Кованое железо
Стали |
---|
![]() |
Фазы |
Микроструктуры |
Классы |
Другие железные материалы |
Кованое железо - это железный сплав с очень низким содержанием углерода (менее 0,05%) в отличие от чугуна (от 2,1%до 4,5%). Это полусвязанная масса железа с волокнистых шлаков включениями (до 2% по весу), которая придает ему деревянное «зерно», которое видно, когда оно протяжено, ржавеет или склоняется к отказу . Кованое железо является жестким, податливым, пластичным , коррозионным устойчивым и легко сварным , но его труднее сварки электрически.
До разработки эффективных методов создания стали и доступности большого количества стали кованое железо стало наиболее распространенной формой податливого железа. Ему дали название, которое было сделано, потому что оно было забито, катировано или иным образом работало, пока достаточно горячо, чтобы выгнать расплавленного шлака. Современным функциональным эквивалентом кованого железа является мягкая сталь , также называемая низкоуглеродной сталью. Ни кованый железо, ни мягкая сталь не содержат достаточно углерода, чтобы быть затвердевшим нагреванием и гашением. [ 1 ] : 145 [ неудачная проверка ]
Кованое железо очень утончено, с небольшим количеством силикатного шлака, вылеченного в волокнах. Он содержит около 99,4% железа по массе. [ 2 ] Присутствие шлака может быть полезным для операций кузнечного дела, таких как сварка для формирования, поскольку включения силиката действуют как поток и придают материалу уникальную, волокнистую структуру. [ 3 ] Силикатные нити в шлаке также защищают железо от коррозии и уменьшают влияние усталости, вызванной шоком и вибрацией. [ 4 ]
Исторически, скромное количество кованого железа было усовершенствовано в сталь , которая использовалась в основном для производства мечей , столовых приборов , долотов , осей и других инструментов с заканчиванием, а также пружин и файлов. Спрос на кованое железо достигло своего пика в 1860 -х годах, пользуясь высоким спросом на военные корабли и железные дороги . Однако, поскольку такие свойства, как хрупкость мягкой стали, улучшились с лучшей железной металлургией , и поскольку сталь стала дешевле, благодаря процессу Bessemer и процессу Siemens -Martin , использование кованого железа снизилось.
Многие предметы, прежде чем они стали изготовлены из мягкой стали , были изготовлены из кованого железа, включая заклепки , гвозди , проволоки , цепи , рельсы , железнодорожные муфты , воду и паровые трубы , гайки , болты , подковы , поручения , фургоны, ремешки. Для лесных ферм и декоративных железных работ , среди многих других вещей. [ 5 ] [ Примечание 1 ]
Кованое железо больше не производится в коммерческом масштабе. Многие продукты, описанные как кованое железо, такие как охраняющие рельсы , садовая мебель , [ 6 ] и ворота изготовлены из мягкой стали. [ 7 ] Они описываются как «кованые железные» только потому, что они были сделаны, чтобы напоминать объекты, которые в прошлом были сделаны (сработали) вручную кузнецом ( хотя многие декоративные железные объекты, включая заборы и ворота, часто были отбрасываны, а не вытягивали) Полем [ 7 ]
Терминология
[ редактировать ]Слово «кованое» - это архаичное причастие в прошлом глагола «для работы», и поэтому «кованое железо» буквально означает «сработочное железо». [ 8 ] Кованое железо является общим термином для товара, но также используется более конкретно для готовых железных товаров, изготовленных кузнецом . Он использовался в этом более узком смысле в британских таможенных записях, такое изготовленное железо было более высоким уровнем пошлины, чем то, что можно назвать «неразрушенным» железом. Чугун , в отличие от кованого железа, хрупкий и не может быть проработан ни горячим, ни холодным.
В 17, 18 и 19 веках кованое железо проходило широкий спектр терминов в соответствии с его формой, происхождением или качеством.
В то время как процесс Bloomery производил кованое железо непосредственно из руды, чугун или свиноводство было начальным материалом, используемым в промышленной кузнице и печи для лужа . Свинцовая железа и чугун имеют более высокое содержание углерода, чем кованое железо, но имеют более низкую температуру плавления, чем железо или сталь. В отличие и особенно свиноводство есть избыточный шлак, который должен быть, по крайней мере, частично удален для производства качественного кованого железа. В литейных заводах было распространено смешивание лома из кованого железа с чугуном, чтобы улучшить физические свойства отливок.
В течение нескольких лет после введения Bessemer и Open Hearth Steel были разные мнения относительно того, что дифференцировало железо от стали; Некоторые полагали, что это химическая композиция и другие, что это было достаточно, нагревалось ли железо, чтобы растопить и «слиться». В конечном итоге слияние стало общепринятым как относительно более важным, чем состав ниже данной низкой концентрации углерода. [ 9 ] : 32–39 Другое отличие состоит в том, что сталь может быть закалена тепловой обработкой .
Исторически кованое железо было известно как «коммерчески чистое железо»; [ 10 ] [ 11 ] Тем не менее, он больше не соответствует, потому что текущие стандарты для коммерчески чистого железа требуют содержания углерода менее 0,008 мас.% . [ 12 ] [ 13 ]
Типы и формы
[ редактировать ]Железное - общий термин, иногда используемый для отличия его от чугуна. Это эквивалент слитка листового металла, в удобной форме для обработки, хранения, доставки и дальнейшей работы в готовый продукт.
Барсы были обычным продуктом прочевой кузницы , но не обязательно сделаны этим процессом:
- Железо стержня - отрезок от плоского железа в срезанной мельнице обеспечило сырье для шипов и гвоздей.
- Обручанный железо, подлежащий обручам бочек, сделанный прохождением железо с желудками через вращающиеся умирания.
- Железо пластина - листы, подходящие для использования в качестве котловой пластины.
- Blackplate - листы, возможно, тоньше, чем пластинчатое железо, от черной кастой стадии производства оловянной пластины .
- Voyage Iron - ровный железо, сделанный или нарезанный в барах определенного веса, товар для продажи в Африке для атлантической работорговли . Количество баров на тонну постепенно увеличивалось с 70 на тонну в 1660 -х годах до 75–80 на тонну в 1685 году и «почти 92 до тонны» в 1731 году. [ 14 ] : 163–172
Источник
[ редактировать ]- Угровое железо - до конца 18 -го века кованое железо было выплачено из руды с использованием древесного угля, процессом Bloomery . Кованое железо было также получено из свиноводства с использованием наносительной кузницы или в лакаширском очаге . Полученный металл был сильно варьирующим, как в химии, так и в содержании шлака.
- Железо пудило - процесс лужа был первым крупномасштабным процессом для производства кованого железа. В процессе пудинга свиноводное железо утончено в реверберационной печи, чтобы предотвратить загрязнение железа от серы в угле или кокс. Железо расплавленной свиньи перемешивается вручную, обнажая железо на атмосферный кислород, который декарбурзует железо. Когда железо перемешивают, шарики кованого железа собирают в шарики с помощью перемешивания (сбродя рука или стержень), а они периодически удаляются луж. Пудинг был запатентован в 1784 году и стал широко использованным после 1800 года. К 1876 году ежегодное производство железа пудинок только в Великобритании составило более 4 миллионов тонн. Примерно в это же время печь с открытым очагом смогла производить сталь подходящего качества для конструктивных целей, а производство кованого железа пришло в упадок.
- Железо в руде - особенно чистый сорт железа, сделанный в конечном итоге из железной руды из шахты Даннеморы в Швеции . Его наиболее важным использованием было сырье для цементационного процесса создания стали.
- Железо с темностями - индивидуально импортируется в Великобританию из Гданьска , но в 18 -м веке, скорее всего, из -за того, что железо (из восточной Швеции), которое когда -то пришло из Гданьска.
- Лесное железо - Айрон из английского леса декана , где гематитовая руда позволила произвести жесткое железо.
- Lukes Iron - железо, импортируемый от Liège , чье голландское имя - «Луик». [ 15 ]
- Эймс Железо или Амис Железо - еще одно разнообразие железа, импортируемого в Англию из Северной Европы. Предполагается, что его происхождение - это Amiens , но, похоже, оно было импортировано из Фландрии в 15 -м веке и Голландии позже, что указывает на происхождение в долине Рейнс . Его происхождение остается спорным. [ 15 ]
- Железо в ботольфом или железо буулла - от байтоу (польская померания ) или байтома (польская силезия ). [ 15 ]
- ЗАБОВОЕ ЖЕЛЕЗ (или Старый Соболь) - Айрон с признаком ( соболя ) семейства Российских Демидова Железных Мастеров , одного из лучших брендов российского железа . [ 16 ]
Качество
[ редактировать ]- Жесткий железо
- Также написано «Таф», не является хрупким и достаточно сильным, чтобы их можно было использовать для инструментов.
- Смесь железа
- Сделано с использованием смесью различных типов свиноводного железа .
- Лучший железо
- Железо прошло через несколько этапов накапливания и катания, чтобы достичь сцены, рассматриваемой (в 19 веке) как наилучшее качество.
- Отмеченная барная железа
- Сделано членами маркированной ассоциации бар и отмеченной маркой производителя как признак ее качества. [ 17 ]
Дефекты
[ редактировать ]Кованое железо является формой коммерческого железа, содержащего менее 0,10% углерода, менее 0,25% от примесей общей серы, фосфора, кремния и марганца и менее 2% шлака по весу. [ 18 ] [ 19 ]
Кованое железо является красным или горячим коротким, если он содержит серу в избыточном количестве. У него достаточно упорства, когда холодно, но трескается, когда он согнут или закончится на красной жаре. [ 5 ] : 7 Горячий короткий железо считался некриптимированным. [ 1 ]
Холодное короткое железо, также известное как ColdShear , Colshire , содержит чрезмерный фосфор. Это очень хрупко, когда холодно и трескается, если он согнут. [ 5 ] : 7, 215 Это может, однако, работать при высокой температуре. Исторически, ColdShort Iron считалось достаточным для гвоздей .
Фосфор не обязательно вреден для железа. Древние ближневосточные Смиты не добавили лайма в свои печи. Отсутствие оксида кальция в шлаке и преднамеренное использование древесины с высоким содержанием фосфора во время плавки вызывает более высокое содержание фосфора (обычно <0,3%), чем в современном железе (<0,02–0,03%). [ 1 ] [ 20 ] Анализ железного столба Дели дает 0,11% в железе. [ 1 ] : 69 Включенный шлак в кованом железе также придает коррозионную стойкость.
Античная музыкальная проволока , изготовленная в то время, когда было обнаружено, что углеродные стеги, производимые массой, имеют низкий углерод и высокий фосфор; Железо с высоким содержанием фосфора, обычно вызывая хрупкость при простуде, легко втягивалось в музыкальные провода. [ 21 ] Хотя в то время фосфор не был легко идентифицированным компонентом железа, было предположено, что тип железа был отклонен для преобразования в сталь, но преуспел при тестировании на способность рисования. [ 21 ]
История
[ редактировать ]Китай
[ редактировать ]Во время династии Хань (202 г. до н.э.-220 г. н.э.) новые процессы плавки железа привели к изготовлению новых кованых железных орудий для использования в сельском хозяйстве, таких как мульти трубопроводная бурина и железная плуга . [ 22 ] В дополнение к случайным комка из кованого железа с низким содержанием углерода, производимого из чрезмерного впрыскиваемого воздуха в древних китайских печи купола . Древние китайцы создали кованое железо, используя проговочную кузницу, по крайней мере, к 2 -м веку до нашей эры, самые ранние образцы литой и свиноводства, оштрафованные на кованое железо и сталь , найденные в раннем участке династии Хань в Тизхенгуо. [ 23 ] [ 24 ] : 186 Пиготт предполагает, что прочевая кузница существовала в предыдущий период враждующих государств (403–221 гг. До н.э.), из -за того, что из Китая есть кованые железные изделия, датируемые этим периодом, и нет документированных доказательств того, что Bloomery когда -либо используется в Китае Полем [ 24 ] : 186–187 Процесс штрафа включал в себя ликвидацию чугуна в штрафном очаге и удаление углерода из расплавленного чугуна посредством окисления . [ 24 ] : 186 оштрафованы на очага Вагнер пишет , что в дополнение к очагам династии Хань, которые, как полагают , Даосский текст Taiping Jing . [ 25 ]
Западный мир
[ редактировать ]
Кованое железо использовалось на протяжении многих веков и является «железом», которое упоминается на протяжении всей западной истории. Другая форма железа, чугун , использовалась в Китае с древних времен, но не была введена в Западную Европу до 15 -го века; Даже тогда, из -за своей хрупкости, его можно использовать только для ограниченного числа целей. На протяжении большей части средневековья железо производилось путем прямого сокращения руды в расцвете вручную , хотя водоснабжение начала работать до 1104 года. [ 26 ]
Сырье, полученное всеми косвенными процессами, - это свиноводное железо. Он имеет высокое содержание углерода, и, как следствие, он хрупкий и не может использоваться для изготовления аппаратного обеспечения. Процесс Осмонд был первым из косвенных процессов, разработанных 1203, но производство Bloomery продолжалось во многих местах. Процесс зависел от разработки бласточной печи, из которой были обнаружены средневековые примеры в Лапфиттане , Швеция и в Германии .
Процессы Bloomery и Osmond были постепенно заменены с 15 -го века процессами , из которых было две версии, немецкий и валлон. Они, в свою очередь, были заменены с конца 18 -го века пудлингом , с некоторыми вариантами, такими как шведский процесс Ланкашира . Они тоже теперь устарели, и кованое железо больше не производится в коммерческих целях.
Bloomery Process
[ редактировать ]Кованое железо было первоначально произведено различными процессами плавки, все описаны сегодня как «цветущие». Различные формы Bloomery использовались в разных местах и времени. Блумери было предъявлено обвинение в угле и железной руде, а затем зажжен. Воздух был взорван через Tuyere, чтобы нагреть цветение до температуры, несколько ниже температуры плавления железа. В ходе падения шлак растопит и заканчивается, а угарный газ из углевого угля из угля уменьшит руду до железа, которая образовала губчатую массу (называемую «цветение»), содержащее железо, а также расплавленные силикатные минералы (шлак) руда. Железо оставалось в твердом состоянии. Если бы цветение было позволено стать достаточно горячим, чтобы растопить железо, углерод растворился бы в него и образовал свинью или чугун, но это не было намерением. Тем не менее, дизайн цветения затрудняла достижение температуры плавления железа, а также предотвратила высокую концентрацию угарного газа. [ 1 ] : 46–57
После того, как плавка была завершена, цветение было удалено, а затем процесс можно было запустить снова. Таким образом, это был пакетный процесс, а не непрерывный, такой как взрывная печь. Блум должен был быть создан механически, чтобы консолидировать его и сформировать его в стержень, исключая шлак в процессе. [ 1 ] : 62–66
В течение среднего века водяная сила была применена к процессу, вероятно, изначально для питания сильфонов, и только позже к молотке для формирования цветов. Тем не менее, хотя наверняка была использована водная мощность, детали остаются неопределенными. [ 1 ] : 75–76 Это была кульминацией прямого процесса железного производства. Он выжил в Испании и южной части Франции в качестве каталонских подходов до середины 19 -го века, в Австрии , как Stuckofen до 1775 года, [ 1 ] : 100–101 и около Гарстанг в Англии примерно до 1770 года; [ 27 ] [ 28 ] Он все еще использовался с горячим взрывом в Нью -Йорке в 1880 -х годах. [ 29 ] В Японии последний из старых цветущих цветов Татара , используемых при производстве традиционной тамахаганской стали, в основном используемой в создании мечей, был погашен только в 1925 году, хотя в конце 20 -го века производство возобновилось в низком уровне, чтобы поставить сталь ремесленным производителям мечей.
Осмонд процесс
[ редактировать ]Осмонд Железо состоял из шариков кованого железа, производимых таянием свиноводства и ловли капли на персонале, который был развернут перед взрывом воздуха, чтобы как можно больше его обнародовать, и окисляло его содержание углерода Полем [ 30 ] Результирующий мяч часто вылетел в барной железе в молотке.
Процесс накапливания
[ редактировать ]В 15 -м веке взрывная печь распространилась на то, что сейчас является Бельгией , где она была улучшена. Оттуда он распространился через Pays de Bray на границе Нормандии , а затем в Weald в Англии. С ним распространилась прочевая кузница. Они переворачивали свиноводное железо и (по сути) сгорели углерод, производя цвет, который затем был подкреплен в железо. Если потребовалось железо с помощью железа, была использована зарезанная мельница.
Процесс наряда существовал в двух немного разных формах. В Великобритании, Франции и в некоторых частях Швеции только валлонный процесс использовался . В этом использовался два разных очага, очаг накапливания для завершения железа и очагового очага для разогрева его в ходе вытягивания цветения в бар. Процесс всегда сжигал уголь, но хафери можно было уволить с помощью минерального угля , поскольку его примеси не нанесут вреда железу, когда он был в твердом состоянии. С другой стороны, немецкий процесс, используемый в Германии, России и большинстве Швеции, использовал один очаг для всех этапов. [ 31 ]
Внедрение кокса для использования в бластерной печи Авраамом Дарби в 1709 году (или, возможно, других немного ранее) изначально оказало незначительное влияние на производство кованого железа. Только в 1750 -х годах железо, используемое коксовой свиньей, использовавшейся в каких -либо значительных масштабах в качестве сырья финальных кузников. Тем не менее, уголь продолжал оставаться топливом для наряда.
Горшок и штамповка
[ редактировать ]С конца 1750 -х годов Ironmasters начали разрабатывать процессы для изготовления железо барного бара без древесного угля. Для этого было несколько запатентованных процессов, которые сегодня называются горшкой и штамповками . Самые ранние были разработаны Джоном Вудом из Уэндсбери и его братом Чарльзом Вудом из Лоу -Милл в Эгремонте , запатентованных в 1763 году. [ 32 ] : 723–724 Другой был разработан для компании Coalbrookdale компанией Cranage Brothers . [ 33 ] Другим важным был Джон Райт и Джозеф Джессон из Западного Бромвича . [ 32 ] : 725–726
Процесс пудинга
[ редактировать ]
Был разработан ряд процессов изготовления кованого железа без древесного угля, когда промышленная революция началась во второй половине 18 -го века. Самым успешным из них было пудинг, используя пудительную печь (разнообразие реверберационной печи ), которая была изобретена Генри Кортом в 1784 году. [ 34 ] Позже это было улучшено другими, включая Джозефа Холла , который был первым, кто добавил оксид железа к заряду. В этом типе печи металл не вступает в контакт с топливом, и поэтому не загрязнен его примесями. Тепло продуктов сгорания проходит по поверхности лужи, а крыша печи отражает (отражает) огонь на металлическую лужу на огненном мосту печи.
Если используемое сырье не является белым чугуном, свиноводной железо или другого сырого продукта пудинга сначала пришлось усовершенствовать в рафинированном железе или металле. Это будет сделано на нефтеперерабатывающем заводе, где сырой уголь использовался для удаления кремния и преобразования углерода в сырье, обнаруженного в виде графита, в комбинацию с железом, называемым цементом.
В полностью разработанном процессе (из зала) этот металл был помещен в очаг пудковой печи, где он был растоплен. Очарование было выровнено окисливами агентами, такими как гематит и оксид железа. [ 35 ] Смесь подвергали сильному току воздуха и перемешивали длинными стержнями, называемыми пудительными стержнями или Rabble, [ 36 ] : 165 [ 37 ] через рабочие двери. [ 38 ] : 236–240 Воздух, перемешивание и «кипящий» действие металла помогли окисливающим агентам окислить примеси и углерод из свиноводческого железа. По мере того, как примеси окисляются, они образовали расплавленный шлак или дрейфовали в виде газа, в то время как оставшееся железо закреплялось в губчатом кованом железе, которое плыло на вершину лужи и было выломано из расплава в качестве шариков лужи, используя батончики. [ 35 ]
Шлам
[ редактировать ]В шариках лужи оставалось еще немного шлака, поэтому, пока они были еще горячи [ 39 ] Чтобы удалить оставшийся шлак и связку. [ 35 ] Это было достигнуто путем подготовки шариков под молотком или сжимая цветение в машине. Материал, полученный в конце шлинг, известен как цветение. [ 39 ] Цветы не полезны в этой форме, поэтому они были свернуты в конечный продукт.
Иногда европейские железные заводы полностью пропускали процесс ожога и катят шарики лужи. Единственным недостатком этого является то, что края грубых стержней были не так хорошо сжаты. Когда грубый батончик был разогрет, края могут отделиться и быть потеряны в печи. [ 39 ]
Прокатывание
[ редактировать ]Цветение проходило через ролики и для производства баров. Бары кованого железа были низкого качества, называемых мак -барами [ 39 ] [ 36 ] : 137 или батончики. [ 35 ] Чтобы улучшить их качество, батончики были разрезаны, сложены и связаны проводами, процессом, известным как Faggoting или накапливание. [ 39 ] Затем их разогревали в сварку, кузница сварена и снова катились в батончики. Процесс можно повторить несколько раз, чтобы производить кованое железо желаемого качества. Кованое железо, которое было катировано несколько раз, называется торговым баром или торговым железом. [ 37 ] [ 40 ]
Ланкашир процесс
[ редактировать ]Преимущество лужи заключалось в том, что он использовал уголь, а не уголь в качестве топлива. Тем не менее, это было мало преимуществ в Швеции, в котором не было угля. Густаф Экман наблюдал заканчивания углем в Ульверстоне , которые сильно отличались от любого в Швеции. После своего возвращения в Швецию в 1830 -х годах он экспериментировал и разработал процесс, похожий на пудлин, но использовал дрова и уголь, который был широко принят в Бергслагене в последующие десятилетия. [ 41 ] [ 14 ] : 282–285
Aston Process
[ редактировать ]В 1925 году Джеймс Астон из Соединенных Штатов разработал процесс производства кованого железа быстро и экономически. Он включал в себя получение расплавленной стали из конвертера Bessemer и залитие ее в более холодный жидкий шлак. Температура стали составляет около 1500 ° C, а жидкий шлак поддерживается примерно на 1200 ° C. Расплавленная сталь содержит большое количество растворенных газов, поэтому, когда жидкая сталь попадает в более холодильные поверхности жидкого шлака, газы были освобождены. Затем расплавленная сталь замерзла, чтобы дать губчатую массу, имеющую температуру около 1370 ° C. [ 35 ] Тогда губчатая месса будет завершена, будучи из -за того, что ее выквало и катится , как описано при лужах (выше). Три -четыре тонны могут быть преобразованы на партию с помощью метода. [ 35 ]
Отклонить
[ редактировать ]Сталь начал заменять железо для железнодорожных рельсов, как только был принят процесс Bessemer для его производства (1865 год). Железо оставалось доминирующим для структурных применений до 1880-х годов, из-за проблем со хрупкой сталью, вызванными внедренным азотом, высоким содержанием углерода, избыточным фосфором или чрезмерной температурой во время или слишком ступенчатой прокатывании. [ 9 ] : 144–151 [ Примечание 2 ] К 1890 году сталь в основном заменила железо для структурных применений.
Листовое железо (ARMCO 99,97% чистого железа) обладал хорошими свойствами для использования в приборах, хорошо подходил для эмалирования и сварки, а также устойчива к ржавчине. [ 9 ] : 242
В 1960-х годах цена производства стали упала из-за переработки, и даже использование процесса Aston, производство кованого железа было трудоемким. Было подсчитано, что производство кованого железа примерно в два раза дороже, чем у низкоуглеродной стали. [ 7 ] В Соединенных Штатах последний завод закрылся в 1969 году. [ 7 ] Последним в мире была Атлас-Фордж Томаса Уолмсли и сыновей в Болтоне , Великобритания, которая была закрыта в 1973 году. Его оборудование эпохи 1860-х годов было перенесено на Блистс-Хилл место в музее ущельщика Морсбридж в для сохранения. [ 42 ] Некоторое кованое железо все еще производится в целях восстановления наследия, но только путем утилизации лома.
Характеристики
[ редактировать ]
Включения или стрингеры в кованом железе дают ему свойства, не найденные в других формах железного металла. Существует приблизительно 250 000 включений на квадратный дюйм. [ 7 ] Свежий перелом показывает прозрачный голубоватый цвет с высоким шелковистым блеском и волокнистым внешним видом.
У кованого железа не хватает содержания углерода, необходимого для упрочнения путем термообработки , но в районах, где сталь была необычна или неизвестна, инструменты иногда были холодными (отсюда и холодным железом ), чтобы затвердеть их. [ Цитация необходима ] Преимущество его низкого содержания углерода заключается в его превосходной сварке. [ 7 ] Кроме того, листовой кованый железо не может сгибаться столько же, сколько стальной листовой металл, когда холод работает. [ 43 ] [ 44 ] Кованое железо может быть растоплено и разбросано; Тем не менее, продукт больше не является кованым железом, так как стрингеры шлака, характерные для кованого железа, исчезают при таянии, поэтому продукт напоминает нечистую, ливую, стальную сталь. Не существует инженерного преимущества для плавления и литья кованого железа, по сравнению с использованием чугуна или стали, оба из которых дешевле. [ 45 ] [ 46 ]
Из -за изменений в производстве железной руды и изготовления железа кованое железо может быть худшим или превосходным в коррозионной устойчивостью, по сравнению с другими железными сплавами. [ 7 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] Есть много механизмов, стоящих за его коррозионной стойкостью. Чилтон и Эванс обнаружили, что диапазоны обогащения никеля уменьшают коррозию. [ 50 ] Они также обнаружили, что в пудре, кованом и сложенном железе работа металла распространяет медные, никелевые и оловянные примеси, которые производят электрохимические условия, которые замедляют коррозию. [ 48 ] Было показано, что включения шлака рассеивают коррозию до ровной пленки, что позволяет железу противостоять ячеек. [ 7 ] Другое исследование показало, что включения шлака - это пути к коррозии. [ 51 ] Другие исследования показывают, что сера в кованом железе снижает коррозионную устойчивость, [ 49 ] в то время как фосфор увеличивает коррозионную стойкость. [ 52 ] Хлоридные ионы также снижают коррозионную устойчивость кованого железа. [ 49 ]
Кованое железо может быть сварено так же, как и мягкая сталь, но наличие оксида или включений даст дефектные результаты. [ 53 ] Материал имеет шероховатую поверхность, поэтому он может удерживать налаженности и покрытия лучше, чем гладкая сталь. Например, гальваническая цинк, применяемая к кованому железу, составляет примерно на 25–40% толще, чем та же отделка на стали. [ 7 ] В таблице 1 химический состав кованого железа сравнивается с композицией свиноводного железа и углеродистой стали . Хотя кажется, что кованое железо и простая углеродистая сталь имеют сходные химические композиции, это обманчиво. Большая часть марганца, серы, фосфора и кремния в кованом железе включается в волокна шлака, что делает кованое железо чиче, чем простая углеродистая сталь. [ 39 ]
Материал | Железо | Углерод | Марганец | Сера | Фосфор | Кремний |
---|---|---|---|---|---|---|
Свинья железа | 91–94 | 3.5–4.5 | 0.5–2.5 | 0.018–0.1 | 0.03–0.1 | 0.25–3.5 |
Углеродистая сталь | 98.1–99.5 | 0.07–1.3 | 0.3–1.0 | 0.02–0.06 | 0.002–0.1 | 0.005–0.5 |
Кованое железо | 99–99.8 | 0.05–0.25 | 0.01–0.1 | 0.02–0.1 | 0.05–0.2 | 0.02–0.2 |
Все подразделения - процент веса. Источник: [ 39 ] |
Свойство | Ценить |
---|---|
Конечная прочность на растяжение [PSI (MPA)] [ 54 ] | 34,000–54,000 (234–372) |
Конечная прочность сжатия [PSI (MPA)] [ 54 ] | 34,000–54,000 (234–372) |
Конечная сила сдвига [PSI (MPA)] [ 54 ] | 28,000–45,000 (193–310) |
Точка урожайности [PSI (MPA)] [ 54 ] | 23,000–32,000 (159–221) |
Модуль эластичности (в растяжении) [PSI (MPA)] [ 54 ] | 28,000,000 (193,100) |
Температура плавления [° F (° C)] [ 55 ] | 2,800 (1,540) |
Удельная гравитация | 7.6–7.9 [ 56 ] |
7.5–7.8 [ 57 ] |
Среди других его свойств кованое железо становится мягким при красном тепле и может быть легко подделана и вылетела . [ 58 ] Его можно использовать для формирования временных магнитов , но его нельзя намагничить навсегда, [ 59 ] [ 60 ] и является пластичным , податливым и жестким . [ 39 ]
Пластичность
[ редактировать ]Для большинства целей пластичность, а не прочность на растяжение является более важной мерой качества кованого железа. При испытаниях на растяжение лучшие утюги могут пройти значительное удлинение до неудачи. Более высокое растягивающее кованое железо хрупкое.
Из -за большого количества взрывов котла на пароходах в начале 1800 -х годов Конгресс США принял закон в 1830 году, в котором одобрили средства для исправления проблемы. Казначейство заключило контракт на институт Франклина в размере 1500 долларов США на проведение исследования. В рамках исследования Уолтер Р. Джонсон и Бенджамин Ривз провели тесты на прочность на котлом железо, используя тестер, который они построили в 1832 году на основе дизайна Lagerhjelm в Швеции. Из -за недоразумений в отношении прочности и пластичности растягивания их работа мало что сделала для уменьшения неудач. [ 5 ]
Важность пластичности была признана очень рано в разработке трубных котлов, о чем свидетельствует комментарий Терстона:
Если бы сделано из такого хорошего железа, как утверждали, что создатели, которые вложили в них, «что работало как лидерство», - они, как также утверждали, когда разорвались, открывались, разрывая и разряжали свое содержимое, не создавая обычные катастрофические последствия взрыва котла. Полем [ 61 ]
Различные исследования взрывов котлов 19 -го века, особенно страховых компаний, обнаружили, что причины чаще всего являются результатом эксплуатации котлов выше диапазона безопасного давления, либо для получения большей энергии, либо из -за дефектных клапанов рельефа давления котла и трудностей получения надежных Показания давления и уровня воды. Плохое изготовление также была общей проблемой. [ 62 ] Кроме того, толщина железа в паровых барабанах была низкой по современным стандартам.
К концу 19 -го века, когда металлурги смогли лучше понять, какие свойства и процессы сделали хорошим железом, железо в паровых двигателях вытеснялось сталью. Кроме того, старые цилиндрические котлы с пожарными трубками смещали с помощью водяных трубных котлов, которые по своей природе безопаснее. [ 62 ]
Чистота
[ редактировать ]В 2010 году Джерри Макдоннелл [ 63 ] Продемонстрировано в Англии анализом, что цветение кованого железа, из традиционного плавки, может быть обработано на 99,7% чистого железа без каких -либо признаков углерода. Было обнаружено, что стрингеры, общие для других коренных утюгов, не присутствовали, что делает его очень податливым, чтобы Смит мог работать горячим и холодным. Доступен коммерческий источник чистого железа и используется Smiths в качестве альтернативы традиционным кованым железам и другим новым генеральным металлам.
Приложения
[ редактировать ]Мебель из кованого железа имеет долгую историю, начиная с римских времен. в Лондоне есть кованые ворота кованого железа В Вестминстерском аббатстве в Вестминстерском аббатстве , и мебель из кованого железа, казалось, достигла своей пиковой популярности в Британии в 17 веке, во время правления Уильяма III и Мэри II . [ Цитация необходима ] Тем не менее, чугун и более дешевая сталь вызвало постепенное снижение производства кованого железа; Последний кованый железный завод в Британии закрылся в 1974 году.
Он также используется для изготовления предметов домашнего декора, таких как пекарские стойки , винные стойки , стойки для горшков , этигеры , столовые базы, столы, ворота, кровати, держатели свечей, штуковые стержни, бары и барные стулья.
Подавляющее большинство кованого железа, доступного сегодня, происходит от мелиорированных материалов. Старые мосты и якорные цепочки, выпущенные из гаваней, являются основными источниками. [ Цитация необходима ] Большая коррозионная стойкость кованого железа обусловлена кремнистыми примесями (естественным образом встречается в железной руде), а именно к силикату железа . [ 64 ]
Кованое железо использовалось на протяжении десятилетий в качестве общего термина для ворот и отрасли фехтования , хотя мягкая сталь используется для производства этих ворот «кованого железа». [ 65 ] Это в основном из -за ограниченной доступности истинного кованого железа. Сталь также может быть оцинкованной оцинкованной дип, чтобы предотвратить коррозию, которая не может быть сделана с помощью кованого железа.
Смотрите также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Некоторые, но не все эти предметы упоминаются в Гордоне, RB (1996) [ 5 ]
- ^ Из Misa, TJ (1995): [ 9 ] «Проблемы с качеством с Rails дали Bessemer Steel такую плохую репутацию, что инженеры и архитекторы отказались указать ее для структурных применений. Open Hearth Steel имела лучшую репутацию и перемещенные конструкционные железы к 1889 году ...»
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Tylecote, RF (1992). История металлургии (второе изд.). Лондон: Maney Publishing, для Института материалов. ISBN 978-0901462886 .
- ^ «Кованое железо - свойства, приложения» . Azom.com . Азонет. 13 августа 2013 года . Получено 27 октября 2019 года .
- ^ Алекс Уолтер (31 октября 2018 года). "Что такое кованое железо?" Полем Механический сайт . Архивировано с оригинала 27 октября 2019 года . Получено 27 октября 2019 года .
- ^ "Что такое кованое железо?" Полем Iron Gates N Railings Ltd. 2017. Архивировано из оригинала 7 февраля 2023 года . Получено 27 октября 2019 года .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Гордон, Роберт Б. (1996). Американское железо 1607–1900 . Балтимор и Лондон: издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN 0-8018-6816-5 .
- ^ «Кованое железо: мечта мебели для внутреннего дворика» . CNET Reviews . Архивировано из оригинала 23 января 2010 года . Получено 29 сентября 2009 года .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Даниэль, Тодд. «Очистить путаницу над кованым железом» . Производитель . № ноябрь/декабрь 1993 года. Nomma. п. 38. Архивировано из оригинала 2020-11-24 . Получено 2019-10-27 .
- ^ "Кова" . Словарь Мерриама Вебстера: самый надежный онлайн-словарь Америки . Мерриам-Уэбстер . Получено 27 ноября 2020 года .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Миса, Томас Дж. (1995). Нация стали: создание современной Америки, 1865–1925 . Балтимор: издательство Джона Хопкинса. ISBN 9780801849671 .
- ^ Имхофф, Уоллес Г. (1917). «Печата лужа в виде взрывной печи железной руды» . Журнал Кливлендского инженерного общества . 9 (621,76): 332.
- ^ Скофферн, Джон (1869). Полезные металлы и их сплавы (5 -е изд.). Хоулстон и Райт. п. 6
- ^ Макартур, Хью; Spalding, Duncan (2004). Инженерная материаловая наука: свойства, использование, деградация и исправление . Horwood Publishing. п. 338. ISBN 978-1-898563-11-2 .
- ^ Кэмпбелл, Флейк С. (2008). Элементы металлургии и инженерных сплавов . ASM International. п. 154. ISBN 978-0-87170-867-0 .
- ^ Jump up to: а беременный Эванс, C.; Rydén, G. (2007). Балтийское железо в атлантическом мире в восемнадцатом веке . Бостон, Массачусетс: Брилл. ISBN 9789004161535 .
- ^ Jump up to: а беременный в Чайлдс, WR (1981). «Торговля железом Англии в пятнадцатом веке». Обзор экономической истории . 2 -й С. 25–47.
- ^ Кахан А. (1985). Плуг, молоток и конник: экономическая история России восемнадцатого века . Университет Чикагской Прессы. ISBN 9780226422534 .
- ^ Баранина, Норман (1976). «Ассоциация маркировки: регулирование цен в торговле из кованого железа в черной стране». Уэст -Мидлендские исследования (9 -е изд.). С. 2–8.
- ^ Baumeister; Аваллоне; Baumeister (1978). Стандартный справочник Marks для инженеров -механиков (8 -е изд.). МакГроу Хилл. с. 6–18, 17. ISBN 978-0-07-004123-3 .
- ^ "Кованое железо". Encyclopædia Britannica (2009 Deluxe Ed.). Чикаго. 2009
{{cite encyclopedia}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ «Влияние фосфора на свойства углеродных сталей: часть 1» . Общая материя . Октябрь 2007 г. Получено 27 октября 2019 года .
- ^ Jump up to: а беременный Гудвей, Марта (май 1987). «Фосфор в антикварной железной музыкальной проволоке». Наука . 236 (4804): 927–932. Bibcode : 1987sci ... 236..927G . doi : 10.1126/science.236.4804.927 . PMID 17812747 . S2CID 45929352 .
- ^ Керр, Гордон (2013). Короткая история Китая . Карманные предметы первой необходимости. ISBN 978-1842439692 .
- ^ Нидхэм, Джозеф (1995). «Часть 3: Спагирическое открытие и изобретение: исторический обзор от киннабарских эликсиров до синтетического инсулина». Наука и цивилизация в Китае . Тол. 5: Химия и химическая технология. Издательство Кембриджского университета. п. 105. ISBN 9780521210287 .
- ^ Jump up to: а беременный в Пиготт, Винсент С. (1999). Археометаллургия азиатского старого мира . Музей археологии Упенна. ISBN 9780924171345 .
- ^ Вагнер, Рудольф Г. (2001). Ремесло китайского комментатора: Ван Би на Лаози . С. 80–83.
- ^ Лукас А. (2006). Ветер, вода, работа: древняя и средневековая технология фрезерования . Лейден Нл и Бостонская месса.: Брилл. С. 251–255, 347.
- ^ Ричард Покок . JJ Cartwright (ред.). Путешествия по Англии ... в 1750 г., 1751 год, а также в более поздние годы . Camden Soc. NS 42, 1888. с. 13
- ^ Льюис, В. (1775). Химическая и минеральная история железа (рукопись в Центральной библиотеке Кардиффа). с. IV, 76.
- ^ Поллард, GC (1998). «Эксперименты в производстве железа 19-го века: доказательства из Адирондаков Нью-Йорка». Историческая металлургия . № 1 (32 -е изд.). С. 33–40.
- ^ HR Schubert, История британской железной и стальной промышленности с 450 г. до н.э. до 1775 года (Routledge и Kegan Paul, Лондон, 1957) , 299–304.
- ^ A. Den Ouden, «Производство кованого железа в исторической металлургии 15 (2) (2) (1981), 63–87 и 16 (1) (1982), 29–32.
- ^ Jump up to: а беременный Мортон, Гр; Барашка, Н. (1967). «Переход к процессу лужа Корта». Журнал Института железа и стали . 205 .
- ^ Хейман Р. (2004). «Братья Cranage и технология кузницы восемнадцатого века». Историческая металлургия . № 2 (28 -е изд.). С. 113–120.
- ^ RA Mott (Ed. P. Singer), Генри Корт, Великий Фина (Общество металлов, Лондон, 1983).
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Раджпут, Р.К. (2000). Инженерные материалы . С. Чанд. п. 223. ISBN 81-219-1960-6 .
- ^ Jump up to: а беременный Гейл, WKV (1971). Железная и сталелитейная промышленность: словарь терминов . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз.
- ^ Jump up to: а беременный Оверман, Фредрик (1854). Производство железа, во всех его различных ветвях . Филадельфия: HC Baird. С. 267, 287, 344.
- ^ Tylecote, RF (1991). «Железо в промышленной революции». Промышленная революция в металлах . Лондон: Институт металлов.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Кэмп, Джеймс Макинтайр; Фрэнсис, Чарльз Блейн (1920). Создание, формирование и обработка стали . Питтсбург: Carnegie Steel Company. С. 173–174. ISBN 1-147-64423-3 .
- ^ Гейл, WKV (1967). Британская железная и сталелитейная промышленность . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз. С. 79–88.
- ^ Rydén, G. (2005). «Ответы на угольные технологии без угля: шведское железо в девятнадцатом веке». В Rydén, G.; Эванс, С. (ред.). Промышленная революция в железе: влияние британских угольных технологий в Европе 19 -го века . Aldershot : Ashgate. С. 121–124.
- ^ Смит, Стюарт Б; Гейл, WKV (1987). «Снова кованое железо: Blists Hill Ironworks официально открылся». Историческая металлургия . № 1 (21 -е изд.). С. 44–45.
- ^ Муж Джозеф; Харби, Уильям (1911). Структурная инженерия . Нью -Йорк: Longmans, Green и Co. p. 21 Получено 22 февраля 2008 года .
- ^ Бирн, Остин Томас (1899). Проверка материалов и изготовления, используемых в строительстве (1 -е изд.). Нью -Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 105 Получено 22 февраля 2008 года .
- ^ Скофферн, Джон (1861). Полезные металлы и их сплавы, в том числе горнодобывающая вентиляция, юриспруденцию добычи полезных ископаемых и металлургическую химию . Лондон: Хоулстон и Райт. п. 328 . Получено 20 февраля 2008 года .
- ^ Адамс, Генри (1891). Справочник для инженеров -механиков (2 -е изд.). Нью -Йорк: E. & FN Spon. п. 29 Получено 20 февраля 2008 года .
- ^ Hudson, JC, 1931–43, Отчеты о полевых испытаниях Комитета по коррозии, Институту железа и стали.
- ^ Jump up to: а беременный «Доктор Дж. Чилтон, 1929–2006» (PDF) . Материальные глаза (весна 2007 изд.). Кафедра материалов и металлургии Кембриджского университета: 4. Архивировано из оригинала (PDF) 1 сентября 2012 года . Получено 29 ноября 2008 года .
- ^ Jump up to: а беременный в Уокер VII, Роберт (апрель 2002 г.). «Производство, микроструктура и свойства кованого железа» (PDF) . Журнал химического образования . 79 (4): 443–447. Bibcode : 2002JCHED..79..443W . doi : 10.1021/ed079p443 . Архивировано (PDF) из оригинала 2007-09-24.
- ^ Chilton & Evens, журнал Института железа и стали, 1955
- ^ Харви Л., Роль включений шлака в коррозии кованого железа, Диссертация Университета Брэдфорда, 1996
- ^ Баласубраманиам Р. (25 января 2003 г.). «Железный столб Дели и его отношение к современным технологиям» (PDF) . Текущая наука . 84 (2): 162–163. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2009 года . Получено 29 ноября 2008 года .
- ^ Пендред, Лох (1945). Ежегодная книга инженера Кемпе (52-е изд.). Лондон: братья Морган. п. 1278. ASIN B0033RUEVW .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д.; Ryffel, Henry H. (2000). МакКоули, Кристофер Дж. (Ред.). Справочник машины (26 -е изд.). Нью -Йорк: Industrial Press, Inc. с. 476. ISBN 0-8311-2666-3 .
- ^ Смит, Кэрролл (1984). Инженер, чтобы выиграть . Motorbooks / MBI Publishing Company. С. 53–54. ISBN 0-87938-186-8 .
- ^ «Твердые тела и металлы - удельная гравитация» . Инженерный набор инструментов . Получено 20 февраля 2008 года .
- ^ Полюс, Уильям (1872). Железо как материал строительства: быть веществом курса лекций, проведенных в Королевской школе военно -морской архитектуры в Южном Кенсингтоне (пересмотрено и расширенное изд.). Лондон: E. & FN Spon. С. 136–137 . Получено 20 февраля 2008 года .
- ^ Рихтер, Виктор фон; Смит, Эдгар Фахс (1885). Учебник неорганической химии (2-е изд.). Филадельфия: P. Blakiston, Son & Co. p. 396 . Получено 21 февраля 2008 года .
- ^ Циклопедия прикладного электричества . Тол. 1. Американское техническое общество. 1916. с. 14 Получено 21 февраля 2008 года .
- ^ Тимби, Уильям Генри; Буш, Ванневар (1922). Принципы электротехники . Нью -Йорк: John Wiley & Sons, Inc. с. 318–319 . Получено 21 февраля 2008 года .
- ^ Терстон, Роберт (1878). «История роста парового двигателя» . п. 165. Архивировано из оригинала 29 июня 1997 года.
- ^ Jump up to: а беременный Хантер, Луи С. (1985). История промышленной власти в Соединенных Штатах, 1730–1930 . Тол. 2: Паровой питание. Шарлоттсвилль: Университетская пресса Вирджинии.
- ^ McDonnell, G (9 сентября 2010 г.). «Металлургический отчет о железном плавлении для серии Master Crafts». Передано (весна 2010 изд.). [ Полная цитата необходима ]
- ^ Промышленная химия . Кришна Пракашан СМИ. 1991. с. 1645. ISBN 8187224991 Полем Получено 22 июля 2019 года .
- ^ «Узнайте о ограждении кованого железа» . Одинокая звезда. 8 апреля 2016 года . Получено 12 июля 2019 года .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Bealer, Alex W. (1995). Искусство кузнеца . Эдисон, Нью -Джерси: Касл книги. С. 28–45. ISBN 0-7858-0395-5 .
- Гордон, Роберт Б. (1996). Американское железо 1607–1900 . Балтимор и Лондон: издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN 0-8018-6816-5 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]СМИ, связанные с кованым железом в Wikimedia Commons