Smeden: de basis

Waarom dit telt

Zonder smid slijt een gemeenschap haar gereedschap op en kan ze niets meer maken wat hard en scherp moet zijn: beitels, bijlen, schoffels, haken, scharnieren, messen. Smeden is de vaardigheid die alle andere metaalvaardigheden overeind houdt, en hij vraagt verrassend weinig: een vuur met lucht, iets zwaars om op te slaan, een hamer, een tang en houtskool. Wat hij wél vraagt, is tijd: honderden uren voordat je handen weten wat de kleuren betekenen wordt getoetst. Daarom staat dit hoofdstuk op niveau III, en begint het toch nu.

Eerst doen

1. Richt de smidse buiten of in een open schuur in, op zand of steen, minstens 4,5 meter van hout, hooi en brandstof (01.12 Vuur maken en beheren), met een emmer water en een emmer zand binnen handbereik (05.14 Brand voorkomen en blussen).
2. Zet een aambeeld of een stuk spoorstaaf vast op een stronk, zo hoog dat de bovenkant op de hoogte van je knokkels komt als je arm hangt wordt getoetst.
3. Brand houtskool volgens 11.02 Houtskool branden; steenkool uit een voorraad kan ook, maar stinkt en geeft zwaveldamp.
4. Begin met zacht staal: betonijzer of bandstaal. Leer eerst strekken, buigen en een punt maken voordat je iets wilt harden.
5. Draag een bril, katoen of wol, schoenen met dichte neus, geen ringen; zet het haar vast.
6. Smeed nooit verzinkt, verchroomd of geverfd staal. Als je het niet zeker weet: eerst afslijpen tot blank, buiten, of niet gebruiken.

Wat je nodig hebt

• Vuurhaard: een kuip van bakstenen of klei van ongeveer 30 bij 30 cm en 15 cm diep, met een buis van zwart staal die van opzij (zijblazer) of van onderen (bodemblazer) lucht in de kolen brengt wordt getoetst. Gebruik nooit een verzinkte buis. De versie uit een remtrommel, met maten, staat in BR.09 Smidse uit een remtrommel. Gebruik gewone bakstenen of vuurvaste stenen; betonblokken en natte stenen kunnen barsten of springen in de hitte wordt getoetst.
• Lucht: een handgedraaide blazer, een blaasbalg van leer of zeildoek met twee kleppen, of een kachelventilator uit een auto op 12 volt (DK.01 De auto, 10.08 De auto als onderdelendepot). Een haardroger werkt zolang er stroom is. Te veel lucht is de fout van elke beginner: het verbrandt kolen en staal.
• Aambeeld: een echt aambeeld van 50 kilo of meer, of een stuk spoorstaaf van 50 tot 80 cm, een stuk zware H-balk, een voorhamerkop in een stronk, of een massief stalen blok van minstens 20 kilo wordt getoetst. Zwaarder is beter: wat het aambeeld niet weegt, moet jouw arm leveren.
• Hamers: een kruishamer of bankhamer van 1 tot 1,5 kilo voor dagelijks werk, een zwaardere van 2 tot 3 kilo voor strekken; licht genoeg om een paar uur te zwaaien (MIT-cursus smeden). Een houten of koperen hamer voor richten zonder sporen.
• Tangen: minstens twee, met bekken die om jouw staaf sluiten: platbek voor band, wolfsbek voor rond en vierkant. Een tang die niet past, laat gloeiend staal vliegen. De eerste tangen koop of vind je; later smeed je ze zelf.
• Overig: een staalborstel voor hamerslag, een hardsteen of blok om op te richten, een beitel en een doorslag met handvat, een vijl, een bak water, een bak plantaardige olie met een deksel voor het afschrikken, in nood oude motorolie uit een auto (DK.01), die stinkt en rookt wordt getoetst, een magneet aan een draad, krijt.
• Staal: zie het kopje hieronder.

Werkwijze

Het vuur

Houtskool brandt schoon en wordt heet genoeg om te smeden wordt getoetst. Steenkool geeft zwaveldioxide die onder een kap moet worden afgezogen (MIT-cursus). Een houtskoolvuur wil smal en diep zijn: alleen de kolen rond het staal hoeven te branden. Zet daarom bakstenen in de haard die het vuur tot een kuil van 10 tot 15 cm breed en 10 cm diep beperken; bij een bodemblazer brandt anders de hele berg wordt getoetst.

1. Leg een prop papier of een handvol tondel op de luchtbuis, steek aan, en leg er kleine stukken houtskool op. Blaas zacht tot het vlam vat (01.12 Vuur maken en beheren).
2. Bouw het vuur op tot een hoop kolen van een vuist boven de buis. Het staal ligt in het hart van het vuur, niet erbovenop en niet vlak voor de luchtbuis: zo wordt het heet zonder dat de luchtstroom het aanvreet wordt getoetst.
3. Blaas rustig en gelijkmatig. Een staaf betonijzer van 10 mm hoort in 3 tot 5 minuten oranje te zijn wordt getoetst; te hard blazen maakt het vuur wit en het staal vonkt en verbrandt.
4. Schuif steeds verse kolen van de rand naar het midden en houd het vuur zo klein als het werk toelaat.
5. Houtskool breekt tot stof; bewaar de stukken van walnootgrootte, en gebruik het stof in de meiler (11.02).

Staal herkennen en kiezen

Koolstofstaal is staal met genoeg koolstof om te harden. Welk staal dat is, zie je er niet aan af, en 09.05 Metalen herkennen waarschuwt terecht tegen proeven met vuur, zuur of vonken op onbekend metaal en op onbekende deklagen. Voor de smidse omzeil je dat door te werken met staal waarvan je weet wat het was:

Deze indeling is smidskennis, geen analyse: veerstaal heeft meestal 0,5 tot 1 procent koolstof (Wikipedia), maar wat een stuk echt is, blijkt pas als je het hardt wordt getoetst. Twee controles blijven binnen de grenzen van 09.05: een magneet plakt aan koolstofstaal, maar ook aan sommige soorten roestvast staal, dus dat bewijst weinig; en een vijl glijdt over gehard staal en bijt in zacht staal. De vonkproef met een slijpsteen, waarbij koolstofrijk staal felle, vertakkende sterretjes geeft en zacht staal lange rustige strepen, doe je alleen buiten, met een bril, op blank en onbehandeld staal waarvan je de herkomst kent wordt getoetst; op een deklaag of onbekend schroot nooit. De echte test staat hieronder: hard een proefstukje, en je weet het.

Kleuren lezen

Heet staal gloeit, en de kleur zegt hoe heet. De tabellen in handboeken verschillen onderling tot 100 graden, en in fel zonlicht zie je alles doffer dan in de schaduw wordt getoetst; kijk dus altijd op dezelfde plek, uit de zon. Dit zijn de waarden van een staalleverancier (West Yorkshire Steel), met de klassieke tabel van Chapman ernaast:

De kleuren en graden komen uit de tabel; wat je bij elke kleur doet, is smidspraktijk wordt getoetst. De regel voor beginners: smeed zacht staal oranje tot geel, smeed veerstaal en gereedschapsstaal oranje tot lichtrood en nooit geel, en stop met hameren zodra het staal donker kersrood is wordt getoetst. Een stuk hoog koolstofstaal dat je op bloedrood blijft slaan, scheurt van binnen zonder dat je het ziet wordt getoetst.

Strekken

Strekken is staal langer en dunner maken. Werk op het vlakke deel van het aambeeld of over de ronde hoorn.

1. Verhit het eind oranje, leg het plat en sla recht van boven, beginnend een paar centimeter van het eind en werkend naar het eind toe.
2. Draai het staal een kwartslag en sla opnieuw, zodat alle vier de zijden vlak blijven (MIT). Een rond stuk maak je eerst vierkant, dan achtkantig, dan rond wordt getoetst.
3. Sla met het gewicht van de hamer, niet met je schouder. Laat de hamer terugveren.
4. Sla alleen als het staal gloeit; op zwart staal verpest je het aambeeld en je pols wordt getoetst.
5. Borstel de hamerslag (het zwarte schilfer) af voordat het stuk terug het vuur in gaat; anders slaat het schilfer in het oppervlak.

Buigen

1. Verhit alleen het stuk dat moet buigen, oranje; de rest blijft koel en recht.
2. Leg de buigplek op de rand van het aambeeld en sla het overhangende deel omlaag; of klem het stuk in een bankschroef en buig met een pijp over het eind.
3. Voor een scherpe hoek: eerst buigen, dan de buitenhoek weer vol stuiken door op het eind te slaan, anders wordt de hoek dun wordt getoetst.
4. Voor een oog: eerst het eind rond strekken, dan over de hoorn of de aambeeldrand krullen, van de punt naar achteren wordt getoetst.

Een punt smeden

1. Verhit het eind oranje.
2. Houd de staaf schuin op het aambeeld, onder de helft van de hoek die de punt moet krijgen, en sla; zo raak je beide vlakken tegelijk (MIT).
3. Draai een kwartslag en herhaal; bij een ronde punt steeds een achtste slag.
4. De punt koelt het snelst af en wordt het eerst donker: stop dan, anders splijt hij. Verhit opnieuw.
5. Een punt voor een doorslag of een beitel maak je stomp (60 tot 90 graden) wordt getoetst; een pen of een spijker scherp.

Harden en ontlaten

Dit is waar een smid het verschil maakt tussen een mes en een stuk plaat. Koolstofstaal wordt hard als je het boven de omzettingstemperatuur verhit en dan snel afkoelt. De omzetting begint bij 723 graden (Total Materia), maar de hardtemperatuur ligt hoger en verschilt per staal: zilverstaal met 1 procent koolstof hard je op 780 tot 810 graden in water (West Yorkshire Steel), staal met minder koolstof vraagt meer wordt getoetst. IJzer verliest bij 769 graden zijn magnetisme. Dat is niet de omzettingstemperatuur, maar zonder meetapparatuur is de magneet je beste thermometer wordt getoetst.

1. Maak het werkstuk eerst af: vorm, vijlen, grof slijpen (09.11 Slijpen en scherpen). Harden doe je als laatste.
2. Normaliseren: verhit het stuk gelijkmatig kersrood tot lichtrood, laat het in stille lucht afkoelen, twee tot drie keer. Dat haalt spanningen van het hameren eruit en maakt het staal fijn van korrel wordt getoetst.
3. Harden: verhit gelijkmatig, niet te snel, tot de magneet aan een draad niet meer plakt. Ga dan nog één tint helderder (licht kersrood) en houd het daar even wordt getoetst. Een mes verhit je met de rug naar het vuur, zodat de dunne snede niet verbrandt wordt getoetst.
4. Dompel snel en recht in de koelvloeistof. Water is voor zilverstaal; dun zilverstaal tot 15 mm mag ook in olie (West Yorkshire Steel). Veerstaal, dunne messen en onbekend staal hard je in olie, want in water scheuren ze makkelijk wordt getoetst. Beweeg het stuk op en neer, niet heen en weer, anders trekt het krom wordt getoetst. Olie kan vlam vatten: deksel bij de hand, bak op zand, nooit tot de rand vol.
5. Test: een vijl moet van het oppervlak afglijden alsof het glas is. Bijt hij, dan is het staal te zacht: te weinig koolstof, te koud afgeschrikt of te langzaam.
6. Ontlaten, meteen daarna, want gehard staal is zo bros als glas en kan al barsten als het een nacht ligt wordt getoetst. Schuur één vlak blank. Verhit het stuk langzaam vanaf de dikke kant, op een hete plaat, boven de kolen, of met een gloeiend blok staal ertegen, en kijk hoe de kleuren over het blanke vlak lopen. Dompel in water zodra de gewenste kleur de snede of de punt bereikt.

Deze tabel komt uit Wikipedia; de kaart van een messenleverancier zet licht stro op 229 en blauw op 302 graden, reken dus op verschillen van ongeveer 25 graden. De kleuren zijn dunne oxidehuidjes die alleen op blank staal zichtbaar zijn, en wie lang warm houdt, ziet ze ook bij een lagere temperatuur doorlopen. Hoe heter je ontlaat, hoe taaier en zachter. Zilverstaal ontlaat de leverancier tussen 150 en 300 graden. Een mes: stro tot bruin aan de snede, blauw aan de rug wordt getoetst. Een beitel: bruin aan de snede, de kop blijft zacht zodat hij niet splintert; de MIT-cursus hardt bij een doorslag ook alleen de punt. Mislukt harden kun je overdoen. Gloeien doe je door kersrood te verhitten en langzaam in droge as te laten afkoelen wordt getoetst, zodat je het weer kunt vijlen en boren. De leverancier gloeit zilverstaal op 710 tot 750 graden, met uren vasthouden en langzaam afkoelen.

Een eerste project: een koudbeitel uit een bladveer

Een bladveer (10.08) is hard: gloei hem eerst, dan pas zaag je er een strook van 15 tot 20 cm uit. Strek het ene eind tot een wig van 20 mm breed, smeed de snede op ongeveer 60 graden, rond de kop lichtjes. Normaliseer drie keer. Hard alleen de voorste 4 cm in olie, ontlaat tot bruin aan de snede. Slijp (09.11). Test op een stuk betonijzer: de snede mag niet omkrullen (te zacht) en niet uitbrokkelen (te hard). Alle maten in dit project zijn een voorbeeld wordt getoetst.

Zo weet je dat het werkt

• Het staal wordt in het vuur gelijkmatig oranje zonder te vonken, en het vuur blijft klein.
• Een gestrekt stuk is recht, vierkant en zonder koude vouwen (naden in het oppervlak).
• Een gehard proefstuk laat de vijl afglijden; na het ontlaten snijdt een beitel betonijzer zonder om te krullen of te brokkelen.
• Een mes houdt na het ontlaten zijn snede en buigt een beetje mee in plaats van te knappen.
• Na een dag werk heb je geen hoofdpijn, geen rode ogen en geen brandplekken: lucht, bril en kleding kloppen.

Zo weet je dat het misgaat

• Het staal vonkt in het vuur als sterretjes: verbrand. Zaag het eind eraf; dat deel is niet meer te redden. Geef minder lucht en leg het staal hoger in het vuur.
• Scheurtjes in het oppervlak na het strekken: te koud doorgeslagen of hoog koolstofstaal te heet gehad. Verhit opnieuw, stop eerder met hameren.
• Het werkstuk trekt krom bij het afschrikken: schuin erin gegaan of heen en weer bewogen. Recht buigen bij het ontlaten, terwijl het nog warm is wordt getoetst.
• Het stuk barst met een tik in het water: te heet gehard, in water in plaats van olie, of niet ontlaten. Volgende keer olie, en meteen ontlaten.
• De vijl bijt na het harden: geen koolstofstaal, of te koud of te langzaam afgeschrikt. Proefstuk uit dezelfde partij opnieuw, heter en sneller; bijt de vijl nog steeds, dan is het staal ongeschikt om te harden.
• Je krijgt uren na het werk koorts, rillingen en pijnlijke spieren: zinkdamp van verzinkt staal. Zie het gevaarblok; naar buiten, rust, water, en nooit meer.
• Hoofdpijn en misselijkheid bij meerdere mensen in de werkplaats: koolmonoxide. Iedereen naar buiten, vuur uit (05.06 Veilig verwarmen en koolmonoxide).

Als je iets mist

Achtergrond

Staal is ijzer met een beetje koolstof. Boven de omzettingstemperatuur, die bij 723 graden begint, verandert de kristalbouw en lost de koolstof op in het ijzer. Koel je dan langzaam af, dan schikt alles zich terug en blijft het staal zacht. Koel je bliksemsnel, dan zit de koolstof gevangen in een gespannen, keiharde en brosse structuur. Ontlaten laat die spanning gecontroleerd een beetje los: hoe warmer, hoe taaier, hoe zachter. De aanloopkleuren zijn geen eigenschap van het staal maar van een flinterdun oxidelaagje dat met de temperatuur dikker wordt en daardoor van kleur verandert; daarom moet het vlak blank zijn. Zacht staal met weinig koolstof heeft niets om in te vangen en wordt dus nooit hard, hoe je ook afschrikt. Smeden werkt omdat heet staal plastisch is: het vloeit onder de hamer als klei, en de korrels worden daarbij fijner en sterker als je bij de goede temperatuur stopt wordt getoetst. Te heet, en het staal brandt en vonkt; te koud, en het scheurt. Het aambeeld moet zwaar zijn omdat alle energie die het aambeeld laat meebewegen, niet in het staal gaat wordt getoetst. Bewijs: harden en ontlaten van koolstofstaal op temperatuur A (metallurgie en leveranciersgegevens). Kleurtabellen voor hitte B (handboeken, met spreiding tot 100 graden en afhankelijk van het licht). Aanloopkleuren B (encyclopedie en leverancierskaart, breed in de praktijk). Magneetproef als hardgrens B (natuurkunde van het Curiepunt, praktijk). Zinkdampkoorts A (arbeidsgeneeskunde). Staar door infrarood bij jarenlang werk aan vuur B. Vonkproef als koolstofindicatie C, en alleen op bekend, blank staal. Normaliseren drie keer, water tegen olie per staalsoort C: smidspraktijk, geen metingen van ons.

Volgende niveau

Niveau III is hier niet een kwestie van spullen maar van uren. Reken op een jaar regelmatig werk voordat je gereedschap maakt dat je aan een ander durft te geven wordt getoetst. De volgorde: zacht staal (haken, scharnieren, beugels, een pook), dan tangen en doorslagen, dan beitels, dan messen en bijlen bijstalen, als laatste vuurlassen. Bouw BR.09 Smidse uit een remtrommel als vaste werkplek, een voetaangedreven draaibank voor stelen en handvatten (BR.16 Voetaangedreven draaibank) en een smeltoven voor aluminium voor onderdelen die niet gesmeed hoeven (10.11 Metaal sorteren en aluminium gieten, BR.15 Aluminium smeltoven). Leer bijlen en zagen die je zelf hebt gesmeed ook scherpen (VK.C05 Een bijl slijpen) en veilig gebruiken (VK.C06 Veilig hakken en kloven, VK.H06 Veilig snijden met een mes). Zware stukken verplaats je met de hefbomen en takels van 09.14 Hefboom, takel en rollen. Houd een schrift bij met per project: staalsoort, kleur bij het harden, koelmiddel, aanloopkleur en wat ervan terechtkwam. Dat schrift is over tien jaar het leerboek van de volgende smid.

Controlelijst

• Ik smeed buiten of in een open schuur, op steen of zand, met water en zand bij de hand en niets brandbaars binnen 4,5 meter.
• Ik smeed nooit verzinkt, verchroomd of geverfd staal en ken de verschijnselen van metaaldampkoorts.
• Ik draag een bril, katoen of wol, dichte schoenen en geen ringen, en ik raak nooit staal aan zonder tang.
• Ik houd het vuur klein en diep en smeed zacht staal oranje tot geel, gereedschapsstaal oranje tot lichtrood.
• Ik stop met hameren bij donker kersrood.
• Ik hard een proefstuk eerst, test met de vijl en ontlaat meteen op kleur.
• Ik schrijf per stuk op welk staal, welke kleur en welk koelmiddel ik gebruikte.

Verantwoording

• MIT OpenCourseWare 3.A04 Modern Blacksmithing and Physical Metallurgy: Forging: vuur aansteken en beheren, te veel lucht blaast damp de ruimte in, steenkool geeft zwaveldioxide, hamer licht genoeg om uren te zwaaien, strekken met kwartslagen, punt smeden onder de halve hoek, buigen over de aambeeldrand, alleen de punt van een doorslag harden en ontlaten, bril, dichte schoenen, geen loshangende kleding of haar.
• West Yorkshire Steel: Hardening temperatures, colour chart: bruinrood 600, bloedrood 650, donker kersrood 700, kersrood 760, licht kersrood 810, lichtrood 870, oranje 930 tot 980, geel 1.050, lichtgeel 1.100, wit 1.200 °C. De pagina geeft oranje 980 °C naast 1.706 °F, wat 930 °C is.
• West Yorkshire Steel: Silver steel bar: zilverstaal met 1,00 procent koolstof, gloeien 710 tot 750 °C met 2 tot 5 uur vasthouden en langzaam afkoelen, harden 780 tot 810 °C in water, tot 15 mm in olie vanaf 800 tot 840 °C, ontlaten meestal 150 tot 300 °C.
• Red heat (Wikipedia), met de tabel uit W.A.J. Chapman, Workshop Technology (1972): kersrood 815 tot 870, licht kersrood 871 tot 981, oranje 982 tot 1.092, geel 1.093 tot 1.258 °C; laat de spreiding tussen tabellen zien. Chapman zelf is niet ingezien.
• Tempering (metallurgy) (Wikipedia): aanloopkleuren van zwak geel 176 °C tot grijsblauw 371 °C met gereedschappen (de tabel heeft geen eigen bronvermelding), kleuren door een oxidelaagje op blank staal, lang warm houden kleurt door, afgeschrikt staal is op zijn hardst en wordt daarna ontlaten.
• Knifemaking.com: Forging steel heat color chart: tweede tabel, onder meer licht stro 445 °F (229 °C), blauw 575 °F (302 °C), donkergrijs 800 °F (427 °C).
• Total Materia: The iron-carbon equilibrium diagram: omzetting bij 723 °C en 0,80 procent koolstof, Curiepunt van ijzer 769 °C zonder verandering van de kristalbouw, afschrikken vanuit het austenietgebied houdt koolstof gevangen.
• Spring steel (Wikipedia): veerstaalsoorten met 0,47 tot ruim 1 procent koolstof, gebruikt voor onder meer bladveren.
• Metal fume fever (Wikipedia): vooral zinkoxidedamp van verzinkt staal, griepachtige klachten 2 tot 10 uur na blootstelling, meestal over binnen 24 tot 48 uur, zware klachten vragen medische zorg.
• HSE: pagina over gezondheidsrisico's van lassen: metaaldampkoorts is meestal verbonden met heet werk aan verzinkt metaal, begint enkele uren na de blootstelling, meestal geen blijvende schade.
• CDC Stacks: Metal Fume Fever (Chalupka en Chalupka, AAOHN Journal 2008): alleen de samenvatting ingezien: vooral zinkoxidedamp van verhit verzinkt staal of messing, goedaardig en zelfbeperkend, risico groter in slecht geventileerde ruimten.
• uvex: Infrared radiation, the effects of invisible IR radiation on the body: infrarood van ovens en heet metaal kan de ooglens vertroebelen, filters volgens EN 171 gekozen op de temperatuur van de bron. Dit is een fabrikant van veiligheidsbrillen.
• FAO Forestry Paper 41, Simple technologies for charcoal making, hoofdstuk 10: Using charcoal efficiently: houtskool brandt met weinig rook maar is zeer giftig, ventilatie is noodzakelijk.
• Brandweer: Natuurbrandrisico: bij langdurige droogte waarschijnlijk niet stoken. Niet onderbouwd en daarom gemarkeerd: de hoogte van het aambeeld, de vuurhaard en het gewicht van een noodaambeeld, het inperken van het vuur met stenen, de plek van het staal in het vuur en de opwarmtijd, welk donoronderdeel welk koolstofgehalte heeft, de vonkproef als koolstofindicatie, wat je bij welke kleur doet en de bovengrens voor hoog koolstofstaal, inwendig scheuren bij te koud smeden, de magneetregel met één tint helderder, het drie keer normaliseren, olie of water voor veerstaal, de ontlaatkleuren per mes, het barsten van niet-ontlaten staal na een nacht, gloeien in as, de IR-bril voor smeden, het splinteren van hamer op hamer, de bladveerbeitel, en hoeveel uren het leren kost. De brief vroeg de vonkproef te koppelen aan 09.05, maar dat hoofdstuk verbiedt hem op onbekend metaal; daarom staat hij hier alleen voor bekend, blank staal. Smidsboeken zijn niet ingezien. Getoetst door: nog niet.