Топливо для кузнец. Нагрев заготовок

Для нагрева заготовок кузнецы используют различные виды топлива: твердое, жидкое и газообразное (см. приложение 1). Наиболее широко применяется в небольших кузницах твердое топливо— дрова, торф, уголь и кокс.

Древесный уголь был основным видом топлива вплоть до середины XVIII в., а в настоящее время его изготовляется настолько мало, что для нагрева заготовок он практически не применяется. Однако если необходим умеренный нагрев заготовок небольших размеров, то лучше всего сделать это все же на древесном угле,

который должен быть хорошо выжжен, быть плотным, твердым, сгорать не слишком быстро, иметь блестящий излом и «звонкость». Масса 1 м3 хорошего древесного угля в рыхлой насыпке равна: дубового и букового — 330 кг, березового — 215 кг, соснового — 200 кг, елового —130 кг.

Кокс наиболее широко применяется в кузнечных цехах для нагрева заготовок, так как имеет относительно низкий процент содержания серы и фосфора и высокую теплотворную способность.

Каменный уголь используется в том случае, когда необходимо нагревать заготовки до высокой температуры. Уголь хорошего качества должен при горении давать короткое пламя и хорошо спекаться. Плотность угля равна 1,3 т/м3, а масса 1 м3 в рыхлой насыпке — 750— 800 кг. Уголь должен быть черного с блеском цвета размером с грецкий орех. Кузнецы называют такой уголь «орешек».

Жидкое топливо — это нефть, продукты ее перегонки (бензин, керосин и т. п.) и остаточные масла.

Наиболее широко в кузнечном деле применяются мазуты, которые относительно дешевы и имеют высокую теплотворную способность.

Газообразное топливо (природный газ) все шире начинают использовать в кузнечных горнах, так как оно относительно дешево, имеет высокую теплотворную способность, легко смешивается с воздухом, полностью сгорает и, самое главное, в нем отсутствует ядовитый оксид углерода.

Для тех кузнецов и любителей кузнечного дела, кто не имеет возможности использовать для нагрева заготовок жидкое или газообразное топливо, а также купить каменный уголь или кокс, рассмотрим способы получения древесного угля.

Получение древесного угля. «Кучи» (рис. 42) устраивают в лесу возможно ближе к месту рубки деревьев, на участке, защищенном от ветра и недалеко от воды.

Вначале выравнивают площадку, очищают ее от дерна и утрамбовывают землю. Затем посередине вколачивают три кола и распирают их планками, в результате чего образуется вертикальная труба. На земле вокруг трубы насыпают горку из легко воспламеняющихся материалов (стружек, сухих веточек, бересты), на которую устанавливают поленья высотой 1—1,5 м. Над этим рядом устанавливается второй, а сверху — горизонтальные поленья и сучья образуют гак называемый «чепец».

Затем всю кучу покрывают слоем листьев, мхом и дерном и сверху засыпают песком и землей с угольным мусором. При этом необходимо следить, чтобы покрышка не доходила до земли. Далее у основания кучи с наветренной стороны укладывают сухие ветки и поджигают их. Когда низ поленьев разгорится — основание кучи плотно засыпают и горение продолжается с очень незначительным доступом воздуха. Все время необходимо смотреть за исправностью покрышки. Процесс горения длится 15—20 ч и считается законченным, когда из отдушин покажется голубой дым. После этого закрывают все отдушины и в течение нескольких часов куча охлаждается. Затем разбирают покрышку и разбивают крупные куски. Следует иметь в виду, что по объему древесного угля получается в 2 раза меньше, чем было дров, а по массе — в 4 раза.

Можно устраивать «кучи» и как показано на рис. 43.

На ровной, защищенной от ветра, площадке укладыва1 ют параллельно на расстоянии 30—40 см друг от друга два полена длиной 1 м и толщиной 12—15 см и заполняют пространство между ними сухими стружками и щепками (а). Затем оформляют «кучу» (б, в). Постепенно «куча» принимает форму полусферы (г). Затем дрова со всех сторон обкладывают влажной соломой засыпают слоем земли и обкладывают дерном толщина 10 см, оставив снизу незасыпанный поясок высотой 20 см. После этого расчищают окно между нижними параллельными бревнами и поджигают стружки. Как только дрова разгорятся, окно плотно закрывается соломой и засыпается землей. Если где-нибудь в процессе горения начнет пробиваться пламя, то необходимо это место обложить соломой и засыпать землей.

Через 10—12 ч дрова сгорают и всю кучу засыпают до основания тонким слоем земли, чтобы дальнейшее горение шло без доступа воздуха. Спустя 3—4 ч уголь готов. Кучу разгребают, уголь поливают водой для прекращения горения и собирают.

Более простой способ получения древесного угля «в траншеях». В траншею длиной 1,5—2 м и глубиной примерно 0,5 м плотно укладывают поленья. Внизу под поленьями необходимо разложить мелкие щепки и стружки. Затем траншею закрывают железными листами, сверху насыпают песок и землю. С одной стороны траншеи оставляют окно, через которое поджигают щепки, а с другой — окно для выхода дыма. После того как Дрова разгорятся, окна прикрывают и горение продолжается без доступа воздуха.

Следует иметь в виду, что для нагрева заготовок лучше использовать древесный уголь из дуба, клена, бука, березы.

Нагрев заготовок.Это важная и ответственная операция, от которой зависят качество деталей, производительность труда, стойкость инструмента.

Кузнецу необходимо помнить, что в процессе нагрева изменяются структура металла, его свойства и состояние поверхностных слоев. В результате повышается активность взаимодействия металла с атмосферой и на поверхности заготовки образуется слой окалины, толщина которой зависит от температуры и времени нагрева, химического состава металла и окружающей среды.

Наиболее интенсивно окисляются стали при температуре свыше 900 °С; так, при 1000 °С скорость окисления увеличивается в 2 раза, а при 1200 °С — уже в 5 раз.

Окалина у легированных сталей плотная и имеет малую толщину, в результате чего она не растрескивается при ковке и защищает металл от дальнейшего окисления. Хромоникелевые стали при нагреве практически не окисляются и поэтому называются жаростойкими.

При нагреве углеродистых сталей происходит выгорание углерода с поверхностного слоя на глубину до 2— 4 мм, что ведет к обезуглероживанию и снижению прочности и твердости стали и к ухудшению закаливаемости. Обезуглероживание особенно неблагоприятно влияет на качество поковок небольших размеров, подвергаемых последующей закалке.

Известно, что прогрев заготовок по сечению осуществляется вследствие теплопередачи от наружных слоев к внутренним. Под действием высокой температуры наружные слои расширяются больше внутренних и между ними возникают температурные напряжения, которые могут привести к разрушению металла. Заготовки из углеродистых конструкционных сталей с размерами сечения до 100 мм «не боятся» быстрого нагрева, и поэтому их можно закладывать холодными в печь с температурой до 1300 °С.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали имеют низкую теплопроводность и во избежание образования трещин заготовки необходимо нагревать медленно.

Ковать заготовку можно только тогда, когда она равномерно прогреется по всему сечению.

Следует сказать, что для каждой марки стали имеется свой температурный интервал ковки, т. е. определены температуры начала ковки Тн и конца Тк. Нагрев метала выше температуры Тн приводит к перегреву Известно, что при перегреве увеличивается размер зерен, металл приобретает крупнозернистую структуру, его пластичность снижается. Кроме того, поковки с крупнозернистой структурой имеют низкие механические свойства. При необходимости перегрев можно исправить термической обработкой, но это требует дополнительного времени и расхода энергии. Нагрев металла до еще более высокой температуры приводит к пережогу, в результате чего происходит ускоренная диффузия кислорода внутрь металла и из-за нарушения связей между зернами такой металл при ковке разрушается полностью. Пережог — неисправимый брак.

Ковка заготовок ниже температуры Тн приводит к образованию трещин. В связи с этим кузнецу необходимо пользоваться диаграммой Fe—С (см. рис. 41), на которой верхней штриховой линией Тн обозначена температура начала ковки, нижней линией Тк — конца ковки. Следовательно, ковать металл необходимо в температурном режиме Tн>t>Tк (заштрихованная зона).

Чтобы поковки имели более высокие механические свойства, необходимо стремиться заканчивать ковку при температуре на 20—30 °С выше допустимой температуры Тк. В этом случае в металле успеет произойти рекристаллизация, а структура останется мелкозернистой.

По значениям Тн—Тк (см. рис. 41) видно, что низкоуглеродистые стали имеют более широкий температурный интервал ковки (500 °С), чем высокоуглеродистые и легированные (300 °С). Следовательно, при ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется несколько меньшее число нагревов, чем при ковке аналогичного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали, так как температурный интервал больше и кузнец успевает выполнить большее число операций без дополнительного нагрева.

Таким образом, при нагреве заготовок необходимо следить за температурой нагрева Тн, температурой конца ковки Тк и за временем нагрева, так как при увеличении времени нагрева слой окалины растет, а при быстром нагреве появляется опасность растрескивания металла. Из практики известно, что нагрев заготовки диаметром 10—20 мм на древесном угле до ковочной температуры осуществляется за 3—4 мин, а заготовки Диаметром 40—50 мм — уже за 15—25 мин. Температуру нагрева заготовок в промышленных условиях определяют при помощи специальных приборов, а в небольших кузницах — по цвету каления (см. приложение 2).