П. А. Федоров
Кузнец-любитель
© ИП Сирота, 2016
© Оформление. ООО «Издательство «Э», 2016
Предисловие редактора современного издания
В старину кузнецам приписывали умение общаться с богами и духами, отгонять нечистую силу, приносить счастье. Древние греки и римляне особо почитали бога-кузнеца Гефеста (Вулкана). Считалось, что именно он выковывал для своего отца – Зевса – не знающие промаха молнии, а для всех прочих богов – оружие и украшения, равных которым не было на свете.
Сейчас производство большинства металлических вещей механизировано, а на заводах работают такие станки, которые показались бы чудом любому мастеру прошлого. Но почему же все больше и больше людей вновь начинают интересоваться всевозможными видами ручного труда, включая кузнечное ремесло? Возможно, потому, что только созданные своими руками вещи способны подарить нам великую радость – радость творчества. А ведь для создания многих предметов не обязательно применять сложные приборы – вполне достаточно инструментов, которые практически не изменились со времен древнего мира.
И сегодня нам показалось интересным предложить вам обратиться к книгам, изданным в начале XX века и рассказывающим об основах того или иного ремесла, в данном случае кузнечного. Авторы ставили перед собой задачу научить человека самостоятельно изготавливать необходимые в быту вещи так, чтобы ими можно было долго и успешно пользоваться. Здесь в доступной форме изложена необходимая для изучающего ремесло информация по материалам, инструментам и основным приемам работы.
Для удобства современного читателя старинные единицы мер – вершки, аршины и т. д. – переведены в привычные единицы метрической системы. Вы познакомитесь с кузнечными инструментами и приспособлениями, видами обработки различных металлов, основными методами кузнечной работы – ковкой, сваркой, закалкой. И конечно, автор предлагает читателю попрактиковаться и самостоятельно выковать разного вида болты, гайки и подкову. Освоить основы ремесла помогут многочисленные иллюстрации. Надеемся, что книга будет вашим ориентиром на этом сложном, но интересном пути и поможет стать настоящим мастером!
Предисловие
Сравнительно немного прошло времени со дня выхода в свет нашего «Кузнеца», а уже приходится печатать книгу шестым изданием. Конечно, подобный факт указывает на то, что в обществе ощущается интерес к кузнечному делу и что оно является одной из самых видных и важных отраслей нашего отечественного производства.
На самом деле, трудно найти вторую область, в которой бы чувствовалась такая насущная необходимость, какую мы видим в кузнечном деле. Без кузнеца не может обойтись не только ни одно какое бы то ни было металлургическое предприятие, но и самая незначительная деревушка. Кузнечные изделия необходимы в каждом уголке нашей повседневной жизни, и неудивительно поэтому, что общество нуждается в толковых книгах, посвященных кузнечному делу.
Ободренные лестным вниманием, оказанным читателями нашей книги, мы можем уже смело предложить шестое издание своего руководства к изучению кузнечного дела в надежде, что и оно будет встречено не меньшими симпатиями, тем более что выходит оно в свет в значительно дополненном виде.
Общие понятия
Материалы
Наиболее употребительные материалы в кузнечном деле: чугун, железо и сталь. Химически чистое железо никогда не употребляется в технике, а только в соединении с углеродом, смотря по большей или меньшей примеси которого оно носит название чугуна, железа и стали. Все эти виды железа различаются не только химическим составом, но и своими свойствами. Чугун содержит углерода 3–6 %, сталь от 0,5 до 2 %, а железо не более 0,5 %.
Железо редко встречается в природе в самородном состоянии, но большею частью в виде руд, представляющих окислы железа или сернистые, хлористые и другие соединения. Из этих руд выплавляют чугун, а последний перерабатывается на железо.
Железо твердое и гибко; оно обладает ковкостью, тягучестью, свойством расширяться или плющиться под молотом, не разрываясь. В холодном состоянии твердо и упруго, при нагревании до краснокалильного жара делается мягким и гибким. В изломе железо бывает волокнистое и зернистое. Зернистое железо должно иметь серовато-свинцовый цвет при блестящих зернах; тусклый же или белый цвет, в особенности если зерна крупные, свидетельствует о плохом качестве железа. При волокнистом изломе, напротив, белый цвет указывает на хорошее качество железа, а тусклый – на плохое качество.
По своим свойствам железо можно разделить на три сорта:
1) Мягко-вязкое, обладающее гибкостью и вязкостью как в холодном, так и в горячем состоянии; оно выносит сильное нагревание и обладает высокой степенью свариваемости.
2) Холодноломкое – в изломе крупнозернистое, белого цвета, с сильным блеском, чаще всего содержит небольшую примесь фосфора, делающего этот сорт железа ломким в холодном состоянии. При нагревании до краснокалильного жара оно хорошо куется.
3) Красноломкое с примесью серы. В холодном состоянии хорошо куется, а при нагревании до красного каления хрупко. На поверхности этого сорта железа бывают свищи и трещинки; сложение частью зернистое, частью волокнистое; излом темный, не блестящий.
Вообще безусловно хорошим железом можно признать то, которое одинаково хорошо куется как в холодном, так и в горячем состоянии, плющится в тонкие листы, не давая трещин, и вытягивается в тонкую проволоку. Испытание качества железа, кроме того, можно сделать так: с поверхности железа снимают зубилом стружку, и чем длиннее окажется эта стружка, тем добротнее считается железо; если же при такой пробе железо будет крошиться, то это считается признаком недоброкачественности.
Сорта железа. Независимо от формы, качество железа бывает различно, что зависит от способа фабрикации и руды, из которой оно было выработано; хорошее железо должно иметь однообразное строение, быть до известной степени тягучим и, не ломаясь, выдерживать при испытании известный груз.
В практике различают три главных сорта ковкого железа:
1) Лучший сорт. Мягкое, вязкое, гибкое и тягучее настолько, что даже в холодном состоянии гнется, не ломаясь. Поверхность ровная, излом занозистый, переходящий при тщательной проковке в волокнистый. Цвет светло-серый.
2) Красноломкое железо, названное так потому, что в нагретом состоянии легко ломается и при сильных ударах кувалдою даже крошится в куски, что происходит от значительного содержания примеси серы. Цвет железа темно-серый, в изломе – светло-серые зерна, перемешанные с волокнами. При сильном накаливании такое железо легко пережигается.
3) Холодноломкое железо по наружному виду весьма похоже на предыдущий сорт, но отличается от него крупными, блестящими пластинками в изломе. Этот сорт железа, в противоположность красноломкому, в нагретом состоянии гибок, в холодном ломок. Это качество железа происходит от примеси фосфора. Холодноломкое железо почти не ржавеет.
Хорошо прокованное железо плавится гораздо труднее чугуна, а именно при температуре 1600 °C, между тем как последний – при 1200 °C переходит в жидкое состояние и может быть вылит в форму. Содержание углерода в железе не превышает 0,2–0,6 %.
Крепость железа зависит не только от химического состава, но также и от тех отделочных операций, которым оно подвергается. Ковка и прокатка увеличивают крепость, между тем как закаливание и вообще продолжительное действие огня уменьшают эту крепость. Тягучесть хорошего железа довольно значительна: оно может сплющиться, не ломаясь, в тонкий лист и вытянуться, не разрываясь, в проволоку. В нагретом состоянии железо еще более увеличивает свою тягучесть.
Железо не изменяется в совершенно сухом воздухе и прокипяченной воде; но находясь в соприкосновении одновременно с водою и воздухом, окисляется и подвергается ржавчине. Полировка железа несколько предохраняет его от ржавчины, а окрашенное масляною краскою – и вовсе не подвергается ржавчине. При накаливании железа, смотря по температуре, оно принимает различные цвета, служащие характерным признаком достижения железом известной температуры накаливания. Так, при 525 °C железо делается красным или, как говорят, достигает красного каления; при 1300 °C – белого каления; при 1500–1600 °C – ярко-белого. При 1600–2000 °C железо плавится, но ранее этого приобретает консистенцию теста, причем отдельные куски его могут быть соединены между собою в однородную массу, или, как говорят, железо сваривается.
Сварка железа – одно из драгоценных его свойств в практическом отношении.
Полосовое железо. В поперечном сечении имеет вид прямоугольника. Этот сорт железа подразделяется на обыкновенное, или ординарное, шинное и обручное железо.
Брусковое железо, или гранное, имеет в поперечном сечении вид прямоугольника, шести- и восьмиугольника. Самые тонкие сорта брускового железа служат для выделки плотничных гвоздей и крючков; более толстые сорта идут для различных надобностей строительного дела.
Болтовое железо, или круглое, различных диаметров, употребляется преимущественно для круглых болтов, а также на железные связи[1], подверженные действию растягивающих сил.
Листовое железо подразделяется на два вида: обыкновенное, или кровельное, и котельное. Оба сорта железа изготовляются прокаткою из доброкачественного материала, в особенности котельное, которое должно быть мягкое, гладкое, ровно обрезанное, не иметь окалины и других пороков. К листовому железу принадлежит также жесть, или белое железо, покрытое с обеих сторон оловянною полудою[2].
Проволочное железо. Проволока вытягивается из лучшего железа волочением сквозь отверстия в стальной доске, сортируется по номерам и продается на вес. Толщина проволоки, вследствие малого диаметра, определяется по калибру и выражается номерами, увеличивающимися с уменьшением диаметра проволоки. Номера эти на различных фабриках вполне произвольны. От вытягивания в проволоку железо приобретает большую твердость, плотность и вязкость; чтобы сделать эту проволоку мягкой, ее необходимо отжечь в отражательной печи, или же, что еще лучше, поместить в чугун с плотно примазанной глиною крышкой и накалить в обыкновенном кузнечном горне.
Фасонное железо. Под этим названием известны несколько сортов железа, употребляемых для специальных целей в строительном деле. Так, известны: угловое, полукруглое, оконное, тавровое (в виде буквы «Т») и двутавровое (в виде перевернутой набок буквы «Н») железо.
Чугун по своим качествам подразделяется на много сортов, но в промышленности считаются только два главных сорта: белый и серый чугун. Белый чугун, иначе называемый зеркальным, отличается от серого беловатым цветом и большею твердостью, он хорошо полируется. Серый чугун темного серого цвета, мягок и вязок, а некоторые сорта его так же ковки, как и железо.
Ковкий чугун. Под этим названием известен в технике такой чугун, которой с помощью особой дополнительной металлургической операции приобретает свойства самого лучшего железа: мягкость, вязкость и ковкость. Главнейшие преимущества этого металла – сравнительная дешевизна его против торговой цены железа и легкость получения из него самых сложных форм, которые весьма трудно получить отковкою обыкновенного железа.
Распространению в промышленности ковкого чугуна много способствовала возможность мелкой закалки поверхности этого металла, причем сохранялась мягкость внутреннего ядра. Поверхности вещей, отлитых из закаленного чугуна, можно эмалировать, а также гальванопластическим путем покрыть другими металлами: цинком, никелем и т. п. В холодном состоянии ковкий чугун можно обрабатывать рубящими, режущими и другими слесарными инструментами, а при умеренном нагревании металл этот так же хорошо куется, как и железо.
Кроме ковкого чугуна в кузнечно-слесарном деле употребителен другой вид его, называемый сталью.
Сталь добывается из чугуна, так же как железо, различными способами и отличается от последнего только большим содержанием углерода, именно от 1 до 2 %. Хорошая сталь должна иметь светлый, серовато-белый цвет, приближающийся к серебристо-белому, и отличается плотным мелкозернистым сложением, хорошо принимающим полировку. Сталь мягче белого (зернистого) чугуна, но тверже железа; исключительным качеством стали является ее значительная упругость и гибкость. Крепость стали по крайней мере вдвое более крепости железа.
По своему составу сталь занимает середину между железом и чугуном. При известном нагреве сталь хорошо куется и обладает большою способностью свариваться. Твердость, вязкость и упругость стали, встречающиеся в различных сортах ее, в разнообразной степени обусловливают пригодность ее для изделий различного рода. Чем тверже сталь, тем она легче ломается, и на этом основано разделение стали и пригодность ее для разного рода изделий. Различают следующие сорта стали:
1) Твердая инструментальная сталь, служащая для приготовления напилков, резцов для обточки твердых металлов и т. п.
2) Пружинная сталь – для выделки пружин. Такая сталь должна обладать в значительной степени способностью изгибаться, не ломаясь.
3) Мягкая сталь – для выделки кос, ножей и прочего.
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.
