Кузнец-любитель

В продаже известно много сортов стали, из которых укажем на следующие:

1) Уклад, марянка, или сырая сталь, продаваемая в виде полос, получается обезуглероживанием чугуна, то есть отнятием от него части углерода. Сырая сталь составляет как бы переход от чугуна к железу и служит материалом для приготовления из нее сортов стали плохого качества; масса неоднородная, что видно по излому – крупнозернистому, неодинаковой величины и блеска.

2) Рафинированная сталь получается из сырой стали посредством сварки и проковки; в изломе мелкозерниста, цвета синевато-серого, с незначительным металлическим блеском; сложение массы хотя не вполне однородно, но значительно лучше, чем в сырой стали.

3) Литая сталь получается плавлением ковкого чугуна или сырой стали, отчего она и получила свое название. Литая сталь имеет в высшей степени однородное сложение, в изломе мелкозерниста, тверда и в то же время хорошо обрабатывается в нагретом состоянии. Эта сталь идет по преимуществу на изготовление лезвий дорогих и острых инструментов для обработки металлов и дерева.

Кроме главных описанных нами металлов, кузнецу приходится иногда иметь дело и с некоторыми другими, например с медью и сплавами ее с другими металлами.

Медь встречается в природе в самородном состоянии, но чаще в виде медных руд в соединении с серою, кислотами или в виде окислов. В древности металл этот играл такую же роль в жизни человека, какую в наш век играет железо. Из меди делалась большая часть тех вещей, на изготовление которых теперь идет железо: например, оружие, домашняя утварь, инструменты и т. д.

Мы не будем останавливаться на способах получения меди из руд, а перейдем прямо к ее свойствам и сортам, встречающимся в продаже.

Металлическая (красная) медь, находясь в сухом состоянии, при обыкновенной температуре, не окисляется; на влажном воздухе покрывается тонкою пленкою зеленого цвета, известного под именем медной ржавчины. В расплавленном состоянии медь плохо заполняет формы, так как в этом состоянии поглощает воздух и выделяет его при остывании, а следовательно, уменьшается в объеме. Для отливок медь, по большей части, идет в виде сплава с цинком (две части меди и одна цинка), называемого латунью или желтою медью.

Медь обладает значительною ковкостью и тягучестью. Из нее вытягивают тончайшую проволоку, и она может быть сплющена в тончайшие листы. Медь имеет мелкозернистое сложение, которое после проковки переходит в волокнистое. Удельный вес меди весьма непостоянен, колеблется между 8,5 и 8,96 и может быть увеличен механическою обработкою металла.

Красную и желтую медь можно нагреть в кузнечном горне так же, как железо и сталь, но при нагревании меди необходимо всегда обращать внимание на ее сорт. Желтая медь выдерживает высокую температуру нагрева хуже, чем красная. Вообще медь нагревают до темно-красного каления и перед обработкою опускают в воду, отчего она делается мягкою.

В торговлю медь поступает в вид плиток или же листами. Последние получаются или сплющиванием плиток под молотком, или прокаткою на вальцах. Продажная медь редко бывает свободна от посторонних примесей: серы, мышьяка, закиси меди и прочего. Примеси эти ослабляют ковкость и тягучесть меди, особенно закись меди, которая делает металл хрупким и ломким в холодном состоянии. Лучшими по чистоте считаются наша русская и шведская медь.

Между всеми металлическими сплавами наибольшим применением пользуются различные сплавы меди.

Латунь (зеленая или желтая медь) состоит обыкновенно из одной части красной меди и двух частей цинка. При увеличении пропорции цинка в этой смеси твердость сплава также увеличивается; так что при двух частях цинка на одну часть меди сплав делается настолько тверд и хрупок, как чистый цинк, почему идет на выделку полированных кругов. Наоборот, с увеличением в сплаве количества меди увеличиваются тягучесть и ковкость. Вообще все сплавы, в которых содержание цинка не превышает 40 %, отличаются еще достаточною ковкостью и тягучестью; они плющатся в листы и тянутся в тонкую проволоку. Наибольшею же тягучестью обладает сплав из 15–20 частей цинка на 80–85 частей меди.

В изделиях употребляются преимущественно лишь те сплавы меди с цинком, в которых содержание меди более, чем содержание цинка. Такие сплавы превосходят чистую медь в том отношении, что легче плавятся, менее изменяются на воздухе, легче куются, точатся и вытягиваются в проволоку, лучше заполняют все извилины форм при отливке различных изделий и, наконец, стоят дешевле чистой меди.

Томпак – также сплав меди с цинком, но с значительным преобладанием меди, именно от 82 до 98 частей меди на 2–18 частей цинка. Сплав этот дороже латуни; отличается от нее более красным цветом, большею мягкостью и тягучестью.

Бронза – сплав красной меди с оловом. Этот-то сплав и есть тот древнейший металл, из которого до открытия железа выделывались оружие, монеты и украшения древних. Пропорция содержания в смеси меди бывает весьма различна, соответственно чему изменяются и свойства получаемых сплавов. Вообще примесь к меди олова делает ее тверже, звонче, легкоплавче, но вместе с тем и хрупче. С изменением свойства сплава изменяется и цвет его. При содержании олова, не превышающем 25 %, бронза имеет еще красноватый цвет, сохраняет известную степень вязкости и тягучести; с переходом за этот предел цвет ее делается серо-стальной, тягучесть же мало-помалу заменяется хрупкостью. Примесь к бронзе цинка сообщает ей желтоватый цвет, который делается весьма красив при содержании в сплаве цинка в большем количестве против содержания олова.

На воздухе бронза окисляется быстрее чистой меди, покрываясь зеленым слоем окиси. Подобною зеленью покрыты, например, все античные статуи и другие бронзовые изделия, открываемые в земле. Поэтому для подражания античной бронзе придумали покрывать новые бронзовые изделия искусственным слоем зелени. Для этого бронзовые изделия погружают на несколько дней в крепкий раствор поваренной соли, после чего их обмывают водою и медленно сушат. Следствием этой обработки на поверхности предметов образуется слой зелени, держащийся весьма прочно. Или вместо соляного раствора берут сахарный, к которому примешивают небольшое количество щавелевой кислоты. Остальные приемы остаются те же. Слабый раствор аммиака также покрывает бронзовые поверхности зеленью, но зелень эта не отличается прочностью.

Бронза имеет то замечательное свойство, что от нагревания до темно-красного каления и затем от быстрого охлаждения она теряет свою хрупкость и становится ковка и тягуча. Для сообщения же такой размягченной (отпущенной) бронзе прежней ее твердости ее закаливают, но опять-таки противоположным путем, чем железо и сталь, а именно: нагревают и дают медленно остыть. Таким образом, отпуск и закалка бронзы совершаются прямо противоположными приемами по сравнению с отпуском и закалкою железа и стали.

Кузнецу чаще всего приходится иметь дело с железом и сталью и редко с медью и латунью. Чугун же в кузнечном деле вовсе не употребляется.

О кузнечном деле

Для того чтобы приготовить какую-либо вещь из железа или стали, надо прежде всего выбрать кусок материала, который по своему внешнему виду более или менее близко подходил бы к форме и размерам этой вещи. С этою целью иногда бывает достаточно отрубить кусок железа и затем обработать его в холодном состоянии подходящими инструментами – и вещь готова. В большинстве же случаев придание формы вещи ведет за собою более сложную подготовку, так как материал может по своей форме совершенно не подходить к требуемому внешнему виду, а обработка его в холодном состоянии тяжела и неудобна. Вообще железо и сталь обладают большою твердостью и нелегко обрабатываются рубящими и режущими инструментами, в особенности сталь. Но если последнюю нагреть докрасна, то она размягчается и может посредством ударов молота принять всевозможные формы, сохраняемые после остывания.

Операция сообщения металлу известной мягкости посредством накаливания и обработки его в этом состоянии называется ковкою, а ремесло, на ней основанное, – ковальным или кузнечным делом. В кузнице, впрочем, производится не одна только ковка, но также сварка (соединение) отдельных кусков металла между собою, закалка стали и другие операции, требующие нагрева, но не плавления, которое относится к литейному делу.

Ковкою металла имеют цель придать вещи только приблизительную форму и подходящие размеры, что же касается до отделки ее, то это относится к слесарной или токарной работе. Таким образом, кузнец, в большинстве случаев, только оболванивает вещь, облегчая непосредственно следующую затем работу слесаря или токаря. Но есть вещи и изделия, которые выходят из рук кузнеца в совершенно готовом виде: например, подковы для лошадей, гвозди, скобы, болты, петли, крюки и т. п.

Кузнечные горны

Ковать металлы можно только в нагретом состоянии, именно до той температуры, когда металл получит достаточную для обработки его молотком степень мягкости и способность изменять форму по произволу кузнеца.

Наши обыкновенные печи, даже при самом усиленном накаливании их, для этой цели не годятся, ибо не в состоянии развить требуемую высокую температуру, а потому употребляется специальная печь – кузнечный горн, в котором энергия горения поддерживается искусственно, посредством особых воздуходувных приборов – мехов и вентиляторов.

Для отковки металлов употребляются два рода горнов – постоянные и переносные. Те и другие служат для одной и той же цели, но различаются по своей конструкции. Постоянный горн складывается из кирпича на постоянном месте.

Что же касается переносных горнов, то они обыкновенно покупаются готовыми; их можно ставить в любом помещении, а также на открытом воздухе. Неудобство их заключается только в том, что в них нельзя нагреть крупную вещь, но для мелких отковок и других кузнечных работ слесарного производства переносный горн является вполне пригодным.

Постоянный горн. Кузницу с постоянным горном можно устроить в холодном помещении, иногда даже для нее отводят просто сарай с потолком и прочною крышею, стены которого собраны из пластин. Пол в кузнице выстилается плитами или же, в крайнем случае, делается из щебня, который должен быть плотно утрамбован.

Горн для экономии иногда срубают из дерева и только верхнюю часть складывают из кирпича, но такой способ постройки, однако, рекомендовать нельзя, так как дерево, усыхая и давая осадку, может ослабить кладку, а чрез образовавшиеся щели может проникнуть огонь и сделаться пожар. Удобнее и практичнее устраивать горн на бутовом фундаменте для того, чтобы горн стоял твердо и при осадке не дал трещин. Такой горн показан в поперечном разрезе на рис. 1. Он состоит из продолговатого очага А, выложенного на своде Б для уменьшения тяжести горна.

Рис. 1

Существенную часть горна составляет углубление В, называемое горновым гнездом. Здесь сосредоточивается горение угля и развивается высокая температура, необходимая для накаливания металла. Гнездо имеет продолговатую форму с полукруглым дном, понижающимся к задней стенке горна. Гнездо выкладывается из огнеупорного кирпича, так как простой кирпич, вследствие сильного жара, развиваемого в гнезде, скоро прогорает. В задней стенке горна вставлена чугунная плита Д (рис. 2), проходящая до дна ямы и предназначенная для предохранения этой стенки от прогорания. В плиту Д, фурменную, вставляется металлическая трубка, называемая фурмой и показанная на рис. 3.

Рис. 2, 3

Что касается верхней (горизонтальной) площадки горна, то она также покрывается чугунной плитой Е с соответствующим вырезом для гнезда.

Над горном укрепляется железный колпак К с отводною трубою для вытягивания газообразных продуктов горения топлива в дымовую трубу.

Позади горна устанавливается кузнечный мех М, называемый клинчатым; наружный вид такого меха отдельно изображен на рис. 4. Он служит для вдувания чрез фурму в гнездо воздуха для усиления горения топлива. Мех приводится в движение посредством рычага, один конец которого соединен с мехом, а на другом (у горна) привязана веревка с рукояткою так, что кузнец может раздувать огонь, не отходя от горна.

Рис. 4

Кузнечный мех представляет род гармоники, составленной из трех деревянных щитов: верхнего, нижнего и среднего, обитых (по кромкам) мягкою складчатою кожею. Кожа эта должна плотно прилегать краями к дереву для того, чтобы в местах скрепления не проникал вовнутрь мехов атмосферный воздух, так как иначе мех не будет действовать. Кожу прибивают к щитам небольшими гвоздями с широкими конусообразными шляпками, располагая их вплотную одна к другой. Для того же, чтобы в случае необходимости для починки меха можно было вынуть гвозди, не испортив кожи, надо их прибить по узкой кожаной полоске (ремешку, прошивке). Для меха идет юфтевый[3 - Юфтевый – сделанный из юфти, особым образом выделанной толстой прочной мягкой кожи.] товар, достаточно толстый и мягкий, без прорезов, пробоин и вообще каких-либо недостатков и пороков.

В продольном разрезе клинчатый мех изображен на рис. 5. К деревянной колодке А приделан наглухо щиток Г, тогда как другие щиты В и Д соединены с колодкою посредством шарниров и, следовательно, могут подниматься и опускаться. Щит В делит внутреннее пространство мехов, ограниченное кожею, на две полости, верхнюю О и нижнюю Н. Колодка А оканчивается железною трубкою или соплом Б, которое вставляется в фурменное отверстие стенки горна. В щитах Г и В имеются отверстия квадратного сечения с клапанами б и а, к дощечкам которых приделаны ремешки, позволяющие открываться и закрываться. Мех приводится в действие следующим образом: если ослабить рычаг i (рис. 1), а следовательно, и веревку Л (рис. 5), то груз М, прикрепленный к щиту Д, своею тяжестью потянет этот щит вниз, отчего нижняя полость мехов разрядится и внешний воздух войдет через клапан а в эту полость. Если затем посредством того же рычага i потянуть веревку Л кверху, то щит Д, приподнимаясь и постепенно уменьшая объем нижней полости, неминуемо погонит заключенный в ней воздух через клапан б в верхнюю полость. При новом опускании веревки груз М, давя на верхний щит, заставит сжиматься верхнюю полость, клапан б закроется, и сжатый воздух, не находя другого выхода, направится через сопло в горн.

Рис. 5

Таким образом, при каждом поднятии и опускании веревки происходит всасывание воздуха мехами и вытекание сжатого воздуха, то есть дутье. Такой мех называется мехом простого действия, так как дутье, производимое им, будет неравномерное, прерывистое. Для устранения этого недостатка иногда устраивают меха с тремя внутренними полостями, тогда средняя полость своим запасом воздуха уравнивает приток воздуха в горне.

Только что описанный нами постоянный горн имеет один очаг и называется одноогневым в отличие от горна с двумя очагами – двухогневого. Устройство последнего ничем не отличается от одноогневого, кроме только того, что делается два горновых гнезда, расположенных рядом (по длине очага), и два меха: один по одну сторону очага, другой – по другую.

Постоянные горны отличаются продолжительностью службы и требуют незначительного ежегодного ремонта. Но такие горны занимают много места и к тому же требуют особого помещения для кузницы. Все это, однако, вполне окупается удобством работы, когда нужна постоянная работа нескольких кузнецов, для отковки вещей более или менее значительных размеров, чего нельзя сделать при переносном горне.

Переносный горн. Такой горн (рис. 6) состоит из металлической круглой или овальной коробки с несколько возвышающимся задком, соединенным с переднею частью посредством заклепок. Коробка устанавливается на трех толстых железных подставках, привинченных внизу к общей основной металлической плите, служащей в то же время для помещения цилиндрического меха. Качательное движение меха производится посредством коленчатого рычага, вращающегося около неподвижного шкворня. Короткое колено этого рычага соединено железным прутом с нижней доской цилиндрического меха, так что вдувание воздуха происходит снизу вверх, для чего в верхней доске имеется отверстие с металлической трубочкой, пропущенной в коробку горна. В последней имеется горновое гнездо, в которое насыпается уголь, необходимый для горения во время действия горна.

Рис. 6

Кроме описанных нами двух родов кузнечных горнов, существует много других, как постоянных, так и переносных, различающихся как по внешнему виду, так и по устройству воздуходувных приборов. Так, клинчатый мех может быть заменен в постоянном горне цилиндрическим, и наоборот, переносный горн устраивается иногда с клинчатым мехом. Вместо меха устанавливают вентилятор, но все эти видоизменения не составляют существенной разницы и мало влияют на кузнечную работу.

Не в том дело, какой способ дутья будет избран, – посредством меха или вентилятора. Для успешного и правильного нагревания в горне металла необходимо, чтобы дутье было возможно ровное, не порывистое, что достигается равномерным и правильным движением рукоятки или педали, где таковая заменяет рукоять.

Мы уже сказали выше, что для усиления накаливания металла в горновом гнезде необходимо впускать туда непрерывную струю воздуха, для чего служат меха и вентиляторы. Трудно сказать, который из этих воздуходувных приборов лучше исполняет свое назначение. Устройство вентилятора несколько сложнее меха, зато первый не так скоро портится, как мех, который требует частой починки, особенно если он сделан не из доброкачественной кожи.

Вентиляторы чаще всего устраиваются в переносных горнах и приводятся в движение посредством небольшого маховика и педали. Что же касается постоянных горнов, то вентиляторы ставят только тогда, когда в мастерской имеется механический двигатель.

Горючий материал. Для разогревания металла в кузнечном горне обыкновенно употребляется каменный уголь, хотя для той же цели могут служит древесный уголь и кокс. Причина, почему каменный уголь является едва ли не единственным материалом в кузнечном деле, заключается в сравнительной дешевизне этого горючего материала против древесного угля и кокса. К сожалению, каменный уголь редко бывает чист и, кроме других примесей, часто содержит серу, которая вредно действует на обрабатываемый металл, делая его хрупким. Донецкий антрацит, как свободный от примеси серы, с выгодою может заменить обыкновенный каменный уголь в тех местностях России, где он доступен по цене.