stringtranslate.com

Кованое железо

Различные образцы кованого железа

Кованое железо — это сплав железа с очень низким содержанием углерода (менее 0,05%) по сравнению с чугуном ( 2,1–4,5%). Это полурасплавленная масса железа с волокнистыми включениями шлака (до 2% по весу), которые придают ей древесное «зерно», которое становится заметным при травлении, ржавлении или изгибе до разрушения . Кованое железо прочное, ковкое, пластичное , устойчивое к коррозии и легко поддается ковке и сварке , но его сложнее сваривать электросваркой.

До разработки эффективных методов производства стали и доступности большого количества стали кованое железо было наиболее распространенной формой ковкого железа. Его называли кованым, потому что его ковали, прокатывали или иным образом обрабатывали, пока оно было достаточно горячим, чтобы вытеснять расплавленный шлак. Современным функциональным эквивалентом кованого железа является мягкая сталь , также называемая низкоуглеродистой сталью. Ни кованое железо, ни мягкая сталь не содержат достаточно углерода, чтобы закалить его путем нагрева и закалки. [1] : 145  [ не пройдена проверка ]

Кованое железо является высокоочищенным, с небольшим количеством силикатного шлака, выкованного в волокна. Он содержит около 99,4% железа по массе. [2] Наличие шлака может быть полезным для кузнечных операций, таких как кузнечная сварка, поскольку силикатные включения действуют как флюс и придают материалу его уникальную волокнистую структуру. [3] Силикатные нити в шлаке также защищают железо от коррозии и уменьшают эффект усталости, вызванный ударами и вибрацией. [4]

Исторически скромное количество кованого железа перерабатывалось в сталь , которая в основном использовалась для производства мечей , столовых приборов , долот , топоров и других режущих инструментов, а также пружин и напильников. Спрос на кованое железо достиг своего пика в 1860-х годах, будучи очень востребованным для бронированных военных кораблей и использования на железной дороге . Однако, поскольку такие свойства, как хрупкость мягкой стали, улучшились с улучшением черной металлургии , и поскольку производство стали стало менее затратным благодаря процессу Бессемера и процессу Сименса-Мартена , использование кованого железа сократилось.

Многие предметы, прежде чем их стали делать из мягкой стали , изготавливались из кованого железа, включая заклепки , гвозди , проволоку , цепи , рельсы , железнодорожные сцепки , водопроводные и паровые трубы , гайки , болты , подковы , поручни , покрышки для вагонов, ремни для деревянных стропильных ферм и декоративные изделия из железа , среди прочего. [5] [примечание 1]

Кованое железо больше не производится в коммерческих масштабах. Многие изделия, описываемые как кованое железо, такие как ограждения , садовая мебель [6] и ворота , сделаны из мягкой стали. [7] Их называют «кованым железом» только потому, что они были сделаны так, чтобы напоминать предметы, которые в прошлом были выкованы (обработаны) вручную кузнецом ( хотя многие декоративные железные предметы, включая заборы и ворота, часто были отлиты, а не выкованы). [7]

Терминология

Слово «wrought» является архаичным причастием прошедшего времени глагола «to work», и поэтому «wrought iron» буквально означает «обработанное железо». [8] Кованое железо — это общий термин для обозначения товара, но также используется более конкретно для готовых железных изделий, изготовленных кузнецом . В этом более узком смысле оно использовалось в записях британской таможни , такое изготовленное железо облагалось более высокой пошлиной, чем то, что можно было бы назвать «необработанным» железом. Чугун , в отличие от кованого железа, является хрупким и не может обрабатываться ни в горячем, ни в холодном состоянии.

В XVII, XVIII и XIX веках кованое железо имело множество названий в зависимости от его формы, происхождения или качества.

В то время как кричное производство производило кованое железо непосредственно из руды, чугун или чушковый чугун были исходными материалами, используемыми в кузнице и пудлинговой печи . Чугун и чугун имеют более высокое содержание углерода, чем кованое железо, но имеют более низкую температуру плавления, чем железо или сталь. Литой и особенно чушковый чугун имеют избыточный шлак, который необходимо хотя бы частично удалить для получения качественного кованого железа. На литейных заводах было принято смешивать лом кованого железа с чугуном, чтобы улучшить физические свойства отливок.

В течение нескольких лет после появления бессемеровской и мартеновской стали существовали разные мнения о том, что отличает железо от стали; некоторые считали, что это был химический состав, а другие, что это было связано с тем, достаточно ли нагревалось железо, чтобы расплавиться и «сплавиться». Сплавление в конечном итоге стало общепринятым как относительно более важное, чем состав ниже заданной низкой концентрации углерода. [9] : 32–39  Другое отличие заключается в том, что сталь можно закалять путем термической обработки .

Исторически кованое железо было известно как «коммерчески чистое железо»; [10] [11] однако, оно больше не соответствует этому критерию, поскольку современные стандарты для коммерчески чистого железа требуют содержания углерода менее 0,008 % по весу . [12] [13]

Типы и формы

Прутковый чугун — это общий термин, который иногда используют, чтобы отличить его от чугуна. Это эквивалент слитка литого металла в удобной форме для обработки, хранения, транспортировки и дальнейшей переработки в готовый продукт.

Слитки были обычным продуктом кузницы , но не обязательно были изготовлены этим способом:

Источник

Качество

Крепкое железо
Также пишется как «туф», он не хрупкий и достаточно прочный, чтобы его можно было использовать для изготовления инструментов.
Смесь железа
Изготовлено из смеси различных видов чугуна .
Лучшее железо
Железо подвергалось нескольким стадиям штамповки и прокатки, чтобы достичь состояния, считавшегося (в XIX веке) наивысшим качеством.
Маркированное стержневое железо
Изготовлено членами Ассоциации адвокатов и отмечено фирменным знаком производителя как знак качества. [17]

Дефекты

Кованое железо — это форма коммерческого железа, содержащая менее 0,10% углерода, менее 0,25% примесей в виде серы, фосфора, кремния и марганца, а также менее 2% шлака по весу. [18] [19]

Кованое железо является красно-коротким или горяче-коротким , если оно содержит серу в избыточном количестве. Оно имеет достаточную прочность в холодном состоянии, но трескается при изгибе или отделке при красном калении. [5] : 7  Горячее короткое железо считалось негодным для продажи. [1]

Холодное короткое железо, также известное как холодное лезвие , колшир , содержит избыточное количество фосфора. Оно очень хрупкое в холодном состоянии и трескается при сгибании. [5] : 7, 215  Однако его можно обрабатывать при высокой температуре. Исторически холодное короткое железо считалось достаточным для гвоздей .

Фосфор не обязательно вреден для железа. Древние кузнецы Ближнего Востока не добавляли известь в свои печи. Отсутствие оксида кальция в шлаке и преднамеренное использование древесины с высоким содержанием фосфора во время плавки приводит к более высокому содержанию фосфора (обычно <0,3%), чем в современном железе (<0,02–0,03%). [1] [20] Анализ железной колонны Дели показывает 0,11% в железе. [1] : 69  Включенный шлак в кованое железо также придает коррозионную стойкость.

Было обнаружено, что старинная музыкальная проволока , изготовленная в то время, когда были доступны углеродистые стали массового производства, имела низкое содержание углерода и высокое содержание фосфора; железо с высоким содержанием фосфора, обычно вызывающее хрупкость при холодной обработке, легко вытягивалось в музыкальные проволоки. [21] Хотя в то время фосфор не был легко идентифицируемым компонентом железа, была выдвинута гипотеза, что тип железа был отклонен для преобразования в сталь, но преуспел при испытании на способность к вытягиванию. [21]

История

Китай

Во времена династии Хань (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.) новые процессы плавки железа привели к производству новых орудий из кованого железа для использования в сельском хозяйстве, таких как многотрубная сеялка и железный плуг . [22] В дополнение к случайным кускам низкоуглеродистого кованого железа, полученного из-за чрезмерного вдувания воздуха в древних китайских вагранках . Древние китайцы создавали кованое железо с помощью кузнечного горна по крайней мере ко 2-му веку до н.э., самые ранние образцы литого и передельного чугуна, переплавленного в кованое железо и сталь, были найдены на месте ранней династии Хань в Тешэнго. [23] [24] : 186  Пиготт предполагает, что кузнечный горн существовал в предыдущий период Воюющих царств (403–221 гг. до н.э.), в связи с тем, что существуют предметы из кованого железа из Китая, датируемые этим периодом, и нет никаких документальных свидетельств того, что кричный горн когда-либо использовался в Китае. [24] : 186–187  Процесс очистки включал расплавление чугуна в горне для очистки и удаление углерода из расплавленного чугуна путем окисления . [24] : 186  Вагнер пишет, что в дополнение к горнам династии Хань, которые, как полагают, были горнами для очистки, существуют также изобразительные свидетельства наличия горна для очистки на фреске гробницы в Шаньдуне , датируемой 1–2 веками н. э., а также намек на письменные свидетельства в даосском тексте 4 века н. э. « Тайпин Цзин» . [25]

Западный мир

Процесс пудлингования железной руды для получения кованого железа из чугуна, проиллюстрированный в энциклопедии «Тяньгун Кайу» Сун Инсина , опубликованной в 1637 году.

Кованое железо использовалось в течение многих столетий, и это «железо», которое упоминается на протяжении всей западной истории. Другая форма железа, литой 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 было использовать только для ограниченного числа целей. На протяжении большей части Средних веков железо производилось путем прямого восстановления руды в ручных плавильных печах , хотя гидроэнергия начала использоваться к 1104 году. [26]

Сырьем, получаемым всеми косвенными процессами, является чугун. Он имеет высокое содержание углерода и, как следствие, является хрупким и не может использоваться для изготовления оборудования. Процесс Осмонда был первым из косвенных процессов, разработанным к 1203 году, но кричное производство продолжалось во многих местах. Процесс зависел от развития доменной печи, средневековые образцы которой были обнаружены в Лапфиттане , Швеции и Германии .

Процессы кричника и осмонда постепенно заменялись с 15-го века процессами финиринга , которые существовали в двух версиях: немецкой и валлонской. В свою очередь, с конца 18-го века их заменили пудлингом , с некоторыми вариантами, такими как шведский ланкаширский процесс . Они также теперь устарели, и кованое железо больше не производится в коммерческих целях.

Процесс кричности

Кованое железо изначально производилось различными способами плавки, все из которых сегодня описываются как «крюмерии». В разных местах и ​​в разное время использовались разные формы кричных печей. В кричные печи загружали древесный уголь и железную руду, а затем поджигали. Воздух вдували через фурму, чтобы нагреть кричные печи до температуры несколько ниже точки плавления железа. В ходе плавки шлак плавился и вытекал, а оксид углерода из древесного угля восстанавливал руду до железа, которое образовывало губчатую массу (называемую «крюмом»), содержащую железо, а также расплавленные силикатные минералы (шлак) из руды. Железо оставалось в твердом состоянии. Если кричные печи нагревались достаточно сильно, чтобы расплавить железо, углерод растворялся в них и образовывал чугун или чушку, но это не было целью. Однако конструкция кричных печей затрудняла достижение точки плавления железа, а также не позволяла концентрации оксида углерода становиться высокой. [1] : 46–57 

После завершения плавки криму удаляли, и процесс можно было начать снова. Таким образом, это был пакетный процесс, а не непрерывный, как в доменной печи. Криму приходилось механически ковать, чтобы консолидировать ее и сформировать в брусок, вытесняя шлак в процессе. [1] : 62–66 

В Средние века в этом процессе применялась сила воды, вероятно, изначально для приведения в действие мехов, и только позже — молотов для ковки блюмов. Однако, хотя точно известно, что сила воды использовалась, подробности остаются неопределенными. [1] : 75–76  Это была кульминация прямого процесса производства железа. Он сохранился в Испании и южной Франции как каталонские кузницы до середины 19 века, в Австрии как штукофен до 1775 года, [1] : 100–101  и около Гарстанга в Англии примерно до 1770 года; [27] [28] он все еще использовался с горячим дутьем в Нью-Йорке в 1880-х годах. [29] В Японии последний из старых кузнечных заводов татара , использовавшихся для производства традиционной стали тамахаганэ , в основном используемой для изготовления мечей, был закрыт только в 1925 году, хотя в конце 20 века производство возобновилось в небольших масштабах для поставок стали ремесленникам-изготовителям мечей.

процесс Осмонда

Железо Осмонда состояло из шариков кованого железа, полученных путем плавки чугуна и улавливания капель на стержне, который вращался перед струей воздуха таким образом, чтобы как можно больше его подвергалось воздействию воздуха и окислялось его углеродистое содержимое. [30] Полученный шарик часто ковался в прутковое железо в молотковой мельнице.

Процесс отделки

В XV веке доменная печь распространилась на территорию современной Бельгии , где была усовершенствована. Оттуда она распространилась через Пэи -де-Брей на границе Нормандии , а затем в Вилд в Англии. Вместе с ней распространилась и кузница. Они переплавляли чугун в чушки и (по сути) выжигали углерод, производя крицу, которую затем ковали в прутковое железо. Если требовалось прутковое железо, использовался продольно-резательный стан.

Процесс чистовой обработки существовал в двух немного отличающихся формах. В Великобритании, Франции и некоторых частях Швеции использовался только валлонский процесс . Он использовал два разных очага: очаг чистовой обработки для отделки железа и очаг чафери для повторного нагрева в процессе вытягивания заготовки в слиток. В процессе чистовой обработки всегда сжигался древесный уголь, но чафери можно было топить и минеральным углем , поскольку его примеси не повредили бы железу, когда оно находилось в твердом состоянии. С другой стороны, немецкий процесс, используемый в Германии, России и большей части Швеции, использовал один очаг для всех стадий. [31]

Введение кокса для использования в доменной печи Авраамом Дарби в 1709 году (или, возможно, другими немного раньше) изначально не оказало большого влияния на производство кованого железа. Только в 1750-х годах коксовый чугун стал использоваться в сколь-нибудь значительных масштабах в качестве сырья для кузниц. Однако древесный уголь продолжал оставаться топливом для кузниц.

Заливка и штамповка

С конца 1750-х годов мастера по производству железа начали разрабатывать процессы для изготовления пруткового железа без древесного угля. Для этого существовало несколько запатентованных процессов, которые сегодня называются заливкой и штамповкой . Самые ранние были разработаны Джоном Вудом из Веднесбери и его братом Чарльзом Вудом из Low Mill в Эгремонте , запатентованы в 1763 году. [32] : 723–724  Другой был разработан для Coalbrookdale Company братьями Крэнэйдж . [33] Другим важным был процесс Джона Райта и Джозефа Джессона из Вест-Бромвича . [32] : 725–726 

Процесс пудлингования

Схематический чертеж пудлинговой печи

Ряд процессов изготовления кованого железа без древесного угля были разработаны с началом промышленной революции во второй половине XVIII века. Самым успешным из них было пудлингование с использованием пудлинговой печи (разновидность отражательной печи ), которую изобрел Генри Корт в 1784 году. [34] Позднее его усовершенствовали другие, включая Джозефа Холла , который первым добавил в шихту оксид железа. В этом типе печи металл не контактирует с топливом и, таким образом, не загрязняется его примесями. Тепло продуктов сгорания проходит по поверхности лужи, а свод печи реверберирует (отражает) тепло на металлическую лужу на огневом мосту печи.

Если в качестве сырья не использовался белый чугун, то чугун или другой сырой продукт пудлингования сначала нужно было переработать в рафинированное железо или более тонкий металл. Это делалось на очистном заводе, где для удаления кремния и преобразования углерода в сырье, находящегося в форме графита, в соединение с железом, называемое цементитом, использовался сырой уголь.

В полностью разработанном процессе (Холла) этот металл помещали в горн пудлинговой печи, где он расплавлялся. Горн был выложен окислителями, такими как гематит и оксид железа. [35] Смесь подвергалась сильному потоку воздуха и перемешивалась длинными прутьями, называемыми пудлинговыми прутьями или щебнями, [36] : 165  [37] через рабочие двери. [38] : 236–240  Воздух, перемешивание и «кипящее» действие металла помогали окислителям окислять примеси и углерод из чугуна. По мере окисления примесей они образовывали расплавленный шлак или уносились в виде газа, в то время как оставшееся железо затвердевало в губчатое кованое железо, которое всплывало на поверхность лужи и вылавливалось из расплава в виде шариков лужи с помощью лужичных прутков. [35]

Дранка

В шариках из лужи все еще оставалось немного шлака, поэтому, пока они были еще горячими, их обшивали [39], чтобы удалить оставшийся шлак и шлак. [35] Это достигалось путем ковки шариков под молотом или путем выдавливания крицы в машине. Материал, полученный в конце обшивки, известен как крица. [39] Крицы в таком виде бесполезны, поэтому их прокатывали в конечный продукт.

Иногда европейские металлургические заводы полностью пропускали процесс дранки и катали шарики из лужи. Единственным недостатком этого было то, что края грубых брусков не были так хорошо сжаты. Когда грубый брусок снова нагревали, края могли отделиться и потеряться в печи. [39]

Роллинг

Блюм пропускали через ролики и получали прутки. Прутки кованого железа были низкого качества, их называли ломовыми прутьями [39] [36] : 137  или прутьями для лужи. [35] Чтобы улучшить их качество, прутки разрезали, складывали и связывали вместе проволокой, этот процесс известен как пакование или укладка. [39] Затем их снова нагревали до состояния сварки, ковали сваркой и снова прокатывали в прутки. Этот процесс можно было повторять несколько раз, чтобы получить кованое железо желаемого качества. Кованое железо, прокатанное несколько раз, называется купеческим прутком или купеческим железом. [37] [40]

Ланкаширский процесс

Преимущество пудлингования состояло в том, что в качестве топлива использовался уголь, а не древесный уголь. Однако в Швеции, где не хватало угля, это было малопригодно. Густав Экман наблюдал за древесно-угольными украшениями в Ульверстоне , которые сильно отличались от любых других в Швеции. После возвращения в Швецию в 1830-х годах он экспериментировал и разработал процесс, похожий на пудлингование, но с использованием дров и древесного угля, который был широко принят в Бергслагене в последующие десятилетия. [41] [14] : 282–285 

Процесс Астона

В 1925 году Джеймс Астон из США разработал процесс быстрого и экономичного производства кованого железа. Он включал в себя взятие расплавленной стали из конвертера Бессемера и заливку ее в более холодный жидкий шлак. Температура стали составляет около 1500 °C, а жидкий шлак поддерживается на уровне около 1200 °C. Расплавленная сталь содержит большое количество растворенных газов, поэтому, когда жидкая сталь соприкасается с более холодными поверхностями жидкого шлака, газы высвобождаются. Затем расплавленная сталь застывает, образуя губчатую массу с температурой около 1370 °C. [35] Затем губчатую массу отделывают, настилая и прокатывая , как описано в разделе «пудлингование» (выше). С помощью этого метода можно перерабатывать от трех до четырех тонн за партию. [35]

Отклонить

Сталь начала заменять железо для железнодорожных рельсов, как только был принят бессемеровский процесс для ее производства (1865 г.). Железо оставалось доминирующим для конструкционных применений до 1880-х годов из-за проблем с хрупкостью стали, вызванных введением азота, высоким содержанием углерода, избытком фосфора или чрезмерной температурой во время или слишком быстрой прокатки. [9] : 144–151  [примечание 2] К 1890 году сталь в значительной степени заменила железо для конструкционных применений.

Листовое железо (Armco 99,97% чистого железа) имело хорошие свойства для использования в бытовых приборах, хорошо подходило для эмалирования и сварки, а также было устойчиво к ржавчине. [9] : 242 

В 1960-х годах стоимость производства стали падала из-за переработки, и даже при использовании процесса Астона производство кованого железа было трудоемким. Было подсчитано, что производство кованого железа примерно в два раза дороже, чем производство низкоуглеродистой стали. [7] В Соединенных Штатах последний завод закрылся в 1969 году. [7] Последним в мире был Atlas Forge компании Thomas Walmsley and Sons в Болтоне , Великобритания, который закрылся в 1973 году. Его оборудование эпохи 1860-х годов было перевезено на территорию Blists Hill музея Ironbridge Gorge для сохранения. [42] Некоторое количество кованого железа все еще производится в целях реставрации наследия, но только путем переработки лома.

Характеристики

Микроструктура кованого железа, показывающая темные шлаковые включения в феррите

Шлаковые включения, или стрингеры , в кованом железе придают ему свойства, не встречающиеся в других формах черных металлов. На квадратный дюйм приходится около 250 000 включений. [7] Свежий излом показывает чистый голубоватый цвет с сильным шелковистым блеском и волокнистым видом.

В кованом железе отсутствует необходимое для закалки посредством термической обработки содержание углерода , но в областях, где сталь была нераспространена или неизвестна, инструменты иногда подвергались холодной обработке (отсюда и холодное железо ) для их закалки. [ требуется ссылка ] Преимуществом его низкого содержания углерода является его отличная свариваемость. [7] Кроме того, листовое кованое железо не может гнуться так же сильно, как стальной листовой металл при холодной обработке. [43] [44] Кованое железо можно плавить и отливать; однако продукт больше не является кованым железом, поскольку шлаковые прожилки, характерные для кованого железа, исчезают при плавлении, поэтому продукт напоминает неочищенную, литую, бессемеровскую сталь. Нет никаких технических преимуществ в плавке и литье кованого железа по сравнению с использованием чугуна или стали, оба из которых дешевле. [45] [46]

Из-за различий в происхождении железной руды и производстве железа кованое железо может быть хуже или лучше по коррозионной стойкости по сравнению с другими железными сплавами. [7] [47] [48] [49] Существует много механизмов, лежащих в основе его коррозионной стойкости. Чилтон и Эванс обнаружили, что полосы обогащения никелем уменьшают коррозию. [50] Они также обнаружили, что в пудлинговом, кованом и грудовом железе обработка металла распределяет примеси меди, никеля и олова, которые создают электрохимические условия, замедляющие коррозию. [48] Было показано, что шлаковые включения рассеивают коррозию до равномерной пленки, позволяя железу противостоять точечной коррозии. [7] Другое исследование показало, что шлаковые включения являются путями к коррозии. [51] Другие исследования показывают, что сера в кованом железе снижает коррозионную стойкость, [49] в то время как фосфор увеличивает коррозионную стойкость. [52] Ионы хлорида также снижают коррозионную стойкость кованого железа. [49]

Кованое железо можно сваривать так же, как и мягкую сталь, но наличие оксида или включений даст некачественные результаты. [53] Материал имеет шероховатую поверхность, поэтому он может удерживать гальванические покрытия лучше, чем гладкая сталь. Например, гальваническое цинковое покрытие, нанесенное на кованое железо, примерно на 25–40% толще, чем такое же покрытие на стали. [7] В таблице 1 химический состав кованого железа сравнивается с составом чугуна и углеродистой стали . Хотя кажется, что кованое железо и простая углеродистая сталь имеют схожий химический состав, это обманчиво. Большая часть марганца, серы, фосфора и кремния в кованом железе включена в волокна шлака, что делает кованое железо чище, чем простая углеродистая сталь. [39]

Среди других свойств кованого железа, оно становится мягким при нагревании до красного каления и его можно легко ковать и сваривать . [58] Его можно использовать для создания временных магнитов , но его нельзя намагнитить постоянно, [59] [60] и оно пластичное , ковкое и прочное . [39]

Пластичность

Для большинства целей пластичность, а не прочность на растяжение, является более важной мерой качества кованого железа. При испытании на растяжение лучшие образцы железа способны выдерживать значительное удлинение до разрушения. Высокопрочное кованое железо является хрупким.

Из-за большого количества взрывов котлов на пароходах в начале 1800-х годов Конгресс США принял в 1830 году закон, который одобрил выделение средств на исправление проблемы. Казначейство выдало контракт на 1500 долларов Институту Франклина на проведение исследования. В рамках исследования Уолтер Р. Джонсон и Бенджамин Ривз провели испытания прочности котельного железа с помощью испытательной машины, которую они построили в 1832 году на основе конструкции Лагерхельма в Швеции. Из-за недопонимания прочности на растяжение и пластичности их работа мало способствовала сокращению отказов. [5]

Важность пластичности была признана еще на ранних этапах разработки трубчатых котлов, о чем свидетельствует комментарий Терстона:

Если бы они были сделаны из такого хорошего железа, которое, по утверждениям производителей, в них вкладывали, «которое работало как свинец», то, как также утверждалось, при разрушении они бы открылись, разрываясь, и вылили свое содержимое, не вызывая обычных катастрофических последствий взрыва котла. [61]

Различные исследования взрывов котлов в 19 веке, особенно проведенные страховыми компаниями, обнаружили, что чаще всего причиной является эксплуатация котлов при давлении выше безопасного, либо для получения большей мощности, либо из-за неисправных предохранительных клапанов котла и трудностей с получением надежных показаний давления и уровня воды. Плохое изготовление также было распространенной проблемой. [62] Кроме того, толщина железа в паровых барабанах была низкой по современным стандартам.

К концу 19 века, когда металлурги смогли лучше понять, какие свойства и процессы делают железо хорошим, железо в паровых двигателях было заменено сталью. Кроме того, старые цилиндрические котлы с жаровыми трубами были заменены водотрубными котлами, которые по своей сути более безопасны. [62]

Чистота

В 2010 году Джерри Макдоннелл [63] продемонстрировал в Англии с помощью анализа, что кованый железный криц из традиционной плавки может быть переработан в 99,7% чистого железа без признаков углерода. Было обнаружено, что стрингеры, характерные для других кованых железных изделий, отсутствуют, что делает его очень податливым для кузнеца при работе в горячем и холодном состоянии. Коммерческий источник чистого железа доступен и используется кузнецами в качестве альтернативы традиционному кованому железу и другим черным металлам нового поколения.

Приложения

Кованая мебель имеет долгую историю, восходящую к временам Римской империи . В Вестминстерском аббатстве в Лондоне есть кованые железные ворота XIII века , а кованая мебель, по-видимому, достигла пика популярности в Британии в XVII веке, во время правления Вильгельма III и Марии II . [ нужна цитата ] Однако чугун и более дешевая сталь стали причиной постепенного спада в производстве кованого железа; последний кованый завод в Британии закрылся в 1974 году.

Его также используют для изготовления предметов домашнего декора, таких как стеллажи для выпечки , винные стеллажи , стеллажи для кастрюль , этажерки , основания столов, письменные столы, ворота, кровати, подсвечники, карнизы для штор, бары и барные стулья.

Подавляющее большинство кованого железа, доступного сегодня, изготавливается из переработанных материалов. Старые мосты и якорные цепи, вытащенные из гаваней, являются основными источниками. [ требуется цитата ] Более высокая коррозионная стойкость кованого железа обусловлена ​​кремнистыми примесями (естественно встречающимися в железной руде), а именно силикатом железа . [64]

Кованое железо десятилетиями использовалось как общее название в индустрии ворот и ограждений , хотя для изготовления этих «кованых» ворот используется мягкая сталь . [65] Это в основном из-за ограниченной доступности настоящего кованого железа. Сталь также может быть оцинкована горячим способом для предотвращения коррозии, чего нельзя сделать с кованым железом.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Некоторые, но не все из этих пунктов упомянуты в Gordon, RB (1996) [5]
  2. ^ Из Misa, TJ (1995): [9] «Проблемы с качеством рельсов создали бессемеровской стали такую ​​плохую репутацию, что инженеры и архитекторы отказались использовать ее в строительных целях. Сталь, выплавляемая из мартеновской печи, имела лучшую репутацию и к 1889 году вытеснила конструкционное железо...»

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Tylecote, RF (1992). История металлургии (второе изд.). Лондон: Maney Publishing, для Института материалов. ISBN 978-0901462886.
  2. ^ "Кованое железо – свойства, применение". Azom.com . AZoNetwork. 13 августа 2013 г. Получено 27 октября 2019 г.
  3. ^ Алекс Уолтер (31 октября 2018 г.). «Что такое кованое железо?». Mechanical Site . Архивировано из оригинала 27 октября 2019 г. . Получено 27 октября 2019 г. .{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  4. ^ "Что такое кованое железо?". Iron Gates N Railings Ltd. 2017. Архивировано из оригинала 7 февраля 2023 г. Получено 27 октября 2019 г.
  5. ^ abcde Гордон, Роберт Б. (1996). American Iron 1607–1900. Балтимор и Лондон: Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-6816-5.
  6. ^ "Кованое железо: мечта о садовой мебели". cnet reviews . Архивировано из оригинала 23 января 2010 г. Получено 29 сентября 2009 г.
  7. ^ abcdefghi Дэниел, Тодд. «Прояснение путаницы по поводу кованого железа». Изготовитель . № Ноябрь/Декабрь 1993. NOMMA. стр. 38. Архивировано из оригинала 24.11.2020 . Получено 27.10.2019 .
  8. ^ "Wrought". Словарь Merriam Webster: самый надежный онлайн-словарь Америки . Merriam-Webster . Получено 27 ноября 2020 г.
  9. ^ abcd Миса, Томас Дж. (1995). Нация стали: Создание современной Америки, 1865–1925 . Балтимор: Издательство Университета Джонса Хопкинса. ISBN 9780801849671.
  10. ^ Имхофф, Уоллес Г. (1917). «Шлак из лужи как железная руда доменной печи». Журнал инженерного общества Кливленда . 9 (621.76): 332.
  11. ^ Скофферн, Джон (1869). Полезные металлы и их сплавы (5-е изд.). Хоулстон и Райт. стр. 6.
  12. ^ МакАртур, Хью; Сполдинг, Дункан (2004). Инженерное материаловедение: свойства, использование, деградация и восстановление. Horwood Publishing. стр. 338. ISBN 978-1-898563-11-2.
  13. ^ Кэмпбелл, Флэйк К. (2008). Элементы металлургии и инженерные сплавы. ASM International. стр. 154. ISBN 978-0-87170-867-0.
  14. ^ ab Эванс, К.; Райден, Г. (2007). Балтийское железо в Атлантическом мире в восемнадцатом веке. Бостон, Массачусетс: Brill. ISBN 9789004161535.
  15. ^ abc Childs, WR (1981). «Английская торговля железом в пятнадцатом веке». Economic History Review . 2nd. pp. 25–47.
  16. ^ Кахан, А. (1985). Плуг, молот и кнут: экономическая история России восемнадцатого века . Издательство Чикагского университета. ISBN 9780226422534.
  17. ^ Маттон, Норман (1976). «Отмеченная ассоциация адвокатов: регулирование цен в торговле кованым железом в Черной стране». West Midland Studies (9-е изд.). С. 2–8.
  18. ^ Baumeister; Avallone; Baumeister (1978). Стандартный справочник Маркса для инженеров-механиков (8-е изд.). McGraw Hill. стр. 6–18, 17. ISBN 978-0-07-004123-3.
  19. ^ "кованое железо". Encyclopaedia Britannica (2009 Deluxe ed.). Чикаго. 2009.{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  20. ^ "Влияние фосфора на свойства углеродистых сталей: Часть 1". Total Materia . Октябрь 2007. Получено 27 октября 2019 .
  21. ^ ab Goodway, Martha (май 1987). "Фосфор в старинной железной музыкальной проволоке". Science . 236 (4804): 927–932. Bibcode :1987Sci...236..927G. doi :10.1126/science.236.4804.927. PMID  17812747. S2CID  45929352.
  22. ^ Керр, Гордон (2013). Краткая история Китая . Карманные основы. ISBN 978-1842439692.
  23. ^ Нидхэм, Джозеф (1995). "Часть 3: Спагирические открытия и изобретения: исторический обзор от эликсиров киновари до синтетического инсулина". Наука и цивилизация в Китае. Том 5: Химия и химическая технология. Cambridge University Press. стр. 105. ISBN 9780521210287.
  24. ^ abc Пиготт, Винсент С. (1999). Археометаллургия азиатского Старого Света. Музей археологии Пенсильванского университета. ISBN 9780924171345.
  25. ^ Вагнер, Рудольф Г. (2001). Искусство китайского комментатора: Ван Би о «Лао-цзы» . С. 80–83.
  26. ^ Лукас, А. (2006). Ветер, вода, работа: древняя и средневековая технология фрезерования . Leiden NL и Boston Mass.: Brill. стр. 251–255, 347.
  27. ^ Ричард Покок . Дж. Дж. Картрайт (ред.). Путешествия по Англии... в 1750, 1751 и более поздние годы . Camden Soc. ns 42, 1888. стр. 13.
  28. Льюис, У. (1775). Химическая и минеральная история железа (рукопись в Центральной библиотеке Кардиффа). стр. iv, 76.
  29. ^ Поллард, GC (1998). «Эксперименты в производстве кричного железа в 19 веке: свидетельства из Адирондака Нью-Йорка». Историческая металлургия . № 1 (32-е изд.). С. 33–40.
  30. HR Schubert, История британской металлургической промышленности с 450 г. до н. э. по 1775 г. н. э. (Routledge and Kegan Paul, Лондон, 1957) , 299–304.
  31. ^ А. ден Ауден, «Производство кованого железа в горнах Finery», Историческая металлургия 15(2) (1981), 63–87 и 16(1) (1982), 29–32.
  32. ^ ab Мортон, GR; Маттон, Н. (1967). «Переход к процессу пудлингования Корта». Журнал Института железа и стали . 205 .
  33. ^ Хейман, Р. (2004). «Братья Крейнадж и кузнечная технология восемнадцатого века». Историческая металлургия . № 2 (28-е изд.). С. 113–120.
  34. ^ RA Mott (ред. P. Singer), Henry Cort, The Great Finer (The Metals Society, Лондон, 1983).
  35. ^ abcdef Раджпут, РК (2000). Инженерные материалы . С. Чанд. стр. 223. ISBN 81-219-1960-6.
  36. ^ ab Gale, WKV (1971). Черная металлургия: словарь терминов . Newton Abbot: Дэвид и Чарльз.
  37. ^ ab Overman, Fredrick (1854). Производство железа во всех его различных отраслях. Филадельфия: HC Baird. стр. 267, 287, 344.
  38. ^ Тайлекот, РФ (1991). «Железо в промышленной революции». Промышленная революция в металлах . Лондон: Институт металлов.
  39. ^ abcdefgh Кэмп, Джеймс Макинтайр; Фрэнсис, Чарльз Блейн (1920). Изготовление, формовка и обработка стали. Питтсбург: Carnegie Steel Company. С. 173–174. ISBN 1-147-64423-3.
  40. ^ Гейл, В. К. В. (1967). Британская металлургическая промышленность . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз. С. 79–88.
  41. ^ Райден, Г. (2005). «Ответы на угольную технологию без угля: шведское производство чугуна в девятнадцатом веке». В Райден, Г.; Эванс, К. (ред.). Промышленная революция в железе: влияние британской угольной технологии на Европу XIX века . Олдершот : Ashgate. стр. 121–124.
  42. ^ Смит, Стюарт Б.; Гейл, В.К.В. (1987). «Снова кованое железо: официально открыт металлургический завод в Блистс-Хилл». Историческая металлургия . № 1 (21-е изд.). С. 44–45.
  43. ^ Муж, Джозеф; Харби, Уильям (1911). Строительная инженерия. Нью-Йорк: Longmans, Green, and Co. стр. 21. Получено 22 февраля 2008 г.
  44. ^ Бирн, Остин Томас (1899). Инспекция материалов и качества работ, используемых в строительстве (1-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons. стр. 105. Получено 22 февраля 2008 г.
  45. ^ Скофферн, Джон (1861). Полезные металлы и их сплавы, включая вентиляцию в шахтах, горное право и металлургическую химию. Лондон: Houlston and Wright. стр. 328. Получено 20 февраля 2008 г.
  46. ^ Адамс, Генри (1891). Справочник для инженеров-механиков (2-е изд.). Нью-Йорк: E. & FN Spon. стр. 29. Получено 20 февраля 2008 г.
  47. Хадсон, Дж. К., 1931–43, Отчеты полевых испытаний Комитета по коррозии, Институт железа и стали.
  48. ^ ab "Dr. JP Chilton, 1929–2006" (PDF) . Material Eyes (Spring 2007 ed.). Cambridge University Department of Materials Science and Metallurgy: 4. Архивировано из оригинала (PDF) 1 сентября 2012 г. . Получено 29 ноября 2008 г. .
  49. ^ abc Walker VII, Robert (апрель 2002 г.). "Производство, микроструктура и свойства кованого железа" (PDF) . Journal of Chemical Education . 79 (4): 443–447. Bibcode :2002JChEd..79..443W. doi :10.1021/ed079p443. Архивировано (PDF) из оригинала 24-09-2007.
  50. ^ Чилтон и Эвенс, Журнал Института железа и стали, 1955 г.
  51. ^ Харви, Л., Роль шлаковых включений в коррозии кованого железа, диссертация Университета Брэдфорда, 1996 г.
  52. ^ Баласубраманиам, Р. (25 января 2003 г.). «Делийский железный столб и его значение для современных технологий» (PDF) . Current Science . 84 (2): 162–163. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2009 г. . Получено 29 ноября 2008 г. .
  53. ^ Пендред, Лох (1945). Ежегодник инженера Кемпа (52-е изд.). Лондон: Morgan Brothers. стр. 1278. ASIN  B0033RUEVW.
  54. ^ abcde Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д.; Райффел, Генри Х. (2000). Макколи, Кристофер Дж. (ред.). Справочник по машиностроению (26-е изд.). Нью-Йорк: Industrial Press, Inc. стр. 476. ISBN 0-8311-2666-3.
  55. ^ Смит, Кэрролл (1984). Инженер, чтобы победить . MotorBooks / MBI Publishing Company. стр. 53–54. ISBN 0-87938-186-8.
  56. ^ "Твердые тела и металлы – Удельный вес". Engineering Toolbox . Получено 20 февраля 2008 г. .
  57. ^ Пол, Уильям (1872). Железо как материал строительства: суть курса лекций, прочитанных в Королевской школе корабельной архитектуры, Южный Кенсингтон (пересмотренное и дополненное издание). Лондон: E. & FN Spon. стр. 136–137 . Получено 20 февраля 2008 г.
  58. ^ Рихтер, Виктор фон; Смит, Эдгар Фахс (1885). Учебник неорганической химии (2-е изд.). Филадельфия: P. Blakiston, Son & Co. стр. 396. Получено 21 февраля 2008 г.
  59. ^ Cyclopedia of Applied Electricity. Том 1. Американское техническое общество. 1916. стр. 14. Получено 21 февраля 2008 г.
  60. ^ Тимби, Уильям Генри; Буш, Ванневар (1922). Принципы электротехники. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc. стр. 318–319 . Получено 21 февраля 2008 г.
  61. Терстон, Роберт (1878). «История развития парового двигателя». стр. 165. Архивировано из оригинала 29 июня 1997 г.
  62. ^ ab Хантер, Луис С. (1985). История промышленной мощи в Соединенных Штатах, 1730–1930. Том 2: Паровая энергия. Шарлоттсвилл: Издательство Университета Вирджинии.
  63. ^ Макдоннелл, Г. (9 сентября 2010 г.). «Металлургический отчет о выплавке железа для серии Master Crafts». Передано (ред. весна 2010 г.).[ необходима полная цитата ]
  64. ^ Промышленная химия. Кришна Пракашан Медиа. 1991. с. 1645. ИСБН 8187224991. Получено 22 июля 2019 г. .
  65. ^ «Узнаем больше о кованых ограждениях». Lone Star. 8 апреля 2016 г. Получено 12 июля 2019 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки