Этот вид обработки металлов необходим, во-первых, для изготовления инструментов (чеканов, чеканных молотков, штихелей, зубил и т. п.), применяемых для различных способов художественной обработки металлов, а во-вторых, для производства самих художественных кованых изделий (светильников, решеток и т. п.). Для ручной свободной ковки применяются металлы и сплавы, обладающие вязкостью и пластичностью. Из черных металлов такими свойствами обладают стали различных марок.
Для изготовления художественных кованых изделий применяются углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-60). Их марки обозначают буквами Ст. и цифрами от 0 до 7. Лучшими из них для указанной цели являются стали с наименьшим содержанием углерода; к ним относятся стали Ст. 0 (углерода до 0,23), Ст. 1 (углерода 0,07—0,12) и Ст. 2 (углерода 0,09—0,15).
Из углеродистых качественных конструкционных сталей (ГОСТ 1050—60*) можно применять марки 10 (углерода 0,1) и 15 (углерода 0,15), но эти стали экономически более дорогие,
Для изготовления слесарных и кузнечных инструментов применяют инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435—54). Их выпускают шести марок с содержанием углерода от 0,6 до 1,4%. Углеродистые марки обозначают буквой У и цифрами, указывающими содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. В табл. 10 приведено содержание углерода и применение этих сталей.
Для изготовления инструментов можно применять и некоторые марки легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950—63), в состав которых, кроме железа и углерода, входят различные легирующие элементы (хром, вольфрам, кобальт, ванадий, молибден, никель и др.).
Ковка стали производится в нагретом состоянии. При нагреве металл (сталь) становится пластичнее и легко поддается деформации.
Для каждого сорта стали существует определенный интервал температур начала и конца ковки. В среднем этот интервал составляет 1100—1300° С — начало ковки и 800—900°С конец ковки. Чем больше в стали содержится углерода, тем ниже температура начала ковки.
В табл. 11 приведены температуры начала и конца ковки для углеродистых сталей, применяемых для художественной ковки и изготовления инструментов.
Нагрев металла можно производить в различных нагревательных устройствах. Простейшим из них, применяемым с давних пор, является кузнечный горн. Горны бывают различных конструкций,— переносные и стационарные, открытого и закрытого типа. Для художественной ковки наиболее приемлемы горны открытого типа. Они позволяют нагревать и короткие, и длинные поковки в любой их части (в том числе и средней). Они просты в обслуживании и удобны в работе; нагрев в них производится быстро.
Для разжигания холодного горна горновое гнездо очищают от золы и шлака, продувают фурму, насыпают небольшой слой угля, оставляя отверстия фурмы свободными, затем зажигают древесную стружку или тряпки, пропитанные керосином, и сверху засыпают второй слой угля и дают слабое дутье. Когда уголь разгорится, добавляют еще угля и постепенно (плавно) увеличивают дутье.
Благодаря спеканию угля в горне образуется твердая корка, под которой развивается высокая температура. Заготовку или ее конец зарывают в горячие угли и засыпают свежим углем. Спекшийся свод из твердой корки должен быть всегда целым; для этого необходимо время от времени подгребать свежий уголь от краев к центру горнового гнезда и слегка обрызгивать его водой. Если полость под коркой становится слишком большой, корку разрушают, подгребают свежий уголь и вскоре образуется новый свод. Заготовку закладывают подальше от фурмы, чтобы между ней и фурмой был слой горячих углей. Заготовку периодически поворачивают, а также регулируют дутье, следя за тем, чтобы пламя было слегка коптящим, нейтральным.
При высоком дутье (большом избытке воздуха) пламя становится острым, вызывающим местный перегрев металла и оплавление кромок; кроме того, кислород избыточного воздуха вступает в соединение с металлом и образует окалину (окислы железа). Появление окалины вредно, так как она приводит к потерям металла (угар) и, кроме того, понижает качество заготовки и затрудняет дальнейшую ее обработку резанием.
Нагрев заготовки следует производить возможно быстрее, так как чем дольше находится поковка в горне при высокой температуре, тем возможнее ее перегрев, т. е. чрезмерный рост зерен, который ухудшает механические свойства поковки.
Еще более продолжительный нагрев заготовки может привести к пережогу, т. е. оплавлению границ зерен и потери связи между ними. Такая заготовка при ударе разбивается на части.
Необходимо уметь температуру нагретого металла определять на глаз — по цвету каления. Этот метод хотя и несовершенен, но в практике художественной ковки применим, так как он позволяет избежать ошибок при нагреве (перегрев, пережог) и для приближенных оценок температур нагрева вполне пригоден.
В табл. 12 приведены цвета каления для стали при слабом дневном освещении и соответствующие им температуры.
