Rodzaje stali i obróbka cieplna: normalizacja, hartowanie i poblasku

Kowai nie tylko kształtuje stal — zmienia ją. Za każdym razem, gdy przedmiot jest nagrzewany w piecu i chłodzony na nowo, wewnętrzna struktura ziaren stali się zmienia, a wraz z nią jego twardość, żywotność i wytrzymałość. Przedmiot kształcenia Podstawowe Kucie wymaga, zgodnie z celami kompetencji, aby uczeń uzyskał zrozumienie wpływu nagrzewania na stal, i mógł zastosować normalizację, odpuszczenie i hartowanie poszczególnych typów stali, oraz uzyskał umiejętność spawania w piecu. To brzmi teoretycznie, ale jest głęboko praktyczne: nieprawidłowo obrobiona termicznie stal pęka, a nieprawidłowo obrobiony but zużywa się krzywo.

Stal to żelazo z niską zawartością węgla, i dokładnie zawartość węgla określa, co można zrobić z materiałem. Miękka stal o niskiej zawartości węgla jest ciągliwa i łatwa do kucia — to materiał podkowy. Stal o wyższej zawartości węgla może być hartowana i dlatego jest używana do narzędzi takich jak noże kopytowe, szczypce i dłuta. Jako kowal powinieneś wiedzieć, jaki typ stali masz, zanim wybierzesz obróbkę cieplną: próba hartowania stali o zbyt niskiej zawartości węgla nie daje efektu, a przegrzewanie stali narzędziowej może ją zniszczyć.

Podczas kucia struktura ziaren stali staje się nierówna: niektóre obszary są sute mocno, inne słabo, i powstają wewnętrzne naprężenia. Podczas normalizacji przedmiot jest równomiernie ogrzewany powyżej temperatury przemiany stali, a następnie powoli chłodzony na spokojnym powietrzu. Wynikiem jest struktura ziarnnozawa, jednorodna, bez naprężeń wewnętrznych — stal jest znormalizowana z powrotem do znanego stanu. Zwykle robi się to po intensywnym kuciu, przed dalszym przetwarzaniem.

Podczas hartowania stal jest ponownie ogrzewana powyżej temperatury transformacji, ale zamiast powolnego chłodzenia jest gwałtownie chłodzona w wodzie lub oleju. Szybkie chłodzenie zamraża bardzo twardą strukturę w stali. Ceną jest kruchy: nowo zahartowany przedmiot jest twardy jak szkło i może pęknąć od uderzenia. Dlatego hartowanie nigdy nie stoi samo.

Po hartowaniu emalia jest hartowana: jest ponownie podgrzewana do znacznie niższej temperatury i tam utrzymywana, co powoduje wymianę części twardości na wytrzymałość. Tradycyjnie kowal odczytuje temperaturę hartowania z kolorów hartowania, które przeciągają się po naświetlonej powierzchni — od jasnego koloru słomy poprzez brąz i fiolet do niebieskiego — gdzie jasne tony odpowiadają niższej temperaturze i większej zachowanej twardości niż błękitne. Równowaga między twardością a wytrzymałością jest wybierana w zależności od zastosowania narzędzia: ostrze powinno być twarde, narzędzie uderzeniowe powinno być wytrzymałe.

• 01Normalizacja: ogrzewanie powyżej temperatury transformacji + spokojne chłodzenie powietrzem → jednolita struktura bez naprężeń.
• 02Hartowanie: podgrzewanie ponad temperaturę transformacji + szybkie chłodzenie w wodzie/oleju → maksymalna twardość, ale kruche.
• 03Odbarwienie: ponowne podgrzanie do niższej temperatury po hartowaniu → elastyczność kosztem nieco mniejszej twardości.
• 04Kolory żarów (od ciemnoczerwonego do jasnego żółtego) pokazują temperaturę kucia; kolory odpuszczania (żółty do niebieski) pokazują temperaturę odpuszczania.

Spawanie essy jest najstarszą metodą spawania: dwa przedmioty są nagrzewane do temperatury spawania — gdzie stal jest prawie białogrzejąca i powierzchnia zaczyna lepić — a następnie są młotkowane razem, aby połączyć się w jeden kawałek. Metoda wymaga czystej powierzchni, właściwej temperatury i szybkich, pewnych uderzeń młotka. W zawodzie kowalstwa spawanie essy jest używane między innymi w produkcji niektórych ręcznie wykonywanych podków i modyfikacji, a umiejętność jest niezależnym celem w Podstawowych Pracach Kowalskich.

Cele szkoleniowe wyraźnie wymieniają pracę z piecami gazowymi i węglowymi. Piec gazowy szybko się zapala, daje równomierne ciepło i jest standardem w wielu mobilnych warsztatach. Piec węglowy pozwala na bardzo wysokie temperatury skoncentrowane na małym obszarze — zaletę przy spawaniu esą — ale wymaga więcej opieki i doświadczenia w sterowaniu ogniem. Oba stawiają wymagania na ssanie i bezpieczeństwo pożarowe: Przepisy Urzędu ds. Warunków Pracy na temat pracy z otwartym ogniem i gazami dymowymi mają zastosowanie w kuźni tak jak w każdym innym warsztacie.

Metalurgia to niewidoczna połowa rzemiosła kowalskiego. Dwa podkowy mogą wyglądać tak samo i zachowywać się zupełnie inaczej, ponieważ jeden jest przykuty i chłodzony prawidłowo, a drugi jest przegrzany i pełen napięć. Kowal specjalizujący się w sprzęcie, który rozumie swoje stale, tworzy narzędzia, które trzymają, podkowy, które zuż się równomiernie — i unika pęknięć, które zawsze pojawiają się w najbardziej niefortunnym momencie.