Залізо - це блискучий срібно-сірий метал. Густина заліза - 7,874 г/куб. см (при 20 °С). Температура плавлення - 1539 °С, кипіння - біля 3200 °С.
Властивості заліза:
--Пластичність. Легко піддається механічній обробці: різанню, куванню, штампуванню, прокатці.
--Магнітність. Магнітні властивості заліза були виявлені дуже давно (напр. компас був винайдений ще 2 тис. років тому). При нагріванні до 769 °С залізо втрачає свої магнітні властивості (Точка К'юрі).
--Зміна температурного режиму обробки заліза призводить до зміни фізичних характеристик металу за рахунок перебудови його кристалічної структури.
В умовах високої вологості залізо легко окислюється і покривається іржею. Одним із найбільш ефективних методів захисту заліза від корозії є воронування - термічна обробка при температурі більшій за 600 °С. Залізо, котре містить мінімальну кількість домішок, має високу корозійну стійкість та отримання чистого заліза проблематично і коштує дуже дорого. Тому на практиці використовують залізні сплави, серед яких можна відмітити залізо-вуглецеві сплави: сталь, чавун, ферросплави. Додавання вуглецю змінює властивості заліза, роблячи його ніби-то іншим металом із зовсім іншими фізичними властивостями.
Чавун
Чавун представляє собою сплав заліза і вуглецю (біля 4%). Крім того чавун містить домішки кремнію, фосфору, сірки та ін. Для виготовлення виробів із чавуну використовують тільки метод лиття, так як через високий вміст вуглецю чавун не піддається ані куванню, ані зварюваню.
Сталь
Сталь - це сплав заліза із вуглецем процент якого не перевищує 2 %. На відміну від чавуну, сталь легко піддається пластичній деформації, особливо при високій температурі. Саме дана властивість сталі зробила її самим популярним металом в майстерні коваля. Фізичні, а значить, і технологічні властивості сталі в першу чергу залежать від процентного вмісту елементів, котрі входять до її складу. Вуглецева сталь.
Сталь, яка містить до 1,7% вуглецю називається вуглецева. Для ручного кування найбільше підходить виробнича сталь із низьким вмістом вуглецю (від 0,1 до 0,3%) і легуючих добавок (до 1%). Це м'який і пластичний метал, який легко кується, добре зварюється, без зусиль ріжеться і піддається хімічній обробці. Виробнича сталь позначається буквами "Ст" і порядковим номером марки (Ст0, Ст1, Ст2...).
Найчастіше в ручному куванні використовують мало вуглецеву сталь марок Ст0, Ст1, Ст2 та Ст3 які добре гнуться, прекрасно піддаються зварці і не загартовуються. Така сталь містить до 0,23% вуглецю.
Сталь Ст0 - із неї виготовляють конструкції малої міцності.
Сталь Ст1, Ст2 - використовують для створення зварних конструкцій, фланців та болтів.
Сталь Ст3 - йде на виготовлення залізничних костилів, болтів, гайок, та ін.
Сталь Ст4 - використовують для виготовлення болтів , заклепок, поршневих пальців, шестерень і т. д. Вона слабо загартовується і піддається куванню тільки після довгочасного нагрівання. Містить біля 0,27% вуглецю.
Сталь Ст5 служить для виготовлення великих деталей, пружин та ресор. Вміщує до 0,37% вуглецю.
Сталь Ст6 рідко використовується для ручного кування так як вона відрізняється значною твердістю через високий вміст вуглецю. Дуже добре гартується. Має до 0,85% вуглецю.
Для виготовлення інструментів використовують високовуглецеву (інструментальну) сталь із вмістом від 0,6 до 1,35% вуглецю (У0, У1, У2...). Легована сталь.
Вуглецева сталь із добавками хрому, нікелю, молібдену, вольфраму та інших елементів, називається спеціальною або легованою.
Незначні домішки кремнію і марганцю не сильно впливають на якість вуглецевої сталі. Зазвичай вміст кремнію в сталі не перевищує 0,3%, а вміст марганцю - 1%. Більший процент марганцю зменшує шкідливу дію домішок сірки, роблячи сталь більш міцною і твердою. Значні добавки кремнію збільшують пружність і твердість металу, але знижують його зварюваність і в'язкість.
Навіть незначні домішки сірки чи фосфору різко знижують пластичність металу. Вміст сірки більше 0,04% провокує крихкість в гарячому стані, а наявність фосфору більше 0,05% викликає холодноламкість - крихкість при низьких температурах. В міні-кузнях процент сірки можна зменшити використовуючи в якості палива не кам'яного, а деревного вугілля.
Домішки хрому та вольфраму збільшують міцність і зносостійкість сталі, але одночасно роблять її менш пластичною. Така сталь довго гріється (через знижену теплопровідність) та важко кується так як воно зберігає твердість при температурі "червоного каління" (біля 600 °С).
Добавка ванадію позначається на виробничій сталі позитивним чином: значно збільшує його ковкість і зменшує утворення окалини.
Домішки нікелю підвищує міцність сталі, роблячи її більш стійкою до корозії.
Домішки молібдену надає сталі жароміцності, а також підвищує її в'язкість.
