерживать определенный температурный режим. Отступление в сторону повышения или понижения может привести к повреждению изделия в момент удара молотом.

Заготовку превращают в настоящее произведения искусства с помощью особых инструментов и приспособлений – тисков, молота, наковальни. Для ручной ковки используют также, кувалды, клещи, обжимки, зубила, пробойники. Сложные элементы изготавливают способом наслаивания и слияния раскаленных пластов металла.

Когда небольшое изделие готово, его охлаждают, помещая в контейнер с холодной водой. Крупные конструкции оставляют в отключенной печи, где происходит их постепенное остывание вместе с горном.

В этот период металл заполняет все воздушные пузырьки и пустоты, в результате чего получается изделие высокого качества.

Преимущества и недостатки

Изделия художественной ковки никого не оставляют равнодушными. Многие хотели бы их видеть на своем участке или даже в квартире. От покупки останавливает только стоимость этих изящных предметов потрясающей красоты. Кажется, что они состоят из одних только достоинств, но мы расскажем и о недостатках. Начнем с плюсов.

Длительный срок эксплуатации. При надлежащем уходе кованые вещи могут передаваться из поколения в поколение, главное, вовремя нивелировать коррозийные процессы. Ковка в условиях улицы менее долговечна, но и она может прослужить до 50 лет.

Прочность. Изделия, прошедшие высокий температурный режим, отличаются плотной и прочной структурой. В этом отношении ковка по крепости превосходит литые детали.

Стойкость к механическим воздействиям. Чтобы повредить кованую вещь, нужно очень постараться, да и приведут такие усилия только к нарушению декоративного покрывного слоя. Никакие удары не повлияют на целостность конструкции.

Отсутствие старения. Кованым вещам не свойственно от времени покрываться трещинами, вмятинами, царапинами, они оставляют свой привлекательный внешний вид неизменным на долгие годы. Только нарушение верхнего защитного слоя может стать причиной начала коррозионных процессов, но за этим нужно следить и вовремя устранять проблему.

Простота ухода. Кованые вещи легко протираются влажной салфеткой. Полностью обновлять защитный слой нужно раз в несколько лет для изделий, находящихся в условиях улицы и раз в 5-7 лет для предметов, пребывающих в закрытом пространстве.

Эффектный внешний вид. Художественная ковка облагораживает любое изделие, она притягивает к себе восхищенные взгляды, никого не оставляя равнодушными. Металл в легком кружевном исполнении ломает стереотипы, относящиеся к железу как к основательному грубому материалу, от этого изделия кажутся удивительными и необыкновенными.

Эксклюзивность. Вещи, произведенные методом горячей ковки неповторимы, так как этот вид производства относится к ручному труду. Имея такое изделие в своей собственности, можно гордиться его уникальностью.

Совместимость с другими материалами и стилевые возможности. Кованые предметы отлично сочетаются с керамикой, камнем, деревом, стеклом и текстилем. Это позволяет значительно расширить сферу их применения. Например, ковка, дополненная другими материалами, расширяет список дизайнерских стилей, в которых она может участвовать. Чисто металлические изделия хороши для индустриальных и деревенских направлений. Добавляя теплое дерево, можно ввести ковку в классические, исторические, восточные интерьеры. Соединив ее со стеклом и современными пластиковыми поверхностями, легко удовлетворить потребности урбанистических вариантов дизайна. Покрыв уютным текстилем кованые кровати и стулья, мы создаем представление о комфортном провансе и притягательном шебби-шике.

Плюсов у кованых изделий много, и они заслуженные, но справедливости ради стоит поговорить и о минусах:

Восприимчивость к влажной среде. Все металлические вещи подвержены коррозии, спасает их от разрушения только защитное покрытие. Если с течением времени оно нарушается, может возникнуть ржавчина. Устранить ее несложно, следует зачистить проблемное место, и полностью покрыть изделие слоем лака или краски.

Сложность изготовления. Для работы горячим способом требуются специальные приспособления, не совместимые с условиями обычных гаражей или сараев. А сам мастер должен обладать определенными знаниями и навыками, достигнутыми в процессе обучения и длительной работы. Это значит, что любителю освоить художественную ковку будет крайне сложно.

Высокая стоимость. Предметы из металла, полученные методом художественной ковки, по праву оцениваются достаточно высоко. Но их восхитительный внешний вид, эксклюзивность, прочность и длительный срок службы полностью оправдывают эти затраты.

Обзор изделий для интерьера

Утонченные кованые изделия используются в обстановках комнат с разным назначением. Заказав любую работу по индивидуальному эскизу, ее можно стилизовать под конкретный дизайн, сделать акцентным звеном в интерьере.

Ковку применяют для украшения мебели, функциональных вещей или декора в чистом виде. Вашему вниманию предлагаем обзор интерьерной ковки.

Мебель

Мебель из металла настолько ажурна, что подходит даже маленьким комнатам. Она пропускает много света и кажется невесомой, но в действительности это надежные и крепкие изделия, выполненные на века.

На небольшом участке зала собрано слишком много кованых изделий – этажерка, стол, стулья, люстра. Но благодаря сочетанию с другими материалами о перенасыщении речь не идет, напротив, все продумано и гармонично.

Читайте также: