Agricultural engineering in development 

Basic blacksmithing: a training manual 

Preface All jobs used as exercises and the techniques explained and illustrated have been well tried  and  tested.  This material  is  intended  as  a  guide  to  assist  instructors  training blacksmiths and general metal workers who, after training, are  likely to practise their skills in rural development areas. 

Sizes  of  material  given  and  sizes  of  various  jobs  indicated  need  not  be  slavishly followed  but  rather  should  serve  as  guides.  Alternative  jobs  can  be  undertaken provided  that  the  graduated‐skill  content  of  the  jobs  is  followed.  The  techniques illustrated are designed to facilitate successful completion of each job and mastery of the skills required. As a trainee gains  in experience, quicker methods of achieving the same results will, in some cases, become obvious. 

With  conscientious effort on  the part of  the  instructor  and  trainee,  all  the practical work  in this course can be covered  in 160 to 200 hours. However,  in that period,  it  is unlikely  that  all  skills will  be  perfected.  Only  continued  practice will  bring  out  the trainee's full potential. On the other hand, after only one month's training a person is capable  of  performing  many  useful  tasks  with  only  the  minimum  of  tools  and equipment.  The  techniques  shown here  should be mastered before more  advanced and ambitious techniques are attempted. 

With  the exception of  the  first  lesson, all exercise  jobs have a practical value  that  is obvious to the trainee. This awareness is very important in maintaining a high degree of motivation. Motivation  is further generated and maintained by careful explanation and step‐by‐step demonstrations leading to successful completion of each job. 

The  instructor must ensure  safe working practices and  the care and maintenance of tools throughout the course. 

All techniques should be practised until the trainee has developed a reasonable speed in  the  application  of  each  technique. Good  fire management  and  speed  of working should be constantly emphasized throughout the training period. 

J. B. Stokes

  ‐ 1 ‐

Equipping a forge THE HEARTH 

To work iron and steel successfully, we need to be able to heat the metal rapidly over a temperature  range  from  ambient  to  1  300°  or  1  500°C.  Therefore,  our  first consideration is the hearth containing the fire. 

Many  designs  of  hearth  have  been  developed,  each with  its  own  characteristics.  A side‐blast  hearth with  a water‐cooled  tuyere  (blast  pipe)  is  preferable. Models  are available with the blast of air supplied from below, utilizing a cast‐iron fire pot or fire base. Good work can be carried out with either type. The hearth can be made of steel or brick. 

To attain the high temperatures required, the air blast increases the rate of oxidation of  the  fuel  and  thus  the  temperature.  Air  blast  can  be  supplied  by  hand‐operated bellows, a hand‐operated fan or an electrically powered fan or air compressor. Some form  of  control  is  needed  to  regulate  the  amount  of  air  fed  to  the  fire.  Electrically powered  fans may  be  fitted with  a  variable‐speed motor  and  a  speed  regulator,  a simple  slide  valve,  a  butterfly  valve  or  a  rotating  plug  cock. Hand‐powered  fans  or bellows are, of course, controlled by the speed of turning or pumping. 

Figure  1  illustrates  a bottom‐blast hearth.  This  type of hearth  can be used  for  light work and, being small,  is readily portable. It can be fitted with a hood and chimney  if desired. Any of  the previously mentioned  sources of  air blast  can be used. Ash  and clinker from the combustion of fuel can be emptied by opening the ash vent, which is normally held in place by a counterweight. 

 

FIGURE 1 

The chief disadvantages of this type are the difficulty in controlling the size of the fire and the tendency of the cast‐iron fire pot and centre disc to crack under the influence of heat. 

  ‐ 2 ‐

The advantages are that it is cheap to buy or make and simple to operate and service. 

To  cover  the  full  range of a blacksmith's work and  for prolonged periods of work, a more  elaborate  hearth  is  desirable  (Fig.  2). A  side‐blast  hearth with  a water‐cooled tuyere  fills all requirements. Such a hearth can be made of steel or built of common brick.  It should be of a height comfortable  for the smith, usually about one metre or slightly more  from  the ground  to  the  top  lip of  the hearth. A hood and chimney are usually  fitted and are highly desirable additions. Air blast  is again provided by any of the means previously mentioned, but an electrically powered fan is probably the best. This should be  fitted with a speed control or a simple valve  (usually a slide valve) to regulate the air fed to the fire. 

The blast pipe should be water‐cooled. This  is usually accomplished by an open  tank allowing water to circulate around the blast pipe. Extremely useful is a water tank for quenching tools and workpieces. The disadvantages of this type of hearth are that it is comparatively expensive, more complex than the bottom‐blast type and requires more regular servicing. 

• The advantages are several: • the large fire pan carries a large reserve of fuel; • there is plenty of room for fire tools; • the pan contains ash, which acts as an insulator; • fire size can be controlled by the size of depression in the fire bed; • much heavier sections of metal can be heated; • the water‐cooled tuyere has a long life. 

 

FIGURE 2 

THE ANVIL 

To work  iron and steel a good anvil  is essential.  It should be as heavy as possible  (at least 80 kg) and have a hardened and ground face. Several patterns are available, the more  common  being  the  London  pattern,  the  European  pattern  and  the  farriers' (horseshoeing) anvil. Good work can be carried out on any of  these, but  the London pattern is most versatile (Figs 3, 4 and 5). 

  ‐ 3 ‐

A suitable stand can be a  large block of wood such as a section of a tree trunk firmly fixed in the ground, one made of heavy angle iron or a commercially made one of cast iron. 

The correct working height  for an anvil will depend on  the height of  the blacksmith. The anvil face should be knuckle‐height when the smith stands by its side. 

The anvil face should be highly polished and free of tool and hammer marks. It must be kept clean and free of water and metal scale both for safety and for a good finish on the work. Any sharp edges on a new anvil should be removed by filing or light grinding. The  edges  on  each  side  of  the  face  nearest  to  the  cutting  table  should  be  given  a distinct radius, about 6 mm for a length of approximately 50 mm. Sharp edges create stress points in the forging and they in turn lead to cracks. 

 

FIGURE 3 

 

FIGURE 4 

  ‐ 4 ‐

 

FIGURE 5 

FLOOR MANDREL 

For many jobs a floor mandrel is useful. This is a hollow cast‐iron cone about 1.25 m in height. It is used for rounding up small tyres, rings and hoops (Fig. 6). 

SWAGE BLOCK 

For heavy swaging,  forming, bending and many other similar  jobs, a swage block  is a useful piece of equipment.  It  is made of cast  iron and can vary  in weight  from a  few kilograms  to  200  or  more.  There  are  a  number  of  designs,  with  various  swage depressions on  the outer edges as well as holes of various shapes and sizes  running through the thickness of the block (Fig. 7). 

THE VICE 

A stout bench with a heavy vice attached completes basic blacksmithing equipment. The vice most  suitable  to withstand heavy work  is  the  leg vice  (Fig. 8).  It  is made  in various  sizes,  but  one  with  jaws  about  150 mm wide  is  a  reasonable  size  for  the average workshop. 

  ‐ 5 ‐

 

FIGURE 6 

 

FIGURE 7 

  ‐ 6 ‐

 

FIGURE 8 

 

  ‐ 7 ‐

Blacksmithing tools Unlike many other craftsmen, blacksmiths are able to make most of their own tools. The principal tools are hand hammers and sledgehammers, a great number and variety of  chisels,  punches  and  drifts  and  a  selection  of  tongs with  bits  or  jaws  of  various shapes. 

Tools  that  fit  into  the  tool hole of  the anvil, usually with  their counterpart  top  tools fitted with a suitable handle, are required for shaping and cutting. 

For measuring and marking off, callipers, dividers, a set square and a rule are needed. The callipers, dividers and set square should be heavy and robust enough to withstand use on hot metal under adverse  conditions. A brass  rule about 600 mm  in  length  is recommended as steel rules rapidly rust when subjected to heat and water. 

FIGURE 9 

FIGURE 10 

  ‐ 8 ‐

FIGURE 11 

HAMMERS 

For everyday work most blacksmiths use a ball‐peen hand hammer weighing about 750 to 1 250 g (Fig. 9). A hand hammer should be of a weight that suits the smith. It should have a  longer shaft  than  is usual  for other work and be well‐balanced. Often special hammers  are  used  for  particular  jobs.  These  the  smith  usually makes  as  the  need arises. Old car‐axle shafts are suitable material for hammers. 

Sledgehammers may be double‐faced, straight‐ or cross‐peen, and usually weigh from 3 to 5 kg (Fig. 10). They have long shafts for use with two hands. 

All hammer heads must be  firmly  fastened  to  their  shafts. Both wooden  and metal wedges are used (Fig. 11). The centre lines of the hammer head and its shaft must be at right angles to each other. Hammer faces should be polished and kept free of marks. 

CHISELS 

The  blacksmith  needs  chisels  for  cutting  both  cold  and  hot metal.  For  cutting  cold metal chisels are comparatively short and thick, while  for hot metal they are thinner and longer (Fig. 12A). Chisels can be of many shapes and sizes, special ones often being made to facilitate the work  in hand. They are best made from steel containing about 0.8  percent  of  carbon.  Motor‐vehicle  coil  and  leaf  springs  are  a  fair  substitute  if nothing else is available. 

Smiths are often called upon  to make chisels  for other  tradesmen. These have  to be hardened and tempered to suit particular purposes. 

SETS 

Like chisels, sets are used for cutting hot and cold metal. Basically, they are chisels with handles or shafts. Wooden shafts are easiest to handle but many smiths use metal‐rod handles. These are cheap and easy to make and fit. As with chisels, sets for cold work are short and thick whereas for hot metal they are longer and thinner. Again, these can be made in a wide range of shapes for various purposes (Fig. 12B). 

  ‐ 9 ‐

HARDY 

The hardy  is a chisel designed  to  fit  the  tool hole  in  the anvil.  It  is used with a hand hammer for cutting both hot and cold metal. 

 

FIGURE 12 

 

FIGURE 12 A 

TONGS 

The blacksmith uses many different types and styles of tongs (Fig. 13). Tongs must hold the workpiece  firmly without  slipping.  They  are  often made  for  one  specific  job  or adapted  for a particular workpiece and will vary  in  length, size and weight, as metal sizes also vary. Although smiths make their own tongs, generally from mild steel, it is a good idea to start with at least a few pairs already made. 

 

  ‐ 10 ‐

PUNCHES FOR HOT WORK 

These can be round, square or almost any other shape to suit the job. Punches should be  long enough to keep hands away from reflected heat and  large ones can be fitted with  handles.  They  are  usually  designed  to  remove  the minimum  amount  of metal from the job and to swell the hole to size and shape (Fig. 14). 

DRIFTS 

Drifts are rather  like short punches. Made of carbon‐tool steel, they are of exact size and shape and may be round, hexagonal, octagonal or almost any other shape. They are usually hammered through  the work  to  finish a hole  to size and shape while the metal is only at a dull red heat. A little grease can be applied to make the work easier and to give a better finish (Fig.14). 

 

FIGURE 13 

 

FIGURE 14 

  ‐ 11 ‐

 

FIGURE 14 A 

 

FIGURE 15 

 

 

 

  ‐ 12 ‐

FULLERS 

These,  like chisels or  sets, are made  in various  sizes and have  rounded edges. Small ones may be hand‐held while larger sizes require shafts or handles and are struck with a sledgehammer. Fullers are usually made in pairs. The bottom fuller fits into the tool hole of the anvil. They are used for setting down shoulders  in preparation for forging tenons and for drawing or moving metal in one direction (Fig. 15). 

SWAGES 

These are  top and bottom  tools between which metal  is worked. The most common are semicircular and are used for forming round sections to size after previous forging. The bottom tool fits into the tool hole of the anvil. In some cases top and bottom tools are hinged or fastened together by a spring strap or rod. These can be useful when a smith is working alone. They are also common in power‐hammer work (Fig. 16). 

FLATTERS AND SET HAMMERS 

These have flat faces with sharp or rounded edges according to requirements and are placed on the work and struck with the sledgehammer. The set hammer is most often used  for setting  in shoulders, while  the  flatter  is a good  finishing  tool and should be used only to impart a good finish to flat surfaces (Fig. 17). 

 

FIGURE 16 

  ‐ 13 ‐

 

FIGURE 17 

HAND MANDREL 

This tool is cone‐shaped and fitted with a handle. It is used for rounding up small rings or for stretching them to size. It is hand‐held either on the face or over the edge of the anvil (Fig.18). 

BOLSTER PLATES 

These are steel plates with various holes drilled or punched  into them. They are used for  forming neat  shoulders at  change of  section  in  the workpiece.  Some  types have round and square countersunk holes in them and enable countersunk‐headed bolts to be made as for ploughshares (Fig. 19). 

 

FIGURE 18 

  ‐ 14 ‐

 

FIGURE 19 

The blacksmith's fire FUEL AND TOOLS 

Coal, coke or charcoal may be used as fuel. Charcoal is very clean and there is little to contaminate  the metal.  It  is of  low density, however, and greater amounts must be burnt to provide enough heat for bigger jobs. Little air blast is required, but it is still a very expensive  form of  fuel  for  the  smith's work. Good  coking  coal  is usually much cheaper  than  charcoal.  Coal must  be  in  the  form  of  small  grains,  kept wet  on  the hearth and gradually drawn toward the fire as work proceeds. During this time the coal changes to coke and may then be fed on to the fire. 

Uncoked coal should never be  fed  to  the  fire.  If  this  is done, vast volumes of smoke and flame are produced, making working conditions uncomfortable. In addition, there is the danger that the metal will be contaminated with impurities such as sulphur from the coal. Sulphur causes a condition known as hotshort  in  irons and  steels. This  is a tendency to fracture at high temperatures. Clean coke is probably the easiest to use as it  requires  less management  than  the  other  fuels.  Grains  of  coke  should  be  small, about 12 to 16 mm. 

Tools  for managing  the  fire are a poker, a  rake and a small shovel which are usually made by the smith (fig 20). 

The  forge  fire  is  always  changing  and must  be  looked  after  constantly.  It  gradually builds up to its best, maintains this level for a while and then deteriorates. Unburnable materials  such as earthy  impurities melt and  sink  to  the bottom of  the  fire  to  form what is called clinker. This must be removed periodically, the length of time depending on the work and quality of the fuel. 

When clinker  is to be removed,  it  is best to  let the fire cool down for a few minutes, giving the clinker time to solidify so that it can be removed in one piece (fig 21). Clinker must  always  be  removed  before  welding  or  at  any  time  when  it  hampers  work. Particles of  clinker  can be  forced up  through  the  fire  to  impinge on  the metal.  Fire 

  ‐ 15 ‐

management  is  probably  the most  difficult  part  of  the  smith's  craft  to master.  Fire tools should be constantly in use. 

 

Figure 20  

 

Figure 21  

FIRE HINTS 

• Keep the fire as small as possible for any given job. Fire size should suit the job. A large fire for a small job is a waste of fuel. Use only sufficient blast to heat the job in hand. 

• Do not allow the fire to burn hollow. There must be sufficient fuel beneath the workpiece  to provide  the heat and  to absorb  the oxygen  in  the blast. Hollow fires and excessive blast will oxidize the metal and may even burn it beyond any possible recovery. 

• The  fire  is  lit  by  hollowing  out  a  depression  sufficient  for  the  size  of  fire required. Any  remaining clinker should be  removed, even small pieces. Paper and small pieces of wood or wood shavings are placed in the depression and lit. Hot glowing ash will form close to the blast pipe. Turn on a little blast and feed fuel over the hot ash. Gradually build up the quantity of fuel until the fire is of correct size and high temperature. Work can now begin. 

  ‐ 16 ‐

Blacksmithing operations HEATING METAL 

Temperatures can be  judged by observing the colour of the metal as  its temperature rises. This can only be learned by practice. The following guide uses terms typical of a smith's workshop. 

• Black heat (about 550‐630°C). No red colour visible except faintly in the dark. • Dull red (about 680‐740°C). Used for easy well‐radiused bends in mild steel and 

for forging high‐carbon steels. • Bright  red  (about  850‐900°C).  Used  for  simple  forging  operations,  such  as 

bending metal over the anvil, light punching and hot chiselling. • Bright yellow or near‐welding heat (about 1 100‐1200°C). The principal forging 

operations  are  carried  out  at  this  temperature,  including  drawing‐down, upsetting,  preparing  scarfs  for  welding  and  punching  heavy  sections.  High‐speed  steel  is  forged at  this  temperature but high‐carbon  steel must be kept lower. 

• Full‐welding heat  (about 1 300‐1 500°C).  If  the blast  is  correct,  the  fire  clean and compact, a  few white bursting sparks will begin  to appear. This  indicates the correct temperature for welding most grades of mild steel. The surface of the metal appears to "sweat" in the fire. 

• Brilliant white heat (about 1 500°C). Used for welding wrought iron only and is much too high a temperature for other steels. 

• Note:  A  temperature  of  about  740‐850°C  is  the  range  for  hardening  most carbon‐tool steels before tempering. 

DRAWING‐DOWN 

This  is  the process of making metal  longer and  thinner and  is usually  carried out at near‐welding heat. On heavy work this  is more easily carried out either between top and bottom fullers or by using the top fuller only with the job on the anvil face. 

UPSETTING OR JUMPING UP 

This process makes metal shorter and thicker and is usually carried out at near‐welding temperature. Metal  can  be  either  thickened  at  the  ends  of  bars  or  swollen  in  the centre. The job should be carried out  in stages keeping control of the heat by cooling with water in the appropriate places. 

BENDING 

This  can  sometimes be  carried out  cold but  is preferably done at a bright  red heat. Bending can be carried out over the edge of the anvil, over the beak, by using a swage block or  forked  tools  that can be hand‐operated, held  in a vice or placed  in  the  tool hole of the anvil. During bending, the metal on the outside of the bend is subjected to a stretching action while that on the inside of the bend is subjected to compression or upsetting. 

  ‐ 17 ‐

PUNCHING AND DRIFTING 

Punching  is  best  carried  out  at  near‐welding  heat.  If  the  hole  is  deep,  the metal contracts around the punch and it then must be withdrawn and cooled after every two or  three  blows.  The  punch  itself  becomes  hot  during  punching  operations.  If  it  is allowed  to  grow  too  hot  and  soften  the  end  of  the  punch will  enlarge,  and  it will become difficult  if not  impossible to remove from the work. When deep holes are to be punched, a little coal dust sprinkled into the hole from time to time generates gases that assist in the removal of the punch. 

Punching should produce a hole of nearly finished size and shape but  leaving work to be completed by drifting. Drifts should be of  the correct size and shape required  for the  finished hole and are driven  through  the hole at a  lower  temperature.  For  very accurate holes, such as those needed for thread‐tapping, the drift is driven through the work  while  the  metal  is  barely  at  red  heat.  This  minimizes  loss  of  size  owing  to contraction of the metal. A little oil or grease applied to a drift will facilitate work and give an improved finish. 

HOT‐CUTTING 

Hot‐cutting  is carried out using chisels or sets designed for the purpose. A bright red heat  is usual and  the chisel or  set  is placed  in position on  the work and  struck with either  a  hand  hammer  or  a  sledgehammer.  Chisels  or  sets may  be  straight‐edged, curved or V‐edged, depending on the work to be done. Cutting should be carried out on the cutting platform of the anvil or on a suitable metal shield placed over the anvil face. Chisel or set edges must not be allowed to impinge on the anvil face or they will damage both the tool and the anvil. 

FIRE‐WELDING 

This  is  the procedure where  two or more pieces of metal while  in a plastic state are joined together by hammering. Much practice is needed before even the simplest weld can be  carried out with  success.  Iron  and most  grades of mild  steel  can be welded without  the  use  of  a  fluxing  agent. Where  difficulty  is  experienced  and  for  higher carbon  steels,  borax  or  a  commercial  flux  can  be  used.  If  these  are  unavailable, powdered white  sand or  glass  can  sometimes be of help.  Sprinkled on  to  the work when  it  is nearing white heat, the sand or glass melts and forms a protective film on the metal, thus preventing oxidization. This film must be shaken off the metal before hammering the pieces together. 

The skill of producing sound welds in various sections of metal is well worth mastering. The ability to  join pieces together can frequently obviate the need for a great deal of heavy hammering. In light sections of metal, such as rods and bars, welds can often be carried out more efficiently by a smith than by electric‐arc or oxyacetylene welding. 

SPECIAL OPERATIONS 

All blacksmithing work  is based on  the  seven  techniques described above. However, hardening  and  tempering  must  be  added.  These  operations  are  not  really 

  ‐ 18 ‐

blacksmithing operations, but the ability to harden and temper small tools  is of great value to smiths. They should be able to harden and temper their own tools, and they will  often  be  called  upon  to  refurbish  tools  for  other  tradesmen, work which  often includes hardening and tempering. 

HARDENING AND TEMPERING 

The smith is mostly concerned with plain carbon steels, which with a little knowledge and much practice  can be  successfully hardened  and  tempered  in  the  forge.  Iron  is comparatively soft and ductile. The addition of carbon to  iron produces steel. Carbon steel contains between 0.1 and 1.4 percent carbon. Beyond 1.4 percent carbon, steel is moving into the field of cast iron (fig 22). 

Iron  consists  of  crystals  that  are  almost  pure metal. When  carbon  is  added  at  low percentages,  it  chemically  combines with  the  iron  and  a  difference  in  some  of  the crystals can be observed under a microscope. This difference  is called pearlite. As the percentage  of  carbon  is  increased more  pearlite  is  formed,  and  by  the  time  0.85 percent  carbon  is  reached  the  whole  matrix  is  pearlite.  Another  structure  is  also beginning  to  appear  along  the  grain  boundaries  called  cementite.  By  the  time  1.4 percent is reached, considerable amounts of cementite become obvious (fig 23). 

 

Figure 22  

 

 

Figure 23  

  

  ‐ 19 ‐

Annealing 

With carbon steels, the degree of hardness can be varied by heat treatment. Maximum softness can be obtained by heating above the upper critical  limit (about 720°C for a 0.85 percent carbon steel) and then cooling slowly  in  lime, sand or ash. This  is called annealing. 

Normalizing 

After working steel,  it should be reheated and cooled normally  in the atmosphere to relieve  stresses  produced  by  the working  operations.  This  is  called  normalizing.  To bring out maximum hardness  in a normalized steel,  it  is again heated above  its upper critical limit and cooled rapidly in brine, water or oil. In this state the steel is too hard and brittle for any useful purpose and must be tempered. 

Tempering 

Tempering  is  the  removal of some of  the hardness and brittleness by  reheating  to a lower temperature. By the time 350°C is reached, all the effective and useful hardness has  been  removed.  All  tempering  is  carried  out  below  350°C.  These  lower temperatures can be judged quite accurately by observing the oxide colours formed on the polished surface of a steel when heated. They range from a very pale yellow to a dark blue. The darker the colour, the hotter and softer the steel. The more shock that a tool must withstand the softer we must make it, while at the same time leaving it hard enough  to  serve  its  intended purpose.  For example,  a  tool  for  cutting wood  can be harder  than one  for  cutting  steel by hammering.  Students will have  to practise  and experiment, but with experience  they can get good  results. Most  steels used by  the smith for making tools are between 0.7 and 0.8 percent carbon. Maximum hardness is obtained  by  heating  to  a  dull  red  (740‐800°C)  and  quenching.  Colour  should  be observed in the shade, not in bright light. 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 20 ‐

Practical work The blacksmith's  shop must be  laid out  so as  to minimize  the amount of movement needed  to  work  efficiently.  The  layout  will  generally  be  dictated  by  the  smith's preference,  but  the  anvil  should  be  only  about  one  pace  from  the  fire  in  order  to permit  rapid  positioning  and working  of  the metal.  Both  bench  and  vice  should  be within easy reach and at a comfortable working height. The cooling tank should also be within easy reach. All the tools needed for a particular operation should be ready and close at hand. 

The work area  should be  shaded but well ventilated. For a  right‐handed person  the beak of the anvil should be to the smith's left and to the right for a left‐handed person. 

Safety is a case of common sense, but a few pointers may be in order. 

• All hammer and tool heads must be securely fastened and checked at regular intervals. 

• All  tools  struck with hammers must have correctly  shaped heads. Tool heads must not be allowed  to "mushroom" and create  the danger of sharp chips of metal flying off, perhaps with disastrous results. 

• The anvil face must be kept clean and free of water. • Sturdy footwear must be worn and trousers should cover the tops of boots or 

shoes. • Goggles should be worn when grinding tools and may be used for forging. • Don't touch metal without being sure  it  is cool. Hot pieces of metal should be 

put in a safe place and a warning sign placed nearby. • The workshop floor should be kept clean and clear of odd pieces of metal. • A  first‐aid  kit  should  be  available  to  deal  with  minor  cuts  and  burns  and 

restocked as needed. • The fire should be put out after the day's work. • A leather apron will prevent burns to clothing from sparks. 

The most used tool is the hand hammer. This must be gripped as near to the end of its shaft  as  is  comfortable  (Fig.  24). Most  hammering  is  done  using  a wrist‐and‐elbow action.  Shoulder  action  is  needed  only  for  heavy  hammering.  For  accurate work,  a "snapping"  action  of  elbow  and  wrist  produces  the  best  results  and  least  fatigue. Sledgehammers  are  used  with  both  hands  and  a  straight  up‐and‐down  action  is required, not the swinging action used for other work. 

All  hammering must  be  positive. Avoid  the  tendency  to  "stroke"  the work with  the hammer. Even light blows must be direct and positive if effort is not to be wasted. 

  ‐ 21 ‐

 

Figure 24  

 

Useful metals in the small workshop COMMERCIAL MILD STEELS 

Used  for most blacksmithing  jobs:  chain  links,  rivets, bolts, harrow bars and harrow tines, and plough parts except  for  shares and mould‐boards, etc. Do not attempt  to use free‐cutting mild steels designed for machine‐shop use. 

CARBON STEELS 

Steels with 0.65 to 0.8 percent carbon are used for blacksmithing tools, woodworking tools,  etc.  For many  purposes, motor‐vehicle  spring  steels,  in  both  flat  and  round sections, are a  reasonable substitute. Plough and harrow discs and ploughshares are invaluable for many jobs in small workshops. 

SCRAP RAILWAY LINES 

Useful  for making hammers and, with  the web  (the  "middle" part)  removed, can be used to form a simple plough‐beam. 

 

 

  ‐ 22 ‐

SCRAP VEHICLE‐AXLE SHAFTS 

Useful  for hammers, set hammers and  flatters. Not suitable  for cutting  tools. Can be easily forge‐welded with a little flux. Make very good hooks for chains, strong eye bolts and similar objects. 

CAST IRON 

Not  used  for  forge work  but  can  be  used  as  a  hard‐facing material  on  low‐carbon steels. The  job  is brought  to a bright yellow heat  in  the  forge and  flux and cast  iron applied to the surface. Cast iron is smeared on to the work. Remove from the fire and allow to cool to a dull red heat, then quench in water. An extremely hard surface will result. Depending on the job, the finish can be left rough or ground to a better finish. 

Where there is a shortage of carbon steel, a mixture of cast iron and mild steel can be used for some purposes. Cast iron is smeared on to the surface of a piece of mild steel, more flux added and a second piece of mild steel placed over the cast‐iron face. The whole is heated until the cast iron is molten and then the whole is squeezed together in a vice with  large  jaws. Next, bring  to a good welding heat with  flux and hammer together. The piece can be cut through and rewelded a number of times. The resulting steel  can  be  made  into  a  wide  range  of  woodcutting  tools  and  serves  well  as ploughshare steel. 

 

1. Forging a flat or chisel point Material. Mild (low‐carbon) steel, round or square section, about 12 mm thick. 

Additional tools. No special tools are needed. 

METHOD 

To forge a flat or chisel point (Fig. 25), metal is heated to near‐welding heat to a length of  about  50  mm,  placed  on  the  anvil  (Fig.  26)  and  hammered  near  the  end, occasionally repositioning (Fig. 27) to hammer the sides back to the original thickness of  the metal. All points  are  first made  as  short  as possible  and  then  lengthened by subsequent hammering on  the shoulders. The object of  this practice  is  to produce a flat  point  with  parallel  sides  and  a  flat  square  end.  Bulging  on  the  end  can  be corrected, as shown in Fig. 28. 

Having mastered the flat or chisel point which, with material up to 16 mm thick, should be completed in one heat, take similar‐sized material and forge a square point. This is similar to the flat point, but a quarter turn of the tongs between hammer blows while maintaining  the  angles  between  anvil  face  and  hammer  will  produce  a  square‐sectioned point (Fig 29 and 30). 

  ‐ 23 ‐

 

Figure 25  

 

Figure 26  

  ‐ 24 ‐

 

Figure 27  

Next practise forging a square point into a round‐sectioned point. Form a square point first,  take  off  the  corners  and  then  round  up  the work  by  lightly  hammering while rotating the work. All work should have a smooth finish with no tool marks evident in the finished job. 

For  a  beginner,  two  heats  for  each  point  is  acceptable.  Care  should  be  taken with additional heats to ensure that the thin part of the work is not overheated. Cooling the tip in water from time to time will control this problem. 

When reducing sections by  forging, remember that  in all cases metal  is reduced to a square section first, then additional working  is used to give the final shape. Failure to follow this practice will produce cracking along the length of the workpiece. 

  

 

  ‐ 25 ‐

Figure 28 

 

Figure 29  

 

Figure 30  

  ‐ 26 ‐

2. Cold chisel and centre punch Material. Carbon‐tool steel, round section or hexagonal, or steel  from motor‐vehicle spring, 12 to 16 mm in diameter. 

Additional tools. Hot set. 

METHOD 

Having mastered the making of points, this skill can now be used to make a cold chisel and centre punch. Motor‐vehicle spring of round section is the least expensive source of steel suitable for this purpose.  

As  we  are  now  dealing  with  steel  of  a  higher  carbon  content,  lower  forging temperatures must  be  used.  A  bright  red  heat  just  verging  on  yellow  is  our  guide, certainly no brighter. 

Take a piece of steel about 120 mm long. This can be done by heating and cutting with a sharp hot set. Heat again along  its  length and carefully straighten, avoiding  leaving hammer marks  in  the  piece.  Next,  heat  about  half  the  length  and  flatten  slightly, leaving two flat sides and two rounded edges (Fig. 31). Then repeat with the other half. Take  a  short  heat  on  one  end  and  forge  an  abrupt  point  (square  section) with  the corners removed, leaving a flat end (Fig. 32).  

Next,  take a short heat on  the other end and  forge a nicely  tapered  flat chisel point leaving  the  rounded  edges  to  the  sides  (Fig.  33).  Straighten  and  true  up. Heat  the whole job to a brignt red heat. Clean with a wire brush and allow to cool in air. This is called normalizing (see the section "Special operations"). 

  ‐ 27 ‐

 

FIGURE 31 

 

FIGURE 32 

  ‐ 28 ‐

 

FIGURE 33 

 

FIGURE 34 

  

  ‐ 29 ‐

Take a second piece of steel about 90 mm  long and  repeat  the above, but  this  time forge a round point on one end and, again, normalize (Fig. 34). When cool, the edge of the chisel and point of the punch can be filed or ground to the correct angles (Figs 35 and 36). Both chisel and punch are now ready for hardening and tempering to fit them for their purpose. 

Hardening and tempering are carried out in the forge using one of two methods: "one heat" or  "two heat". Using  the one‐heat method  for  the  chisel, proceed  as  follows. Heat about 25 to 30 mm of the pointed end of the chisel to just above a dull red heat. Immerse the point in water for about half of the heated length, moving the tool up and down  in the water a  little to prevent a sudden change  in structure. Remove from the water and quickly polish the cutting edge by rubbing with an old piece of grindstone or other abrasive. Hold  in the  light and observe the oxide colours forming at the cutting edge. With average spring steel, when a dark brown is seen, you should quickly quench it in water again (Figs 37,38 and 39). The tool should now be tested on a piece of scrap mild steel.  

The punch can be hardened and tempered using the same technique as used for the chisel.  

The two‐heat method is a useful alternative. Heat about 20 mm of the punch, including the point, to just above dull red heat and quench the whole tool in water. Next, clean and polish the point of the punch. Heat a heavy piece of steel, about 25 mm square in section,  to a bright  red heat. Place  the punch on  to  the heated  steel with  the point overhanging the heated part by about 15 mm (Fig. 40). Heat will be transferred to the punch and will cause oxide colours to form. Watch for the dark brown to appear and then quench the piece quickly. Test on a piece of mild steel.  

This  two‐heat method  is  useful when  tempering  small workpieces  such  as  scribers, drills and knife blades. Heat transfer can be controlled by moving the job about on the hot piece of metal.  If steel with a higher carbon content  than spring steel  is used,  it should  be  tempered  at  a  blue  colour.  Some  experimenting  is  called  for  by  the beginner.  If hardening  and  tempering need  to be  repeated on  a  job,  the workpiece must again be normalized 

  ‐ 30 ‐

 

FIGURE 35 

 

FIGURE 36 

  ‐ 31 ‐

 

FIGURE 37 

 

FIGURE 38 

  ‐ 32 ‐

 

FIGURE 39 

 

FIGURE 40 

 

  ‐ 33 ‐

3. Forging a staple for use in wood Material. Mild steel, 8 mm in diameter, 176 mm long. 

Additional tools. No special tools are needed. 

METHOD 

Make sure that tongs fit well on the metal. Tongs with a small groove  in one or both bits are best (Fig. 41). 

Take a short near‐welding heat on one end and forge to a square point. Repeat on the other end  (Fig. 42). Heat the centre and bend as shown  in Figs 43, 44 and 45. When bending  the work, care should be  taken not  to mark or deform  the  round‐sectioned metal. Blows should  land off centre of the beak (Figs 43 and 44).  If after bending the sides of the staple are not straight, they can be corrected (Figs 46 and 47). 

 

Figure 41  

  ‐ 34 ‐

 

Figure 42  

 

Figure 43 

  ‐ 35 ‐

 

Figure 44 

 

Figure 45 

  ‐ 36 ‐

 

Figure 46 

 

Figure 47 

 

 

  ‐ 37 ‐

4. Forging an S‐link for use as a temporary repair in chain 

Material. Mild steel, 8 mm in diameter, 200 mm long.  

Additional tools. No special tools are needed. 

METHOD 

Mark the midpoint of the steel with a light centre‐punch tap. Heat one end to a bright red heat and position on the anvil flat on the anvil face but close to its far edge. Forge a short bevel (chamfer) on the end and then repeat on the other end (Fig. 48). Heat a little over half of the length and form an eye (Fig 49 and fig 50). Repeat with the other end,  keeping both  eyes  equal  in  size.  Eyes  should not be  closed up but  left  slightly open to allow for chain links to be inserted. The eyes then can be closed up by hammer blows applied to the ends of the S‐link. 

 

Figure 48  

  ‐ 38 ‐

   

Figure 49  

   

Figure 50  

  ‐ 39 ‐

 

Figure 51  

 

5. Forging a barbed gate hook Material. Mild steel, 8 mm in diameter, 250 mm long. 

Additional tools. Hot set or hot chisel; 8‐mm bottom swage. 

METHOD 

Mark off 65 mm from one end and lightly centre‐punch this position. Take a bright red heat over a length of about 90 mm, cool in water from the end to within about 10 mm of the mark and quickly bend over the edge of the anvil to a right angle. Position in the swage with the cooled end uppermost (Fig. 53). Quick  light blows on this vertical end will give a neat right‐angle bend in the correct position. If reheating is needed, the end must be cooled as before. If the mark is not in the correct place, a heat may be taken and  the  opposite  end  cooled  to within  a  short  distance  of  the mark  and  that  end hammered to drive the corner into the swage. 

  ‐ 40 ‐

 

FIGURE 52 

 

FIGURE 53 

  ‐ 41 ‐

 

FIGURE 54 

 

FIGURE 55 

The short end is now heated to a bright red heat and bending is started (Fig. 54). Get the end of the metal bent first and gently form the eye over the beak but completing the bending as shown in Fig. 55. Gently adjust with light hammer blows until the eye is 

  ‐ 42 ‐

nicely rounded and lies flat when placed on the anvil face. Mark off about 12 mm from the unbent end and cut halfway through the metal at this point using a hot chisel or hot set. Bend this short end back upon itself (Fig. 52B). 

Now we can try our first forge weld. The end bent back upon itself is carefully heated in a clean  fire  to welding heat. This  temperature  is  judged by  the appearance of  the metal:  it will be  a brilliant white with  a  shiny  sweat‐like  surface  and perhaps  a  few sparks will be given off. Quickly  remove  from  the  fire, position on  the anvil  (Fig. 56) and with quick  light blows hammer  the end as shown and at  the angle shown. After the first few blows the pieces will be welded into a homogeneous body and the point can be completed as in Job 1 while carefully preserving the barb. 

Next, mark off 80 mm from the pointed end. Heat this position to a bright red heat and begin bending, as shown  in Fig. 57. Note the use of the ball‐peen hammer. Complete bending over the beak and make any adjustments so that the whole job lies flat on the anvil face. This job can be used with two staples (Job 3) as a gate fastening. 

 

FIGURE 56 

  ‐ 43 ‐

 

FIGURE 57 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 44 ‐

6. Forging a split link for temporary repair in chain 

Material. Mild steel, 8 mm in diameter, 220 mm long. 

Additional tools. 8‐mm bottom swage; set hammer. 

METHOD 

Cut off 220 mm of rod and mark as shown in Fig. 58. Heat from the end to beyond the mark to near‐welding heat and place on the anvil as  in Fig. 59. Hammer down to half the thickness, leaving a prominent shoulder. The hammer face must overlap the anvil edge during the first few blows. 

Turn 90 degrees and reduce the thickness to a little less than the original 8 mm, leaving a  rectangular  section.  Reheat  if  necessary.  Place  in  the  bottom  swage  with  the shoulder uppermost. Place the set hammer with an edge against the shoulder and  its face parallel with the face of the swage. 

The set hammer is now struck with the sledgehammer, lightly at first to settle the work into position. Hammer blows are continued while the job is drawn through the swage toward the smith. This operation will give a distinct half‐round section to this part of the job. While still hot, this end is bent over the beak to the shape shown in Fig. 58C. Twisting may occur during this bending operation. This should be corrected as soon as it becomes obvious by applying light hammer blows while the flat face of the work is in contact  with  the  face  of  the  anvil,  but  with  the  shoulder  clear  of  the  anvil  edge. Positions of swage, work, set hammer and sledgehammer are shown in Fig. 60. 

 

Figure 58 

  ‐ 45 ‐

 

Figure 59 

 

Figure 60 

The opposite end of the  job  is now worked  in a manner similar to the first, with care being taken to ensure that the shoulders are on opposite sides of the workpiece. When both ends are forged, the centre is heated to a red heat and bent over the block to the shape shown  in Fig. 58D. The job can now be heated to a red heat all over and trued up. Open the link by twisting to give the side appearance shown in Fig. 58E 

 

 

  ‐ 46 ‐

7. Forging a welded chain link Material. Mild steel, 8 mm in diameter, 200 mm long. 

Additional tools. None; tongs must fit the workpiece very well. 

METHOD 

Take a bright red heat in the centre of the piece and bend over the beak to the shape shown  in Fig. 61A, making  sure  that both ends are  in  line with each other and both sides are of equal length. 

Next, heat both ends to a bright red or yellow heat. Place on the anvil as shown in Fig. 62 and, with the hammer face overlapping the anvil edge, forge out the corner to form a scarf or notch (Fig. 61B). Reverse and repeat the operation on the opposite end. 

Next, at a bright red heat, bend to the shape shown  in Fig. 61C, making sure that the scarfs are neatly fitted together. Now, take a full welding heat on the scarfs, remove from  the  fire,  place  scarfed  ends  flat  on  the  face  of  the  anvil  and with  quick,  light hammer blows drive  the  scarfs  together,  turning  the  job over  after  the  first  two or three blows to hammer on the opposite side. Now quickly put the link over the beak to complete the  joint and round up the work. Hammer blows should descend vertically, but this time on the centre  line of the beak while the  job  is moved around the beak with the left hand as in Figs 63 and 64. 

These moves must be carried out quickly and smoothly. They should be completed  in about ten seconds. True up the work and normalize. Next, slip a second link on to the first after  the  scarfs are  formed but before  they are bent  into welding position. The first link must be kept out of the way when welding the second. Practise until at least six  links can be made without fault. Links may be tested by hammer blows applied to the ends of the link or by sawing through them and studying the cut ends. You should see a sound, homogeneous weld. 

  ‐ 47 ‐

 

Figure 61 

 

Figure 62 

  ‐ 48 ‐

 

Figure 63 

 

Figure 64 

 

 

  ‐ 49 ‐

8. Forging square and hexagonal bolt heads 

  

Material. Mild steel, 12 mm in diameter, 125 mm long. 

Additional tools. 12‐mm top and bottom swages; set hammer; bolster plate; rough file or rasp; hole gauge (Fig. 65). 

METHOD 

Bolts of all shapes (Fig. 66) can be forged by upsetting and by shaping the heads with hammers  and  simply made  tools,  such  as  bolster  plates.  Practice  is  gained  here  in upsetting and forging to accurate dimensions since these bolts must be a good fit in a standard  spanner. Shank  sizes must be correct  for  the cutting of  screw  threads with hand dies.  

Place a 12‐mm bottom swage in the tool hole of the anvil. Heat one end of the metal to a yellow heat, place in the swage and forge an abrupt chamfer with hammer blows at the angle shown in Fig. 67. Quick light blows while rotating the job will produce the desired result (Fig. 66B). This chamfer is to reduce the damage done to that end during the upsetting operation.  

The opposite end  is now brought  to near‐welding heat. Cool  in water  to  leave only about  25 mm of  the  length hot.  Place on  the  anvil with  the  cooled  chamfered  end uppermost. Tongs must hold the job securely in this position (Fig. 68). Quick firm blows are now applied to the chamfered end causing the heated end to increase in diameter (Fig. 66C). The job should be partly rotated during this hammering. Any bending of the work that occurs must be corrected as soon as it becomes obvious. Do not let the job become badly bent because  it will be very difficult to correct (Fig. 69). When the  job gets down to a red heat, it is time to raise its temperature. Heat must be restricted to the end by cooling. 

  ‐ 50 ‐

 

 FIGURE 65  

 

 FIGURE 66  

  ‐ 51 ‐

 

 FIGURE 67  

 

 FIGURE 68  

Continue  upsetting  until  the  end  is  about  20  mm  in  diameter.  Next,  correct  any damage to the chamfered end and make sure that it will pass through the bolster plate easily. Place bolster plate so that the hole to be used is over the tool hole of the anvil. Heat the upset end again to a yellow heat, pass the chamfered end through the bolster plate and quickly apply firm hammer blows to the work, driving  it  into the bolster to 

  ‐ 52 ‐

form a  shoulder and  to  increase  the end diameter a  little more.  Finish with  the  set hammer held flat on the work (Fig. 70). 

After the bolster‐plate stage, the head should be about 8 to 9 mm thick. Do not make it thinner. Reheat the head and carefully forge to a square section using an 18‐ or 19‐mm spanner as a gauge. Keep checking for squareness. The head may be flattened a little more  in the bolster plate after  forming the square and the corners of the head removed slightly to give a more finished appearance. 

The same procedure  is followed for a hexagonal bolt head except that the forging of the hexagon is more difficult. For early attempts it is a good idea to place a large nut of hexagonal shape on the anvil face to act as a guide (Fig. 72). Forge two small flats, then turn the  job so that one of these flats  is  in  line with one of the flats on the nut, then forge two more flats,  line up one of these with the nut and forge the remaining two. After  this  it  is a case of hammering  the  flats as needed  to  form a hexagon  that  is a good  fit  to  the  spanner.  Again,  any  unevenness  on  the  top  of  the  head  can  be corrected by returning to the bolster plate and using the set hammer on top. 

 

FIGURE 69    

  ‐ 53 ‐

 

FIGURE 70  

    

FIGURE 71  

  ‐ 54 ‐

    

FIGURE 72  

 After  forging  the heads,  the shanks must be straightened and made  the correct size for threading. This can be done with top and bottom swage and use of a rasp or  file while the  job  is hot. Shanks must be a neat fit  into the appropriate hole  in the gauge (Fig. 65), which is easily made. With practice this job can be carried out very quickly.  

Countersunk bolts can be made in a similar manner using suitably made bolster plates. Some practice will be needed in order to judge the amount of upset needed in various cases. Where  bolts with  special  types  of  countersunk  heads  are  required,  a  bolster plate can be made by quickly driving a bolt of  the desired  form  into a  suitable hole while the plate is at near‐white heat. This should be done using a set hammer or flatter to form the shape before the bolt being used gets hot and becomes distorted. When the bolster plate cools, upset metal hammered into these forms will take on the shape of the bolster. 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 55 ‐

9. Forging a welded bolt head Material. Mild  steel,  12 mm  in  diameter,  175 mm  long; mild  steel,  8‐mm  square section or 10‐mm round section, more than 100 mm long. 

Additional  tools. 10‐mm  top and bottom  fullers;  sharp hot  set or hot chisel; 12‐mm bottom swage; bolster plate. 

METHOD 

For bolts  larger  than 16 mm  in diameter,  it  is often quicker and easier  to weld on a head  rather  than  upset  to  the  extent  needed.  This  job will  give  additional welding practice as well as  introduce the use of  fullers. Heat one end of the 12‐mm rod  to a bright red heat and chamfer in the bottom swage as in Job 8. Heat the opposite end to near‐welding heat, cool to restrict heat to within about 30 mm of the end and upset a little  as  in  Job 8.  Increase  the diameter by only  about 2  to 3 mm. One heat  should suffice for this. Straighten any bending that occurs. 

Reheat to a bright red heat, place on a bottom fuller of about 10 mm, position a top fuller as in Fig. 74. With light sledgehammer blows, make a shallow depression around the upset end as near to the end as possible. The depth of the fullering need only be about 1.5 mm. Take  care  to ensure  that  the  fullers  are exactly opposite each other during this operation. Do any straightening that is needed and place this part of the job near the fire to keep hot. Fig 73A and Fig 73B illustrates this stage of the job. 

If 10‐mm round section is to be used, this is now brought to near‐welding heat over a length of about 60 mm and  is  carefully  forged  to as big  a  square  section as  can be obtained.  Next,  take  the  forged  square  section  (or  the  8‐mm  square  section,  if available), heat a length of 50 to 60 mm to a bright red heat and bend to form a ring as in Fig 73C and Fig 73D and Fig. 75. This  ring should be slightly  larger  than  the upset portion of the job. While it is still hot, trim the end with a hot chisel or set to the angle seen in Fig. 73C. Reverse the metal on the anvil face and cut just over halfway through from that side,  leaving a gap of about 5 mm at this stage. Cutting  is carried out from opposite sides so that the slope of the cuts will match up.  

  ‐ 56 ‐

 

FIGURE 73 

 

FIGURE 74 

Both pieces of metal are now brought to a bright red heat, the ring is slipped over the larger piece,  lightly tapped with the hammer to settle  it  into position and the excess broken off leaving only the ring in position. The ring is now gently hammered to settle it neatly and firmly  into  its correct place for welding. Make sure that the ends do not meet. There should be a gap of about 3 mm to allow for stretching when welding takes place.  

  ‐ 57 ‐

A full welding heat is now taken on the ring end of the work. Heat slowly to allow the larger section to reach welding heat without overheating the smaller sectioned ring. If difficulty  is  experienced,  the  ring  can  be  cooled  carefully  in  water  to  control  the heating. Both pieces must reach full welding temperature. When  it  is sufficiently hot, quickly place the work on the anvil face with the gap in such a position that it will form one corner of the bolt head. Quick light blows of the hammer will weld the two parts together. The job should be turned to form the head shape required, either hexagonal or square.  

Next, make  sure  that  the work will  pass  through  the  bolster  plate.  Take  a  second welding heat on the head, drop into the bolster as in Job 8 and flatten the head while welding any surplus material into the head. The second welding heat is easier to obtain than the first since the job is a solid piece at this stage. Finish the head and bolt shank in the same way as in Job 8. 

 

FIGURE 75 

  ‐ 58 ‐

 

FIGURE 76 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 59 ‐

10. Forging a solid hook for chain Material. Mild steel, 16 mm in diameter, 200 mm long. 

Additional tools. Round, tapered punch about 12 mm  in diameter with flattened end (Fig.  77);  bending  fork  and  bending  dog  (Fig.  77);  30‐mm  bottom  swage;  16‐mm bottom swage. 

METHOD 

To begin forging a solid hook for chain (Fig. 78D), heat one end of the 16‐mm rod to near‐welding heat and chamfer  in a 16‐mm bottom swage. Cool  this end and  take a near‐welding heat on the opposite end. Cool to restrict heat to within about 30 mm of the  end  and  begin  upsetting  in  the  30‐mm  bottom  swage.  Straighten  as  necessary. Continue heating and upsetting  in the swage until the upset  fills the diameter of the swage and  is about 3 mm  thicker  than  the original diameter  (Fig. 78A). As upsetting proceeds, some flattening of the sides in the one direction is called for (Fig. 79). 

When the end is of correct size and neatly formed, mark the centre of the hole which now has to be punched. It should be on centre across the work but about 2 or 3 mm more from the end. (For example, if the centre of 30 mm equals 15 mm, the distance from the end should be 17 to 18 mm.) 

The upset end  is again heated to a yellow heat and placed on the anvil face with the mark upwards. The punch  is positioned on the mark and struck  firmly with the hand hammer. After  two or  three blows, quickly  cool  the punch before proceeding.  In all punching operations the punches must not be allowed to become too hot and so must be cooled. Hot punches distort in the hole, giving wrong shapes, and they can become firmly fixed  in the work. When the punch  is removed for cooling, a  little coal or coke dust  can  be  sprinkled  into  the  hole. When  the  punching  continues,  this  dust  will generate gases that assist in the removal of the punch. As soon as a dark patch can be seen on the opposite side of the work, indicating that the punch is nearly through, the job  is turned over and punching  is continued from the now‐top side. A small piece of metal will be removed (Figs 80, 81 and 82). 

  ‐ 60 ‐

 

Figure 77 

 

Figure 78 

The punch can now be driven through from alternate sides until a neat hole of 12 mm in diameter is formed. This can be done by allowing the punch to protrude through the punching (pritchel) hole. Should this hole be too small, a bolster plate must be used. (The  anvil  tool  hole  is  too  large.)  The  eye  is  next  finished  over  the  beak  (Fig.  83). Hammer blows are vertical and on the centre of the beak. Work  is held at the angle shown and rotated around the beak as hammering proceeds. This gives a chamfer to 

  ‐ 61 ‐

the  inside  of  the  hole,  providing  better  protection  from  the  rubbing  of  any attachments, such as chain links. Finally, the eye is slightly bent to one side (Fig. 78B). Fix a pair of tongs that are a good fit on to the eye. Take a near‐welding heat on the end opposite  to  the eye  for a  length of about 60 mm. Forge a point  (Fig. 78C). Start with an abrupt point on  the end and elongate as necessary. The  final  length of  the point  should be  approximately one‐third of  the  length measuring  from beneath  the eye. This point should incline in the direction opposite to the bend in the eye. 

 

Figure 79 

 

  ‐ 62 ‐

Figure 80 

 

Figure 81 

 

Figure 82 

 The  point  must  be  forged  to  a  square  section  first,  corners  removed  and  finally rounded up. Place a bending  fork  in  the  tool hole of  the anvil and have  the bending dog at hand. Heat the centre section of the job to a bright red heat, making sure that 

  ‐ 63 ‐

the temperature is even along its length. Place in the bending fork and with the aid of the  bending  dog  bend  to  hook  shape.  The  end  of  the  point  should  reach  to  the underside of  the eye. See Figs 84 and Fig 78D. At  this stage  the point should not be closer than 30 mm to the eye. 

The centre of the hook  is again heated to a bright red or yellow heat, placed on the anvil (Fig. 85) and the outer part of the metal thinned to give the section shown in the Fig. 85  inset. The  job  is now brought to a red heat all over and adjustments made.  It should  lie  flat  on  the  anvil  face with  no  distortion.  The  end  of  the  point  should  be about 12 mm from the eye to allow for the insertion of chain. Some designs have the point turned out a  little. Simpler hooks can, of course, be made with unwelded eyes, but  they are weaker. Solid  forged hooks of all  sizes  can be made  in  the way  shown here. 

 

Figure 83 

  ‐ 64 ‐

 

Figure 84 

 

Figure 85 

 

 

 

  ‐ 65 ‐

11. Forging a solid D‐shackle Material. Mild steel, 16 mm in diameter, 250 mm long. 

Additional tools. 16‐mm drift; bolster plate, 25 mm thick with a 16.5‐mm hole; 30‐mm bottom swage; bending fork and bending dog. 

METHOD 

Both ends are upset (Fig. 86 A) in a manner similar to the hook eye (Job 10) and to the same size. Both ends are punched in the same way. Eyes are completed by passing the 16‐mm drift  through each  to give a neat hole  (not  chamfered as  for  the hook). The centre  section  is  heated  to  a  bright  red  heat  and  bent,  using  the  bending  fork  and bending dog as for the hook in Job 10. Take care to get the ends in line with each other and the bend an even curve (Fig. 86C). Metal bends most easily at the hottest point. 

Reheat  the whole  job  to  a  good  red  heat.  Place  the  ends over  the  bolster  plate  as shown in Fig. 87. A few blows on the set hammer will settle the ends parallel to each other  and  the  correct distance  apart. While  the  job  is  still hot,  a drift  is hammered through the holes and the bolster plate to align the holes. A  large nut placed on the anvil will allow the drift to clear both holes (Fig. 88).  

Some  shackles  are  upset  in  the  centre  to  allow  for  extra wear.  If  these  are made, additional metal is required. 

 

Figure 86 

  ‐ 66 ‐

 

Figure 87 

 

Figure 88 

 

 

  ‐ 67 ‐

12. Forging a pin for a D‐shackle Material. Hand length of 16‐mm round bar (about 1200 mm); 8‐mm square section or 10‐mm round about 200 mm in length or a hand length. 

Additional tools. 8‐mm top and bottom fullers; slot punch with end 16 x 3 mm; 16‐mm top and bottom swages; bolster plate; hot set. 

METHOD 

Slightly upset one end of the 16‐mm bar  for a  length of about 40 mm  (Fig. 89A) and slightly fuller as  in Job 9 but about 35 mm from the end (Fig. 89C). Forge a ring as  in Job  9  to  fit  the  16‐mm  bar.  Position  ring  in  lightly  fullered  groove  and  weld  into position with  light hammer blows all round.  If necessary, round the shank back to  its original size beneath the ring so that it will fit a 16‐mm hole in the bolster plate. Also, if required, reheat the pin and place it into the bolster plate and square up the shoulder, as in Fie. 90. 

Reheat to a yellow heat and fuller a groove on the short end but close to the ring (Fig. 89E).  Fuller  to  a  square  section  first,  then  fuller  the  corners  to  give  an  octagonal section. This octagonal section should be about 10 mm thick. Take a near‐welding heat on  the  remaining  upset  and  flatten  until  about  8 mm  thick,  allowing  the metal  to spread sideways  (Fig. 91). Reheat the head and round up the  flattened end  (Fig. 92). Heat again and punch an 8‐mm hole in the centre of this rounded portion. Next finish the eye as for the hook in Job 10. 

Mark off from the underside of the collar a length equal to the distance across the eyes of the D shackle plus 3 mm. This will be the end of a slot hole to be punched. From this mark measure 35 mm and cut off with a sharp hot set or hot chisel. Cut all around the job and this will  leave a chamfered end. Reheat and place  in a 16‐mm bottom swage and punch a slot hole (Fig. 93), punching from both sides and using a little coal dust as  

in  Job 10. This punching will cause a  little swelling of  the metal. Correct  this by  first using  the 16‐mm  top and bottom  swages and  then  lightly  repunching  the hole. Any additional swelling can be corrected by either  rasping while  the pin  is hot or  filing  it when cold. Make sure that the whole job is straight and a good fit in the shackle eyes. 

  ‐ 68 ‐

 

FIGURE 89 

 

FIGURE 90 

  ‐ 69 ‐

 

FIGURE 91 

 

FIGURE 92 

A simple cotter pin can be made by cutting off a 50‐mm length of 1.5‐mm steel sheet 16 mm wide. This is wrapped around an 8‐mm diameter‐rod, bending carefully at the centre of the flat strip. When bent into a U shape, grip the strip in the vice just below the 8‐mm rod and squeeze in the vice jaws to bring the sides together, leaving a neat eye. Remove the rod and file the cotter  if necessary to make  it fit. Chamfer the ends 

  ‐ 70 ‐

and spring the ends apart slightly. This cotter will retain the shackle pin in the shackle eye (Fig. 94). 

 

FIGURE 93 

 

FIGURE 94 

  ‐ 71 ‐

13. Forging a hinge pin for use on a wooden gatepost 

Material. Mild‐steel square section of 16 mm and 85 mm long; mild‐steel round section of 12 mm and 65 mm long. 

Additional tools. 12‐mm bottom swage; 25‐mm bottom swage; bolster plate with 12‐mm hole; punch; hot set. 

METHOD 

Upset one end of the 16‐mm square section in the 25‐mm bottom swage until the end is 25 mm wide and  just over 16 mm thick (Fig. 95A). Heat to a bright red heat and  in this end punch a hole fractionally smaller than 16 mm in diameter (Fig. 95B). Chamfer one  end  of  the  12‐mm  round  section  and  upset  the  other  end  to  about  18 mm  in diameter to give a mushroom shape (Fig. 95C).  

Heat the punched end of the square section to a bright red heat and drive the upset peg  into the hole, settling  it firmly  into position. Place the bolster plate over the tool hole of the anvil having made sure that the 12‐mm round peg will pass easily through the hole. 

Take a  full welding heat on the upset parts with the peg uppermost  in the  fire. Heat slowly to give time for the whole thickness of the job to reach welding temperature. At full welding heat remove the job from the fire, quickly pass the peg through the hole in the bolster plate and hammer the upset end of the peg to complete the weld (Fig. 96). After  the  initial blows  a  set hammer  can be used  to  flatten  the end neatly. Do  any straightening needed and make sure that the peg is at right angles to the shank of the job. The width of the point should be the same as that of the metal, i.e. 16 mm. Next, take a bright red heat over this pointed end over a length of about 60 mm and lightly drive a hot set into the edges (Fig. 97). This gives a ragged finish that will firmly fix the hinge peg into a wooden post. Only five or six cuts on each edge are necessary. Finally, true up the work, wire‐brush it and allow it to cool. 

Select  tongs  that  fit well on  the peg or hinge pin.  Take  a near‐welding heat on  the unwelded end of the job and forge a flat point (Fig. 95E). Note that one side is flat. 

  ‐ 72 ‐

 

Figure 95 

 

Figure 96 

  ‐ 73 ‐

 

Figure 97 

 

14. Forging a strap hinge (to suit Job 13) 

Material. Mild steel, 25 or 30 x 6 mm in a flat strap. 

Additional tools. Round section punch with 8‐mm flat end; 12‐mm round drift; 18‐mm bottom swage; hot set. 

METHOD 

Heat one end of the strap to a bright red heat and cut off about 6 mm from the end, cutting from one side only. This gives a neatly chamfered end. Reheat to a yellow heat and begin bending the strap close to the end over the rounded edge of the anvil face, with the long side of the chamfer downwards (Fig. 99). Turn the curve uppermost and continue  forming  (Fig.  100)  until  a  neat  eye  is made  that  fits  the  drift.  Reheat  if necessary, replace the drift in the eye, place the job in the 18‐mm bottom swage and flatten the back of the strap (Fig. 101). Mark out holes required; the first one should be about 30 mm from the eye and the others more or less equally spaced. Heat the strap and punch the holes. Correct any bending that results. Take a bright red heat on the flat end and trim from one side with a hot set (Fig. 98D). Heat the whole strap to a red heat, wire‐brush it and allow it to cool. 

  ‐ 74 ‐

Figure 98 

Figure 99 

  ‐ 75 ‐

 

Figure 100 

 

Figure 101 

 

  ‐ 76 ‐

15. Forging a welded ring for use with chain 

Material. Mild steel, 16 mm round section 110 mm long. 

Additional tools. No special tools needed. 

METHOD 

This job is similar to a welded chain link except that in this job both ends of the metal are upset to allow additional metal for the welded  joint. This  is normal forge‐welding practice. 

Take a near‐welding heat and upset both ends (Fig. 102A). Take a bright red heat over the centre section of the job and bend over the beak to a U shape. Scarf both ends as for the chain link (Fig. 102B). Heat all over to a bright red heat and form into a ring (Fig. 102C). Take a full welding heat on the scarfed ends and weld up as  in the chain  link. Weld securely on  the  face of  the anvil,  transfer  to  the beak and  forge  the  joint  to a square section at that point. Finally, reheating  if needed, forge off the corners of the square section and then forge back to the round section. While it is still hot, round up the ring, wire‐brush it and allow it to cool. 

 

Figure 102 

 

  ‐ 77 ‐

16. Scarfed butt weld Material. Hand length of 12‐mm round section of mild steel and an odd length of the same about 160 mm long. 

Additional tools. No special tools needed. 

METHOD 

Upset one end of each piece (Fig. 103A). While still hot, but reheating if necessary, the ends  should be  scarfed  (Fig. 103B) by  the method  shown  in  Figs 104  and  Fig. 105  . Scarfs must  fit nicely  together while  the  length of  the  scarfs  should be only  slightly more than the thickness of the metal (Fig. 103 C). Most beginners tend to hammer too much and produce long, thin scarfs. This must be avoided. 

It is advisable to have a helper for this job although it can be carried out by one person. The anvil must be clean and the hand hammer ready to be picked up without any loss of time. Tongs holding the short length must be a good fit. The fire must be clean. 

 

Figure 103 

  ‐ 78 ‐

 

Figure 104 

 

Figure 105 

  ‐ 79 ‐

 

Figure 106 

Place  both  scarfed  ends  in  the  fire  and  bring  to  a  full welding  heat,  keeping  them gently on the move. Both must reach welding heat at the same time. If one is heating more quickly than the other, it can be held back on the edge of the fire while the other is allowed to continue heating. Keep tongs cool during this heating. 

When welding  heat  is  near,  the  smith must make  sure  that  the  scarf  on  the  short length  is upward and the other  is facing down  into the fire. The helper takes out the short  length  in  the  tongs and places  it  flat and  firmly on  the anvil  face. At  the same time, the smith takes the other piece, steadies it with the hand hammer and positions the scarfs, then quickly begins hammering the  joint together. As soon as the metal  is felt to stick together the helper releases the tongs, the smith turns the  job over and hammers the scarf on the other side. 

The weld  is  forged  to  a  square  section  first,  then  the  corners  are  removed  and  the section is rounded up. 

Top and bottom swages can be used to finish the section, but the objective here is to master  the welding.  All  of  the  foregoing  can  be  completed  in  one  heat.  Should  a second welding heat be needed, care must be taken to restrict the heat to the area of the joint. Overheating the parts of the work not previously upset will cause thinning of the work. This is a common fault. 

See Fig. 106  for positioning the weld on the anvil.  It  is a good  idea to tap the pieces lightly  on  the  anvil  just  before  positioning  for welding.  This  removes  some  of  the surface oxides. This is not always necessary with smaller sizes of metal as these oxides are  forced  out  during  hammering.  Only  low‐carbon  steels  can  be welded  this way without the use of a fluxing agent. 

  ‐ 80 ‐

17. Forging blacksmithing tongs Material. Hand  length  of  25  x  12 mm  flat mild  steel;  two  lengths  of  10‐mm  round section mild steel 360 mm long; 40‐mm length of 8‐ or 10‐mm section mild steel. 

Additional  tools.  10‐mm  bottom  swage;  round  punch  for  8‐10‐mm  hole;  suitable bolster or an old 12‐14‐mm nut; 6‐ or 8‐mm and 25‐mm fuller; bending dog; hot set. 

METHOD 

Heat one end of each of  the 360  x 10‐mm  rods  in  turn and  chamfer  in  the bottom swage.  Cool  these  ends  and  then  heat  the  other  ends  to  near‐welding  heat,  upset them to about 12 mm and scarf as in Job 16. Put these two pieces to one side; they will form the reins of the tongs. 

Mark out one end of the 25 x 12‐mm flat bar as in Fig. 107A. Take a near‐welding heat on this end for a length of about 160 mm. Quickly fuller with the small fuller as in Fig. 109, allowing the fuller to penetrate a little less than halfway through. Flatten as in Fig. 110 and lightly fuller again if necessary. 

 

FIGURE 107 

  ‐ 81 ‐

 

FIGURE 108 

Turn the work on edge as  in Fig. 111 and  lightly fuller the corners to give the section shown in Fig. 107B. Straighten and fuller with the 25‐mm fuller from the opposite side as  in  Fig.  112. Again,  the  fuller  should  penetrate  a  little  less  than  halfway  through. Flatten on the sides and lightly fuller again if necessary to give a good finish. 

Quickly place  in the vice and twist 90 degrees  in an anticlockwise direction as  in Fig. 113. Place over the rounded edge of the anvil and flatten the twist as in Figs 114 and 115. 

Be sure the twisted section is still at 90 degrees to the rest of the job. With a hot set, cut off the worked piece about 12 mm from the edge of the 25‐mm fuller groove. Hold in tongs and forge end to a square section to match the size of the scarfed end of the reins. Then scarf  this end, making sure  that  the scarf  is  in  the position shown  in Fig. 108A. Bring the scarfed ends of both the rein and the newly forged bit to full welding heat and hammer together as in Job 16. A flatter may be used to give a nice finish after welding. The welding position is shown in Fig. 117. Reheat eye boss to a bright red or yellow heat and round up as in Figs 118 and 119. 

  ‐ 82 ‐

 

FIGURE 109 

 

FIGURE 110 

  ‐ 83 ‐

 

FIGURE 111 

 

FIGURE 112 

Reheat to a bright red heat and punch the rivet hole as in Figs 120 and 121. Note that a nut is used to keep the bit end off the anvil during the second stage of punching. This is carried out over the punching or pritchel hole of the anvil. The hole must be opened out for an easy fit on to the 40‐mm length of 10‐mm round section. 

  ‐ 84 ‐

Each operation is repeated in order to make the two halves of the tongs, which should be identical. The 40‐mm length of round section is placed through the holes and lightly hammered  to prevent  the  rivet  from  falling out  into  the  fire. Tong bits and  rivet are now brought  to a bright  red heat and  the ends of  the  rivet are hammered with  the ball‐peen (Fig. 122). Hammer on each side. After riveting, the tongs are partially cooled in water and should be opened and closed while being dipped in and out of the water to loosen the rivet. Tongs are again reheated to a bright red and set to the metal size (Fig.  123).  Note  the  use  of  a  piece  of  metal  to  keep  the  reins  apart  to  suit  the blacksmith's hand. Tongs are now cooled completely and  the  reins smoothed with a file. 

This  is  the  simplest method  of  tong‐making.  Stronger  tongs  are made  in  a  similar manner but with the bits forged by drawing‐down from a 25‐mm or even larger square or round bar. Tongs made by the method shown here are adequate for most forging operations.  Tongs  as  shown  can  be made  in  about  20 minutes  (or  30 minutes  for beginners). 

 

FIGURE 113 

  ‐ 85 ‐

 

FIGURE 114 

 

FIGURE 115 

  ‐ 86 ‐

 

FIGURE 116 

 

FIGURE 117 

  ‐ 87 ‐

 

FIGURE 118 

 

FIGURE 119 

  ‐ 88 ‐

 

FIGURE 120 

 

FIGURE 121 

  ‐ 89 ‐

 

FIGURE 122 

 

FIGURE 123 

If specially shaped tongs are required, enough metal must be allowed on the bits and the shaping done after 

the rivet hole has been punched. Tongs should drop open easily when released. The method mentioned  above  for making  tongs by drawing‐down  the bits  from heavier 

  ‐ 90 ‐

sections forms the basis for making carpenter's pincers, pliers, sheet‐metal shears and other similar two‐piece tools. 

 

18. Forging a hammer head Material. Metal should be large enough to give 30 x 30‐m square section without too much forging or cut from a hand  length (tool steel or spring steel are best, but worn axle shaft from a tractor or car is also satisfactory). 

Additional  tools. Combined punch and eye drift;  two pairs of  tongs;  fuller about 12 mm; set hammer. 

METHOD 

Make or adapt a punch as in Fig. 124 to act as both punch and drift. On the workpiece, make a prominent mark  (Fig. 125A). Bring steel to a bright red heat and punch as  in Fig. 127. Care must be taken to ensure that the punch  is exactly  in the centre of the width of the metal and that the punch is at right angles to the piece. The mark should be  off‐centre  on  the  long  axis  (as  shown)  to  facilitate  the  placement  of  the  punch. Punch well through from one side, removing and cooling the punch frequently. A little coal dust  in  the hole will help  in removing  the punch  from  the work. As soon as  the position  of  the  punch  can  be  seen  from  the  opposite  side  start  punching  from  the second  side,  allowing  the end of  the punch  to enter  the  tool hole of  the  anvil as  it passes through the work. Punch must be hammered in from both sides until the hole is approximately the size shown in Fig. 124 (section).The hole must taper from both faces to produce a hole that is smaller in the centre than it is on the outside faces. 

The punch may be loosened as in Fig. 128A. A few quick blows on both sides of the eye effectively ease the punch in the hole. 

The peen end of the hammer head is drawn‐down as in Fig. 129, using a fuller followed by  a  set  hammer.  The  job  is  reversed,  heated  to  a  good  red  heat  and  the  corners removed, as in Fig. 130. The face and the peen in turn may now be reheated to a bright red heat and rasped while hot to give a radiused peen and a flat face. The work is now allowed  to  cool  slowly  and  further  finishing  can  then be  carried out with a  file.  If a grinding machine is available, use it to do this finishing work. 

  ‐ 91 ‐

 

FIGURE 124 

 

FIGURE 125 

Because  the  quality  of  steels  varies,  some  experimenting might  be  needed  in  the hardening and tempering of this workpiece. If spring steel has been used, heat up the piece slowly to a dull (very dull) red heat and quench in oil. Clean up both the face and the peen until they are bright and shiny. Take a rod or a punch that fits well in the eye. Heat this rod or punch to a yellow heat and place  it  in the eye of the hammer head. 

  ‐ 92 ‐

Heat will be transferred from the punch to the work and temper colours will eventually be seen on the polished ends. Usually the peen heats up a little more quickly than the face end. 

When a dark brown (almost turning blue) is observed, quench the piece in water. If the colour is seen on one end first, cool only that end while allowing the other to continue heating. When both ends are at the correct temperature (colour), remove the punch from the eye and quench the whole job. All that remains is to fit a handle. A good wire‐brushing will improve the appearance of the work. 

Hammers of this type are easy to make and are suitable for all normal workshop uses. Lighter and heavier hammers can be made using smaller or larger sections of steel. If a ball‐peen is required, the drawing‐down operation (Fig. 129) is repeated on all sides to give a square but tapered section, corners are removed and the end rounded up with a file or on a grinding machine. 

See Fig. 11 for the method of fixing the hammer shaft. The small metal wedge is made in a manner similar to that used for the ragged hinge pin in Fig. 97. 

 

FIGURE 126 

  ‐ 93 ‐

 

FIGURE 127 

 

FIGURE 128 

  ‐ 94 ‐

 

FIGURE 129 

 

FIGURE 130 

 

  ‐ 95 ‐

19. Forging an axe head from low‐ and high‐carbon steels 

Material. 280 mm of 50 x 8‐mm flat mild steel; scrap piece of high‐carbon steel about 50 x 50 x 4 mm (old plough disc or ploughshare will do); for welding flux, use borax or a commercial  brand  for  the  oxyacetylene  welding  of  cast  iron;  clean  white  sand  or powdered sandstone will suffice if nothing else is available; two pieces of 6‐mm rod. 

Additional tools. Axe eye drift (Fig. 132); bent bar; hot set; set hammer; flatter. 

METHOD 

In addition to producing an extremely useful tool, this job introduces the combining of high‐ and  low‐carbon steels  to make a cutting  tool. New points  for old ploughshares can  be  made  by  using  this  technique,  and  chisels,  plane  irons  and  gouges  for woodworkers can be produced. With care, cast‐iron scrap can be used instead of high‐carbon steel. A good flux  is required to reduce the oxidation of the high carbon steel during welding. Borax or the cast‐iron welding flux are both active fluxing agents and will help to dissolve any oxides formed. Clean white sand can be used, but this merely forms a molten barrier to the atmosphere and is rather messy. 

To begin, the mild‐steel bar is heated to a bright red heat and bent into a U shape and closed around the drift (Fig. 133). The piece of high‐carbon steel scrap is inserted as in Fig. 131B. The whole  is heated and  then  two holes are quickly punched beneath  the eye but including the high‐carbon steel. Two small pieces of 6‐mm rod are inserted as rivets (Fig. 134). These will hold the pieces in the correct position while a welding heat is  taken. Tongs as used  to hold  the hammer eye  in  Job 18 will serve  to hold  the axe eye. It is important that these tongs not be allowed to become red hot; they must be cooled frequently. 

  ‐ 96 ‐

 

FIGURE 131 

 

FIGURE 132 

The work is positioned well into the fire and a welding heat taken close to the eye. In fact, part of the eye will also reach welding temperature. Heating must be slow to give time for the heat to spread through the work, and frequent turning of the work in the fire  is necessary. When  the work  reaches a good yellow heat,  flux  is  sprinkled on  it, particularly along its edges. Heating continues up to welding temperature. The work is 

  ‐ 97 ‐

then  positioned  on  the  anvil  (Fig.  135)  and  rapid  heavy  hammer  blows  should  be applied  close under  the eye  to weld  the pieces  into  a  solid mass.  This weld  can be finished with a  set hammer  if desired. During  this operation  the eye will be  slightly reduced in size. 

A  second welding heat  is  taken on  the edge of  the work opposite  to  the eye.  Slow heating is again advised and care must be taken to ensure that all unwelded parts are included  in  this heat. Quick and heavy hammer blows  should be applied  to  the  job, taking care to cover the whole piece with hammer blows. Shaping of the axe head can also be started during  this heat. A  third welding heat will be required  to consolidate the metal and  to  complete  the  shaping  (Fig. 136). The metal  should be  spread  to  a larger size than the finished axe head and can be finished with the aid of set hammer and finally a flatter. Next, the eye  is again brought to a bright red or yellow heat, the drift inserted as in Fig. 137 and the eye set to the drift and stretched slightly as in Fig. 138. This should be carried out from both sides of the eye, leaving it slightly smaller in the  centre  than at  the openings. Note  that  the axe eye drift  is  shaped  to  leave  this restriction in the middle of the eye hole (Fig. 132). 

   

 

FIGURE 133 

  ‐ 98 ‐

 

FIGURE 134 

 

FIGURE 135 

  ‐ 99 ‐

 

FIGURE 136 

Reheat and trim the axe head to size and shape using a hot set. True up the job, heat to a good red heat all over and allow to cool slowly. The job can be ground or filed to final shape and its cutting edge formed by filing. Heat the job to a dull red heat (visible in the shade) for a distance of about 30 mm from but  including the cutting edge and quench  in water.  Tempering  should  not  be  necessary,  but  if  signs  of  chipping  are noticed on the edge during use the work can be tempered at a dark straw colour. Final sharpening should be carried out using a fine carborundum stone. 

The  sizes  given  are  for  a  small  axe  but  larger  ones  can  be made  using  the  same technique. 

  ‐ 100 ‐

 

FIGURE 137 

 

FIGURE 138 

 

 

  ‐ 101 ‐

20. Forging a hoe with spiked tang Material. 5‐mm carbon‐steel plate (old plough or harrow disc is ideal). 

Additional  tools. Bottom  swage,  size depending on  thickness of metal but about 25 mm; 12‐14‐mm set hammer; hot set. 

METHOD 

From carbon‐steel plate cut either the pattern shown in Fig. 139 or one of your choice. Cutting can be carried out by heating and using a hot set. Marking the pattern can be done with white chalk, which  is visible even at  red heat. After cutting, edges can be heated and hammered to give a better finish or, if a grinding machine is available, the edges can be ground before proceeding with the work.  

Position the bottom swage in the anvil, have the top fuller at hand, heat the tang end to a good red heat and fuller to a half‐round section, as in Fig 140 and Fig 141. Reheat and carefully forge the tang to a tubular section for about one‐third of its length, with the remainder  in more of a U shape. Reheat and carefully  forge to a square tapered section. With a little flux, a light welding heat may be taken on the end and forged to give  a  solid  point, which  helps when  a  shaft  is  fitted  (Fig.  142).  Reheat  the  blade around the lower part of the fullering and finish the sides and end of the fullered part, as  in Fig. 143. Reheat and  true up the work and set  the  tang and blade  to  the angle suitable  for  the  person  who  is  to  use  the  tool.  Sharpen  the  working  edge  with  a grinding machine or file. 

 Usually plough‐disc  steel  is  sufficiently hard  for  tools  for manual work without heat treatment. However, the hoe can be hardened and tempered if necessary. Heat about 50 mm of the blade, from and including the edge, to a dull red heat and quench in oil. Clean the edge with a piece of sandstone or carborundum stone until shiny. Place on top of the  fire with the edge clear of the centre of the  fire and slowly reheat until a dark brown colour is observed, and quench again. 

  ‐ 102 ‐

 

FIGURE 139 

 

FIGURE 140 

  ‐ 103 ‐

 

FIGURE 141 

 

FIGURE 142 

Some care  is required  in heating to ensure that the blade  is evenly heated across  its width. This can be accomplished by constantly moving the job from side to side in the fire.  If  temper colours begin  to appear  in one spot before another,  the part showing slight colour must be moved farther away from the centre of the fire. A little practice soon develops the skill needed. 

  ‐ 104 ‐

 

FIGURE 143 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 105 ‐

21. Forging a hoe with eye Material. 5‐mm carbon‐steel plate (old plough or harrow disc is ideal). 

Additional tools. Bolster for eye; bursting punch; drift; fuller 12‐14 mm; bottom swage about 25 mm; set hammer. 

METHOD 

From carbon‐steel plate cut either the pattern shown in Fig. 144 or one of your choice. Cutting can be done by heating and using a sharp hot set. After cutting, edges can be heated and hammered to improve the finish or, if a grinding machine is available, the edges can be ground before proceeding with the work. 

Position the eye bolster (Fig. 145) over the tool hole of the anvil and have the bursting punch and drift  (Fig. 146) at hand. Heat  the upper part of  the blade  to a bright  red heat, position as in Fig. 147 and begin punching. Relatively thin steel cools quickly and two or three heats may be necessary to enable the punch to be driven well  into the work. If the metal is allowed to cool too much during punching, cracking will occur. A few quick blows followed by reheating are most effective. The punch should penetrate to  25  or  30 mm.  The work  is  again  reheated  to  a  bright  red  heat  and  the  drift  is hammered into the depression and through the workpiece (Fig. 148). Again, take care not to allow the work to cool too much. Reheat as necessary. A small plug will be cut out by the drift,  leaving an eye or socket with 4 mm or so of a flange around the eye for additional strength. Any  trueing up of  the eye or socket can be done around  the beak of the anvil. 

The work  is again  reheated  to a bright  red heat and  fullering  is started  (Fig. 149).  In fullering into the groove in the bolster, ensure that this fullering is on the centre line of the blade. Fullering is completed in a bottom swage (Fig. 150). 

The  eye  is  again  reheated  and  its  shape  corrected  around  the  beak.  During  this operation  the  remains of  the  flange around  the eye can be stretched slightly  to give the eye some taper to help retain the shaft when fitted. 

Finally, adjust the angle of the blade to the eye to suit the user and finish as in Job 20. 

  ‐ 106 ‐

 

FIGURE 144 

 

FIGURE 145 

  ‐ 107 ‐

 

FIGURE 146 

 

FIGURE 147 

  ‐ 108 ‐

 

FIGURE 148 

 

FIGURE 149 

  ‐ 109 ‐

 

FIGURE 150 

 

FIGURE 151 

 

  ‐ 110 ‐

22. Forging an all‐purpose woodcutting tool 

Material. 35 x 40 x 6 mm carbon‐steel bar or spring steel or a piece of ploughshare or disc; small piece of water‐pipe to make a ferrule. 

Additional tools. Set hammer; flatter; 25‐mm top fuller; drill for hole in handle. 

METHOD 

Cut or forge a piece of steel to the size shown  in Fig. 152A. Heat one end to a bright red heat and partially forge the tang (Fig. 153). Take care to work from both sides of the metal to keep the tang on the centre line. Reverse the piece and hold the partially made tang in tongs. Heat the other end to a bright red heat and forge (Fig. 154) to the approximate shape shown in Fig. 152C. 

Reheat  if necessary  and partly bend  the point over  the beak  (Fig. 155). Reheat  and complete the bend (Fig. 156). 

 

FIGURE 152 

  ‐ 111 ‐

 

FIGURE 153 

 

FIGURE 154 

Hold  the point and heat  the  tang end  for a distance of 50  to 60 mm back  from  the shoulder. Hold the tang and set in the blade to begin the drawing‐down (Fig. 157). The blade and the set should be held at an angle to allow the force of the blows to impinge on what is to be the cutting edge. Reheat about half the length of the blade and draw‐down the edge using a fuller (Fig. 158). This fullering  is continued along the  length of the  blade  until  the whole  length  is  nearly  the  correct  dimension.  Final  finishing  is 

  ‐ 112 ‐

carried out using set hammer and flatter. Take care not to hammer the edges of these tools into the anvil face when working on the thin edge. 

Reheat  the  tang  end  to  a  bright  red  heat  and  draw  out  the  tang  (Fig.  159)  to  the dimensions  shown  in Fig. 152E. Make  sure  that  the  last 25 mm or  so of  the  tang  is drawn out very thin to simplify the fastening of the handle. A wooden handle can be made to the sizes shown in Fig. 152F. The ferrule (Fig. 152G) is a metal ring girdling the handle to strengthen it and is made from a small piece of steel water‐pipe heated and stretched over a drift. This must be a tight fit on the wood. A 6‐ to 7‐mm hole is next drilled through the wooden handle. The tang is heated to a dull red heat and inserted into  the handle  to burn  its way  through. The  tang should go easily  into  the wood  to within about 4 mm of the shoulder. Remove the handle  from the tang and carry out hardening and tempering. 

 

FIGURE 155 

  ‐ 113 ‐

 

FIGURE 156 

 

FIGURE 157 

  ‐ 114 ‐

 

FIGURE 158 

Hardening  is best carried out  in oil.  If tempering  is difficult, place a metal tray  full of sand on top of the fire and put the blade in the sand with its cutting edge uppermost and out of the sand. Heat will be transferred from the sand to the metal slowly, giving plenty  of  time  for  the  temper  colours  to  be  observed.  The  cutting  edge  should  be ground or  filed  to a keen edge before hardening and  tempering. Final  sharpening  is done afterwards on a whetstone. 

When  the handle  and blade  are  complete, heat  the  end of  the  tang  to  a  red heat, quickly place the tang  into the handle and bend over the end as shown  in Fig. 152H. Then quickly cool the handle in water to prevent excessive burning of the wood. 

  ‐ 115 ‐

 

FIGURE 159 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 116 ‐

Glossary Alloy mixture of two or more metals Anneal to heat and then cool to achieve maximum softness Antimony element alloyed with lead and tin to produce soft solder Anvil shaped iron or steel block with hardened face upon which metal is forged Ash residue after fuel has been burnt Ash wood often used for tool handles, particularly in Europe Beak the cone‐shaped end of the anvil Bellows air pump used for supplying air blast to the forge fire Bend angle or curve formed in metal Blast air supplied to the forge fire by bellows or by other means Blast pipe pipe conducting air blast to fire (also called tuyere) Blow to supply fire with air or to hit with a hammer Bolster steel plate with variously shaped holes to aid in the forging of shoulders  Bolt tongs specially shaped tongs to hold bolts and rivets Borax chemical used as a fluxing agent when welding Bosh blacksmith's tank that supplies water to cool work or the blast pipe Carburize to heat iron in the presence of a carbon‐rich material with air excluded to increase the surface carbon of the iron Case harden to harden surface of steel by carbonizing Charcoal  black residue of wood after smothered burning, used as forge fuel Cleft cut or slot in metal often used as a weld preparation Clinker the residue of burnt fuel in the blacksmith's fire Coal fossil fuel used in blacksmith's fire 

  ‐ 117 ‐

Coke  coal processed to remove gas and used as forge fuel Dies  shaped  blocks  of metal  between which metal  is  forged,  as well  as  tools  for  cutting external screw threads Dog mechanical device for holding or gripping something Drift short metal rod used to size or shape punched holes Eye‐bolt bolt with a looped head Fan mechanical device used to produce air blast Felloe section of a wheel rim Flatter flat‐faced swage Flux chemical agent used to dissolve oxides on metal to be welded Forge (n.) blacksmith's workplace Forge (v.) to shape hot metal by hammering, by hand or machine Former device for bending sheet metal; also template around which an article is formed Fuller shaped bottom tool or shafted top tool used to produce grooves in metal Glow to give off light, i.e. red, yellow or white heat Gouge chisel‐like tool with a curved cutting blade Grind to remove metal with an abrasive such as a grinding wheel Haft shaft or handle of tool Hammer shafted tool for striking metal and tools Hand length length of metal that can be handled without tongs Harden to heat‐treat steel to achieve maximum hardness Hardness ability of one metal to scratch another Hardy cutting tool fitted to tool hole of anvil Heat to make hot or the degree of hotness, i.e. red, yellow or white heat Helper 

  ‐ 118 ‐

blacksmith's assistant Incandescent glowing with heat, giving off light Iron silvery grey metallic element; when mixed with carbon, it changes to steel Mandrel shaft to which work is fixed while being turned Metal metallic elements: iron, copper, tin, etc. or mixtures of such Mild mild steel is that which is soft and malleable Monkey tool block with holes used in forging shoulders Normalize heat‐treat to remove stresses and to bring the metal to its normal condition Notch prominent nick or groove in metal Oxide metal combined with oxygen; it forms rapidly at high temperatures Peen face of hammer other than flat, such as cross‐peen Pintle hinge peg Plastic capable of being moulded or shaped Pritchel punch for opening holes in horseshoes; also describes anvil hole used for punching Punch shaped steel tool for making holes in metal Reins the handles of blacksmith's tongs Rivet (n.) metal pin passing through holes with a head formed on ends Rivet (v.)  to fasten parts together with a rivet Scale oxide on surface of metal after heating Scarf (n.)  metal notched as a preparation for welding Scarf ( v.)  to notch; to unite by a scarf joint Set tool to be hit with a hammer Shaft length of bar or a handle for a tool Shears lever‐operated tool for cutting metal Shoulder 

  ‐ 119 ‐

angle forged in metal resembling human shoulder Snap tool for forming rivet heads Soften to remove hardness by heat treatment Steel combination of iron and carbon Stocks supporting framework Strike to hit with a hammer Swage shaped top or bottom tool, usually with half‐round groove, to form metal Swage block heavy cast‐iron block with shaped holes and grooves Tang projecting point by which a blade is held firm in handle Temper to reduce the degree of hardness by heat treatment Tenon end of bar drawn‐down to a square or rectangular section Tommy‐bar short bar for use with box‐spanner Tongs pincers for holding metal during forging and other operations Tuyere pipe to conduct air blast to fire Upset to make metal shorter and thicker Vernier small  movable  graduated  scale  for  indicating  parts  of  divisions  on  a  graduated instrument Vice device with two jaws that is fixed to a bench to hold workpieces Weld in blacksmithing, to join metals by heat and pressure or by fusion 

 

 

 

 

 

 

  ‐ 120 ‐