VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Нанесении узора на клинке ножа методом ковки
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Цель:
1.Применить знания и навыки, полученные на уроках технологии и реализовать свои творческие способности при изготовлении ножа
2.Возрождение и пропаганда национального якутского ножа
Задачи:
Изучение национальных видов якутского ножа.
Познакомиться с теоретическим материалом по теме, выбрать наиболее приемлемый вариант нанесения узора. изучение технологии изготовления якутского ножа, разработать и изготовить современное лезвие с узором для ножа.
Создать новый современный нож с узором на клинке, придерживаясь всех канонов якутского ножа.
Ожидаемый результат:
Получение современного якутского ножа с узором на лезвии.
Яку́тский нож (быhах) — разновидность ножа, применяемого коренными жителями Якутии. Является одним из самых известных предметов культуры Якутии, так же как и хомус, алмазы и пр.
Вариации ножа и свойства:
Археологические раскопки, проведённые на территории современной Якутии, показывают, что образцы ножей, извлечённые из различных могильников и стоянок древнего человека, имеют несомненное сходство с якутскими ножами. Существует множество региональных вариаций якутского ножа, но в классическом варианте нож представляет собой клинок длиной от 110 до 170 мм, насаженный на деревянную ручку, сделанную из берёзового капа с кожаными ножнами.
Клинок:
Клинок якутского ножа заострён, имеет лезвие с одной стороны и прямой (или почти прямой) обух. Особенностью якутского ножа является асимметричная заточка лезвия — отмеченная ещё первыми исследователями жизни якутов. С одной стороны лезвие ножа плоское, имеет дол (если смотреть со стороны обуха — то правая сторона клинка). Противоположная (левая) сторона клинка выгнутая. Это делается для того, чтобы при работе с ножом нож «не зарывался» в материал. Именно в этой связи для правшей и левшей ножи отличаются. Для левшей делаются ножи с зеркально перевернутой асимметрией клинка.
Ножи различаются по длине клинка:
от 80 до 110 мм — малый нож (быhычча) — обычно делается для детей или женщин;
от 110 до 170 мм — нож (быhaх) — самая распространённая форма;
от 170 мм — большой нож (хотохон — от якутского «хот» — победить) — практически боевое оружие, и потому делается редко;
имеется ещё вариация называемая батыйа — меч длиной от 500 мм, с изогнутым клинком с такой же асимментричной заточкой.
По ширине клинка различаются тундрово́й — имеющий узкое лезвие и таёжный или ала́сный — более широкое лезвие. В тундре нож в основном используется для резки или сверления, а в тайге для разделки добычи и домашнего скота или работы по дереву — именно этим объясняется различие ширины клинка.
Традиционно рабочий якутский нож имеет клинок, изготовленный из довольно мягкой стали. Мягкая сталь диктуется практическими соображениями — так чтобы нож можно было заточить в полевых условиях об речную гальку или другой материал. В последнее время получили распространение якутские ножи с клинками, выполненными из специальных марок стали, или даже булатной (дамасской) стали.
Множество вопросов у различных исследователей вызывает происхождение дола на клинке. Есть различные версии начиная от того, что дол нужен для кровостока, что это дань традициям, когда ножи изготавливались из кости, что дол нужен для придания жёсткости клинку, что наличие дола — результат особенности ковки асимметричного клинка или дол нужен для уменьшения веса клинка, чтобы нож не тонул и проч
Рукоятка:
Рукоятка ножа традиционно делается из берёзового капа, пропитанного специальным маслом. Рукоятка ножа в сечении напоминает яйцо, «острым» концом направленное в сторону лезвия, и лишена каких бы то ни было упоров, гард и пр. — простая прямая рукоять. Длина её 130—150 мм, что длиннее ширины мужской ладони. Длинная ручка объясняется не только соображениями удобства, но также и тем, что нож не должен тонуть в воде. Кроме берёзового капа, используются также кусочки берёсты, которые накладываются друг на друга (могут сразу надеваться на хвостовик лезвия) и между слоями промазываются клеем. После склейки берестяная заготовка сушится под прессом, и затем из неё изготавливают рукоять. Ножи с ручкой из мамонтовой кости, пластика и пр. являются сувенирной продукцией и не используются в повседневной жизни.
Ножны:
Оригинальными в якутском ноже являются также ножны. В классическом варианте ножны делаются из снятого чулком бычьего хвоста, внутри которого находится деревянный вкладыш, который не должен плотно обхватывать клинок. Функцией вкладыша является не удержание ножа, а защита клинка от поломки. Функцию удержания выполняет кожаная часть ножен — поскольку нож утапливается в ножны на 2/3 длины рукояти, так чтобы ножны плотно прилегали к ручке ножа. Допускаются варианты изготовления ножен также из обычной шитой кожи или берёсты. Крайне редко встречаются деревянные ножны.
Для ношения ножа к ножнам обычно приделывается кожаный шнурок.
Основная часть
Конструкционная высокоуглеродистая сталь марки 65Г, поставляемая соответственно техническим требованиям ГОСТ 14959, представляет собой сталь рессорно-пружинной группы. Она должна сочетать в себе высокую поверхностную твёрдость (для чего в её состав вводится до 1% марганца) и повышенную упругость. Все эти характеристики обеспечиваются в результате выполнения надлежащей термической обработки изделий, изготовленных из рассматриваемой стали.
Конструкционная высокоуглеродистая сталь марки 65Г, поставляемая соответственно техническим требованиям ГОСТ 14959, представляет собой сталь рессорно-пружинной группы. Она должна сочетать в себе высокую поверхностную твёрдость (для чего в её состав вводится до 1% марганца) и повышенную упругость. Все эти характеристики обеспечиваются в результате выполнения надлежащей термической обработки изделий, изготовленных из рассматриваемой стали.
Относясь к разряду экономнолегированных, сталь 65Г относительно дешёвая, что обуславливает её широкое и эффективное применение. В числе главных её компонентов находятся:
углерод (в пределах 0,62…0,70 %);
марганец (в пределах 0,9…1,2 %);
хром и никель (до 0,25…0,30 %).
Все остальные составляющие – медь, фосфор, сера и т.д. – относятся к примесям, и допускаются в химическом составе данного материала в количествах, ограничиваемых госстандартом.
При достаточной твёрдости (например, после поверхностной нормализации она должна составлять не менее 285 НВ), и прочности на растяжение (не ниже 750 МПа), сталь 65Г обладает достаточно высокой для своего класса ударной вязкостью – 3,0…3,5 кг∙м/см2. Это даёт возможность использовать материал для производства ответственных деталей подъёмно-транспортного оборудования (в частности, ходовых колёс мостовых кранов, катков), а также пружинных шайб и пружин неответственного назначения.
Стоит отметить, что детали пружин, изготовленные из стали 65Г, плохо свариваются, а также не могут противостоять периодически возникающим растягивающим напряжениям (относительное удлинение не превышает 9%), а потому не подлежат применению в неразъёмных конструкциях машин и механизмов. При проведении процессов холодного пластического деформирования сталь становится весьма малопластичной уже при малых (до 10%) деформациях, поэтому, при необходимости изготовления из неё пружин больших размеров, приходится применять нагрев исходных заготовок, даже под листовую штамповку. Впрочем, и в горячем состоянии предельные степени деформации стали 65Г не превышают 50…60%.
Оптимальные технологические процессы термической обработки материала
Выбор режима термообработки диктуется производственными требованиями. В большинстве случаев для придания надлежащих физико-механических характеристик используют:
нормализацию;
закалку с последующим отпуском.
Температурно-временные параметры термической обработки и выбор её вида зависят от исходной структуры стали. Данный материал принадлежит к сталям доэвтектоидного типа, поэтому в его составе при температурах выше нижней точки аустенитного превращения — 723 °С — на 30…50 °С содержится аустенит в виде твердой механической смеси с незначительным количеством феррита. Поскольку аустенит – более твёрдая структурная составляющая, чем феррит, то интервал закалочных температур для стали 65Г будет существенно ниже, чем для конструкционных сталей с более низким процентным содержанием углерода. Таким образом, температурный интервал закалки стали данной марки должен находиться в пПримерно такой же температурный диапазон применяют и для проведения нормализации – технологической операции термообработки, которую используют с целью исправления структуры материала изделия, для снятия внутренних напряжений, а при последующей механической обработке полуфабриката – и для улучшения его обрабатываемости.
Поскольку ударная вязкость у закалённой стали 65Г – пониженная, то после закалки изделия из неё, в частности, пружины, обязательно должны пройти высокий отпуск. Происходящие в ходе отпуска мартенситно-аустенитные превращения снижают уровень возникающих во время закалки внутренних напряжений, снижают хрупкость и несколько поднимают показатели ударной вязкости.
Переход высокого отпуска исключается из режима только в том случае, когда заготовка проходит изотермическую закалку. В результате высокого отпуска сталь 65Г приобретает структуру сорбита, характерными особенностями которой являются мелкодисперсность структуры при сохранении изначально высоких показателей твёрдости, что полностью соответствует эксплуатационным требованиям.
Режимы закалки стали 65Г
Для соблюдения тех характеристик, которые заданы техническими условиями на эксплуатацию деталей, при выборе режима закалки учитывают следующие составляющие:
ределах не более 800…830 °С.
способ и оборудование для нагрева изделий до требуемых температур;
установление нужного температурного диапазона закалки;
выбор оптимального времени выдержки при данной температуре;
выбор вида закалочной среды;
технологию охлаждения детали после закалки.
Интенсивность нагревания предопределяет качество получаемой структуры. Для малолегированных сталей процесс ведут достаточно быстро, поскольку при этом минимизируется риск обезуглероживания материала, и, как следствие, потеря деталью своих прочностных параметров. Однако чересчур быстрый нагрев вызывает к жизни иные неприятности. В частности, для крупных деталей, с большими перепадами поперечных сечений это может вызвать неравномерное прогревание металла, с перспективой дальнейшего появления закалочных трещин, выкрашивания углов и кромок.
Для достижения максимальной степени равномерности нагрева сталь сначала подогревают в предварительных камерах термических печей до температур, несколько ниже закалочных – от 550 до 700 °С, и только потом деталь направляется непосредственно в закалочную печь. Быстрее всего нагрев осуществляется в расплавах солей, медленнее – в газовых печах, и ещё медленнее – в электрических печах. Именно поэтому поверхностная закалка изделий из стали 65Г в индукционных печах выполняется достаточно редко. Индуктор, как закалочный агрегат, используется лишь для изделий с малым поперечным сечением. При выборе вида нагревательного устройства важен также состав атмосферы, которая в нём создаётся. В частности, для термических печей, работающих на газе, стараются всемерно снижать длительность пребывания детали в печи, поскольку в противном случае происходит выгорание части углерода поверхностного слоя.
Исходя из нормируемой для стали 65Г температуры закалки в 800…820 °С, предельная величина обезуглероженного слоя не должна быть более 50…60 мкм.
Температурный диапазон закалочных температур может корректироваться в зависимости от конфигурации изделия. Например, если деталь имеет сложные очертания, малые габариты и изготовлена из листового металла, то оптимальной температурой будет нижняя граница указанного выше диапазона. Управляя температурой закалки (например, с помощью автоматических датчиков температуры), можно менять толщину закалённого слоя и величину зоны, которая прокалилась менее остальных. К подобным техническим решениям прибегают, когда различные части детали работают в разных эксплуатационных условиях.
Сталь 65Г не боится перегрева, однако при закалке по верхнему значению температурного диапазона ударная вязкость материала начинает уменьшаться, что сопровождается ростом зерён в микроструктуре.
Для снижения коробления деталей, которые имеют тонкие рёбра и перемычки, пользуются нагревом в соляных закалочных ваннах. Чаще применяют расплав хлористого натрия, а для раскисления в рабочий объём ванны добавляют буру или ферросилиций.
Выдержка при закалке изделий из стали 65Г при заданном температурном интервале происходит до тех пор, пока полностью не произойдёт перлитное превращение. Этот процесс зависит от размера поперечного сечения детали и способа нагрева. Для наиболее употребительных случаев можно воспользоваться данными таблицы:
|
Временя нагрева и выдержки в зависимости от закалочной среды и габаритов заготовки |
||||
|
Наибольший габаритный размер детали, мм |
Закалка в пламенной печи |
Закалка в электропечи |
||
|
Время нагрева, мин |
Время выдержки, мин |
Время нагрева, мин |
Время выдержки, мин |
|
|
До 50 |
40 |
10 |
50 |
10 |
|
До 100 |
80 |
20 |
88 |
20 |
|
До 150 |
120 |
30 |
130 |
30 |
|
До 200 |
160 |
40 |
175 |
40 |
Охлаждение изделий после закалки производят не в воду, а в масло, это позволяет избежать возможной опасности растрескивания.
Технология последующего отпуска
Как уже указывалось, для получения структуры сорбита изделия из стали 65Г подвергают только высокому отпуску при температурах 550…600 °С, с охлаждением на спокойном воздухе. Для особо ответственных деталей иногда проводят дополнительный низкий отпуск. Диапазон его температур — 160…200 °С, с последующим медленным охлаждением на воздухе. Такая технология позволяет избежать накапливания термических напряжений в изделии, и повышает его долговечность. Для отпуска можно применять не только пламенные, но и электрические печи, оснащённые устройствами для принудительной циркуляции воздуха. Время выдержки изделий в таких печах — от 110 до 160 мин (увеличенные нормативы времени соответствуют деталям сложной конфигурации и значительных поперечных сечений).
В качестве рабочих сред при закалке стали 65Г не рекомендуется использовать воду и водные растворы солей. Ускорение процесса охлаждения, которое вызывает вода, часто сопровождается неравномерностью прокаливания.
Ход работы
Мы используем для нашего проекта сталь марки 65г пружинное рессорную сталь, отрезаем болгаркой пружинную сталь нужного нам размера. Помещаем заготовку в муфельную печь нагретую до температуры 850градусов. Куём заготовку нужной нам формы, затем на полученной форме делаем насечки с помощью точильного круга в шахматном порядке со стороны обуха и лезвии, и снова нагреваем заготовку клинка в муфельном печи уже при температуре уже 900гр
Аккуратно отковываем заготовку так чтобы не было наклепа между насечками тем самым предаём форму клинка. После ковки клинка мы обрабатываем в точильном круге, придавая ему нужную нам форму и при этом снимаем лишнюю часть заготовка
Перед закалкой клинка надо сделать нормализацию стали (даем остыть), для того чтоб избежать деформацию клинка (микротрещин и загибов)
После отпуска стали мы закаляем клинок при температуре 800гр в трансформаторном масле.
С помощью алмазной пластины мы обтачиваем кромку лезвии ножа с режущей стороны и убираем следы точильного круга
Затем тщательно полируем клинок на полировочном станке с применением паста гоя
После полировки клинок надо обезжирить раствором для того чтоб получился четкий рисунок и помещаем в раствор лимонной кислоты для выявления текстуры рисунка, можно ускорить процесс травления с помощью подключения напряжения через трансформатор. Только что выявившийся рисунок мы поласкаем клинок в содовом растворе для того чтобы прекратить процесс окисления
Для рукояти ножа нам понадобится гарда из рога снежного барана и брусок берёзовой капы, делаем подгонку гарды под хвостовик клинка. Берем брусок берёзового капа и сверлим потайное отверстие под хвостовик, после наполняем потайное отверстие эпоксидным клеем для фиксации клинка
Для изготовления ножны берем брусок березы и разделяем брусок на две равные части и вырезаем форму клинка с левой стороны бруска. Склеиваем брусок в столярных тисках с помощью клея ПВА. После того как клей зафиксировал брусок придаем ей форму ножны с помощью наждачного круга. С помощью тисков и клея «момент» обтягиваем плотной кожей в течении 30 мин даём ей склеится.
С помощью кронциркуля отмечаем места отверстий и на отмеченных местах делаем отверстия для будущего шва. Продеваем капроновую нить с помощью шило с обоих сторон и получаем первый стежок. В обратном направлении через те же отверстия делаем второй стежок и продолжаем шов до конца. В конце шва делаем тугой узел и оплавляем над свечой.
Берем острый нож и срезаем лишнюю кожу, оставив небольшой запас. Затем с помощью абразивной шкурки обрабатываем срез. Для изготовления подвески делаем отверстия под медную трубочку диаметром 5 мм -10мм и заклепываем. Вдеваем в отверстие диаметром 5мм-10мм плетеные конские волосы, тем самым получаем подвеску для ножа.
Исследовательская работа:
Прежде чем приступить к изготовлению якутского ножа мне потребовалась много информации о видах ножей. Поэтому я провел много времени в поисках в Интернете, на различных сайтах, где познакомился с нужной для меня информацией. Существует множество региональных вариаций якутского ножа, но в классическом варианте нож представляет собой клинок длиной от 110 до 170 мм,
Ножи различаются по длине клинка:
от 80 до 110 мм — малый нож (быhычча) — обычно делается для детей или женщин;
от 110 до 170 мм — нож (быhaх) — самая распространённая форма;
от 170 мм — большой нож (хотохон — от якутского «хот» — победить) — практически боевое оружие, и потому делается редко;
имеется ещё вариация называемая батыйа — меч длиной от 500 мм, с изогнутым клинком с такой же асимментричной заточкой.
По ширине клинка различаются тундрово́й — имеющий узкое лезвие и таёжный или ала́сный — более широкое лезвие. В тундре нож в основном используется для резки или сверления, а в тайге для разделки добычи и домашнего скота или работы по дереву — именно этим объясняется различие ширины клинка.
Клинок якутского ножа заострён, имеет лезвие с одной стороны и прямой (или почти прямой) обух. Особенностью якутского ножа является асимметричная заточка лезвия — отмеченная ещё первыми исследователями жизни якутов. С одной стороны лезвие ножа плоское, имеет дол (если смотреть со стороны обуха — то правая сторона клинка). Противоположная (левая) сторона клинка выгнутая. Это делается для того, чтобы при работе с ножом нож «не зарывался» в материал. Именно в этой связи для правшей и левшей ножи отличаются.
Множество вопросов у различных исследователей вызывает происхождение дола на клинке. Есть различные версии начиная от того, что дол нужен для кровостока, что это дань традициям, когда ножи изготавливались из кости, что дол нужен для придания жёсткости клинку, что наличие дола — результат особенности ковки асимметричного клинка или дол нужен для уменьшения веса клинка, чтобы нож не тонул.
Для левшей делаются ножи с зеркально перевернутой асимметрией клинка.
Изучил различные виды стали, ее состав, изменение при термической обработке, о разновидности закалки клинка. А также принимал участие в республиканском практическом семинаре по добыче железа из руды.
Экономический анализ
Расходные материалы:
1 диск болгарки – 5 шт. (150рб)
2. Лимонная кислота – 1 пачка (35рб)
3. кожа для ножны – (150 рб)
4. Медная трубка для подвески –(5 рб)
5. Брусок из капы – 500рб
6.наждачные бумаги – 250 рб
7.Клей «Момент столярный», ПВА, Эпоксидный клей – 150 рб
8. Расход электроэнергии: точильный круг – 0,6 квт
Наждачного круга – 0.6 квт
Индукционная печь – 5 квт
Итого 2500 рб
Заключение
Таким образом, в процессе работы над проектом цели и задачи мной были достигнуты. В результате проведенной работы можно сделать выводы:
Освоил основные приемы ковки клинка. Узор на клинках получился отличным. Изучил различные виды ножей, что позволит мне совершенствовать свои знания и умения при выполнении последующих работ.
Подведя итог я получил огромное удовольствие, работая над проектом, проявляя свое умение и творчество. Эта работа развивает терпение, выдержку, усидчивость, аккуратность, внимание, зрительную память, чувство формы.
Использованная литература:
Ковка Нетыкса М. А. Краткое руководство кузнечного дела
Кащук В.А. Верещагин А. Б. Шлифовка справочник
Беккерт М. Мир металла
Вишневский Я.С. Технология ручной ковки
Юсипов З.И. Ляпунов Н.И. Ручная ковка
Приложения