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] товар, достаточно толстый и мягкий, без прорезов, пробоин и вообще каких-либо недостатков и пороков.