Dövme demir - Wrought iron

Çeşitli ferforje örnekleri

Dövme demir , dökme demirin (%2,1 ila %4) aksine çok düşük karbon içeriğine (%0,08'den az) sahip bir demir alaşımıdır . Lifli cüruf kalıntılarına (ağırlıkça %2'ye kadar) sahip yarı kaynaşmış bir demir kütlesidir ve bu, dağıldığında veya kırılma noktasına kadar büküldüğünde görülebilen ahşaba benzeyen bir "tane" verir. Ferforje, sert, dövülebilir, sünek , korozyona dayanıklı ve kolayca kaynaklanabilir .

Etkili çelik üretim yöntemlerinin geliştirilmesinden ve büyük miktarlarda çeliğin bulunmasından önce, dövme demir, dövülebilir demirin en yaygın şekliydi. Dövüldüğü, haddelendiği veya erimiş cürufu dışarı atacak kadar sıcakken başka bir şekilde işlendiği için dövme adı verildi . Dövme demirin modern işlevsel eşdeğeri, düşük karbonlu çelik olarak da adlandırılan yumuşak çeliktir. Ne ferforje ne de yumuşak çelik, ısıtma ve su verme ile sertleştirilebilecek kadar karbon içermez.

Ferforje, az miktarda cürufun liflere dövülmesiyle yüksek oranda rafine edilmiştir. Kütlece yaklaşık %99,4 demirden oluşur. Cürufun varlığı demircilik operasyonları için faydalıdır ve malzemeye eşsiz lifli yapısını verir. Cürufun silikat lifleri ayrıca demiri korozyondan korur ve şok ve titreşimden kaynaklanan yorgunluğun etkisini azaltır.

Tarihsel olarak, mütevazı bir miktarda dövme demir, esas olarak kılıç , çatal bıçak takımı , keski , balta ve diğer kenarlı aletlerin yanı sıra yay ve eğe üretmek için kullanılan çelik haline getirildi . Ferforje talebi 1860'larda zirveye ulaştı, zırhlı savaş gemileri ve demiryolu kullanımı için yüksek talep oldu . Bu tür bir kırılganlık gibi özellikler yalnızca Ancak, yumuşak çelik ile daha iyi geliştirilmiş Demir çelik gibi çelik yapmak için daha az pahalı hale sayesinde Bessemer işlemi ve Siemens-Martin işlemi , dövme demir kullanımı azalmıştır.

Yumuşak çelikten yapılmadan önce , perçinler , çiviler , tel , zincirler , raylar , demiryolu kaplinleri , su ve buhar boruları , somunlar , cıvatalar , at nalı , korkuluklar , vagon lastikleri, kayışlar dahil olmak üzere birçok ürün dövme demirden üretildi. diğer birçok şeyin yanı sıra ahşap çatı makasları ve süs demir işleri için.

Ferforje artık ticari ölçekte üretilmemektedir. Korkuluklar , bahçe mobilyaları ve kapılar gibi ferforje olarak tanımlanan birçok ürün aslında yumuşak çelikten yapılmıştır. Geçmişte bir demirci tarafından elle dövülen (işlenen) nesnelere benzemek için yapıldıkları için bu tanımı korurlar (her ne kadar çitler ve kapılar da dahil olmak üzere birçok dekoratif demir nesne genellikle dövme yerine dökülmüş olsa da).

terminoloji

"Dövme" kelimesi, "iş yapmak" fiilinin arkaik geçmiş zaman ortacıdır ve bu nedenle "dövme demir" kelimenin tam anlamıyla "işlenmiş demir" anlamına gelir. Ferforje, emtia için genel bir terimdir, ancak aynı zamanda bir demirci tarafından üretildiği gibi, daha özel olarak bitmiş demir ürünler için de kullanılır . İngiliz Gümrük kayıtlarında bu daha dar anlamda kullanılıyordu, bu tür imal edilmiş demir, "işlenmemiş" demir olarak adlandırılabilecek olandan daha yüksek bir vergi oranına tabiydi. Dökme demir , dövme demirden farklı olarak kırılgandır ve ne sıcak ne de soğuk olarak işlenemez. Dökme demir, çekiçle vurulursa kırılabilir.

17., 18. ve 19. yüzyıllarda ferforje, biçimine, kökenine veya kalitesine göre çok çeşitli terimler kullandı.

Birlikte bloomery süreci cevherin şirketinden dövme demir üretilen döküm ya da pik demir kullanılan başlangıç materyalleri olan şıklık tahrif ve birikmesi fırın . Pik demir ve dökme demir, dövme demirden daha yüksek karbon içeriğine sahiptir, ancak demir veya çelikten daha düşük bir erime noktasına sahiptir. Dökme ve özellikle pik demir, kaliteli dövme demir üretmek için en azından kısmen çıkarılması gereken fazla cüruf içerir. At dökümhaneler dökümlerin fiziksel özelliklerini iyileştirmek için dökme demir ile hurda dövme demir karıştırmak için ortak oldu.

Bessemer ve açık ocak çeliğinin piyasaya sürülmesinden sonraki birkaç yıl boyunca, demiri çelikten ayıran şeyin ne olduğu konusunda farklı görüşler vardı; Bazıları bunun kimyasal bileşim olduğuna, diğerleri ise demirin erimek ve "kaynaşmak" için yeterince ısıtılıp ısıtılmadığına inanıyordu. Füzyon, sonunda genel olarak, belirli bir düşük karbon konsantrasyonunun altındaki bileşimden nispeten daha önemli olarak kabul edildi. Diğer bir fark ise çeliğin ısıl işlemle sertleştirilebilmesidir .

Tarihsel olarak, dövme demir "ticari olarak saf demir" olarak biliniyordu, ancak ticari olarak saf demir için mevcut standartlar ağırlıkça % 0,008'den daha az bir karbon içeriği gerektirdiğinden artık bu niteliklere sahip değil .

Türler ve şekiller

Çubuk demir, bazen onu dökme demirden ayırmak için kullanılan genel bir terimdir. Elleçleme, depolama, nakliye ve bitmiş bir üründe daha fazla çalışma için uygun bir formda bir dökme metal külçesine eşdeğerdir.

Çubuklar, demirci demirhanesinin olağan ürünleriydi , ancak bu işlem tarafından yapılması zorunlu değildi.

  • Çubuk demir—bir dilme değirmeninde yassı demirden kesilmiş çiviler ve çiviler için hammadde sağladı.
  • Çember demiri - çubuk demirin haddeleme kalıplarından geçirilmesiyle yapılan varil çemberleri için uygundur.
  • Plaka demir— kazan plakası olarak kullanıma uygun saclar .
  • Blackplate — teneke üretiminin siyah haddeleme aşamasından, belki de levha demirden daha ince olan levhalar .
  • Yolculuk demiri—belirli bir ağırlıkta yapılmış veya çubuklar halinde kesilmiş dar yassı demir, Atlantik köle ticareti için Afrika'da satılan bir meta . Ton başına çubuk sayısı kademeli olarak 1660'larda ton başına 70'ten 1685'te ton başına 75-80'e ve 1731'de "ton başına 92'ye yakın" arttı.

Menşei

  • Kömürlü demir—18. yüzyılın sonuna kadar dövme demir, çiçek açma işlemiyle kömür kullanılarak cevherden eritildi . Ferforje ayrıca pik demirden bir incelikli demirhane kullanılarak veya bir Lancashire ocağında üretildi . Ortaya çıkan metal, hem kimya hem de cüruf içeriği açısından oldukça değişkendi.
  • Birikintili demirbiriktirme işlemi , dövme demir üreten ilk büyük ölçekli işlemdi . Pudding işleminde, pik demir, kömür veya kok içindeki kükürtten demirin kirlenmesini önlemek için yankılı bir fırında rafine edilir . Erimiş pik demir, demiri karbonsuzlaştıran atmosferik oksijene maruz bırakarak manuel olarak karıştırılır. Demir karıştırıldıkça, dövme demir topakları, karıştırma çubuğu (ayakkabı kolu veya çubuk) tarafından toplar halinde toplanır ve bunlar, su birikintisi tarafından periyodik olarak çıkarılır. Puddling'in patenti 1784'te alındı ​​ve 1800'den sonra yaygın olarak kullanılmaya başlandı. 1876'da, yalnızca Birleşik Krallık'ta yıllık demir üretimi 4 milyon tonun üzerindeydi. Bu süre zarfında, açık ocak fırını yapısal amaçlara uygun kalitede çelik üretebildi ve ferforje üretimi düşüşe geçti.
  • Oregrounds demirİsveç'teki Dannemora madeninden elde edilen demir cevherinden yapılan, özellikle saf bir çubuk demir sınıfı . En önemli kullanımı, çelik üretiminin sementasyon işlemi için hammadde olarak kullanılmasıydı .
  • Danks demir—başlangıçta Büyük Britanya'ya Gdańsk'tan ithal edilen demir , ancak 18. yüzyılda daha büyük olasılıkla bir zamanlar Gdańsk'tan gelen demir (doğu İsveç'ten) idi.
  • İngilizce dan Orman demir-demir Forest of Dean , hematit cevheri sert demir etkin üretilecek.
  • Lukes demir — Hollandaca adı "Luik" olan Liège'den ithal edilen demir .
  • Ames demir veya amys demir—Kuzey Avrupa'dan İngiltere'ye ithal edilen başka bir demir çeşidi. Kökeni Amiens olduğu öne sürülmüştür , ancak 15. yüzyılda Flandre'den ve daha sonra Hollanda'dan ithal edildiği ve Ren vadisinde bir kökene işaret ettiği görülmektedir . Kökenleri tartışmalı olmaya devam ediyor.
  • Botolf demir ya da Boutall demir arasından Bytów (Polonya Pomerania ) ya da Bytom (Polonya Silesia ).
  • İşareti (bir rulman -Ütü Samur demir (veya Eski Sable) samur ait) Demidov ailesine Rus ironmasters , daha iyi markalarından biri Rus demir .

Kalite

Sert demir
Ayrıca "tuf" olarak da yazılır, kırılgan değildir ve aletler için kullanılabilecek kadar güçlüdür.
Demir karışımı
Farklı türde pik demir karışımı kullanılarak yapılmıştır .
En iyi demir
Demir, en iyi kalite olarak kabul edilen (19. yüzyılda) aşamaya ulaşmak için birkaç yığma ve haddeleme aşamasından geçti.
İşaretli demir
İşaretli Baro üyeleri tarafından yapılmış ve kalitesinin bir işareti olarak üreticinin marka işareti ile işaretlenmiştir.

Kusurlar

Ferforje, ağırlıkça %0,10'dan az karbon, %0,25'ten az safsızlık toplam kükürt, fosfor, silikon ve manganez ve ağırlıkça %2'den az cüruf içeren bir ticari demir şeklidir.

Dövme demir, aşırı miktarda kükürt içeriyorsa kırmızı kısa veya sıcak kısadır . Soğukken yeterli sağlamlığa sahiptir, ancak büküldüğünde veya kırmızı bir ısıda bittiğinde çatlar. Sıcak kısa demir pazarlanamaz olarak kabul edildi.

Coldshear , colshire olarak da bilinen soğuk kısa demir, aşırı fosfor içerir. Soğukken çok kırılgandır ve büküldüğünde çatlar. Ancak yüksek sıcaklıkta çalıştırılabilir. Tarihsel olarak, soğuk kısa demir çiviler için yeterli kabul edildi .

Fosfor mutlaka demir için zararlı değildir. Eski Yakın Doğulu demirciler fırınlarına kireç eklemediler. Cürufta kalsiyum oksit bulunmaması ve eritme sırasında yüksek fosfor içeriğine sahip ahşabın kasıtlı kullanımı, modern demirden (<% 0,02-% 03) daha yüksek bir fosfor içeriğine (tipik olarak < %0,3) neden olur. Delhi'nin Demir Sütunu'nun analizi , demirde %0.11 verir. Ferforje içindeki cüruf ayrıca korozyon direnci sağlar.

(Karbon hariç) fosfor bulunması için uygun bir yumuşak demir üretir çekme teli için piyano tel.

Tarih

Batı dünyası

Song Yingxing tarafından 1637'de yayınlanan Tiangong Kaiwu ansiklopedisinde gösterilen, pik demirden ferforje yapmak için demir cevheri eritme işlemi .

Ferforje yüzyıllardır kullanılmaktadır ve Batı tarihi boyunca atıfta bulunulan "demir" dir. Demirin diğer formu olan dökme demir , eski zamanlardan beri Çin'de kullanılıyordu ancak 15. yüzyıla kadar Batı Avrupa'ya tanıtılmadı; o zaman bile, kırılganlığı nedeniyle, yalnızca sınırlı sayıda amaç için kullanılabilir. 1104'te su gücü kullanılmaya başlanmış olmasına rağmen , Orta Çağ'ın çoğu boyunca demir, elle çalıştırılan çiçek fabrikalarında cevherin doğrudan indirgenmesiyle üretildi .

Tüm dolaylı işlemlerle üretilen hammadde pik demirdir. Yüksek karbon içeriğine sahiptir ve sonuç olarak kırılgandır ve donanım yapmak için kullanılamaz. Osmond süreci 1203'te geliştirdiği dolaylı süreçler, ilk, ama bloomery üretim birçok yerde devam etti. Süreç, ortaçağ örneklerinin Lapphyttan , İsveç ve Almanya'da keşfedildiği yüksek fırının geliştirilmesine bağlıydı .

Bloomery ve osmond süreçler giderek tarafından 15. yüzyıldan değiştirildi kuşam iki sürümü, Almanca ve Valon tane olan süreçler. Bunlar, 18. yüzyılın sonlarından itibaren İsveç Lancashire süreci gibi belirli varyantlarla su birikintisi ile değiştirildi . Bunlar da artık modası geçmiş ve ferforje artık ticari olarak üretilmiyor.

Çin

Han hanedanlığı döneminde, yeni demir eritme süreçleri, çok borulu tohum ekme makinesi ve demir pulluk gibi tarımda kullanılmak üzere yeni dövme demir aletlerin üretilmesine yol açtı . Eski Çin kupol fırınlarında aşırı enjekte edilen hava tarafından üretilen kazara düşük karbonlu dövme demir topaklarına ek olarak . Eski Çin kullanarak ferforje yarattığı kuşam demirci 2. yüzyılda tarafından en azından ilk örnekleri döküm ve pik demir dövme demir ve içine para cezası çelik Tieshengguo at - (MS 220 202 BC) sitesi erken Han Hanedanlığı buldu. Pigott , Çin'den o döneme tarihlenen dövme demir öğelerin bulunması ve Çin'de kullanılan çiçek işlemenin belgelenmiş bir kanıtı olmaması nedeniyle , bir önceki Savaşan Devletler döneminde (MÖ 403–221) var olduğunu tahmin ediyor. . İnceltme işlemi, dökme demirin bir inceltme ocağında sıvılaştırılmasını ve erimiş dökme demirden oksidasyon yoluyla karbonun çıkarılmasını içeriyordu . Wagner, rafine ocakları olduğuna inanılan Han Hanedanlığı ocaklarına ek olarak, MS 1. ila 2. yüzyıla tarihlenen bir Shandong mezar duvar resminden ince bir ocağın resimli kanıtlarının yanı sıra MS 4. yüzyılda yazılı bir kanıt ipucu olduğunu yazıyor. Taoist metin Taiping Jing .

çiçeklenme süreci

Ferforje orijinal olarak, bugün tümü "çiçekler" olarak tanımlanan çeşitli eritme işlemleriyle üretildi. Farklı yerlerde ve zamanlarda farklı çiçeklenme biçimleri kullanılmıştır. Çiçekhane, kömür ve demir cevheri ile dolduruldu ve ardından yakıldı . Hava, bir içeri uçuruldu tuyere bir şekilde demir erime noktasının altında bir sıcaklığa kadar ısıtmak için bloomery. Ergitme sırasında cüruf eriyecek ve tükenecek ve kömürden gelen karbon monoksit , cevheri demire indirgeyecek ve bu da demir ve ayrıca erimiş silikat mineralleri (cüruf) içeren süngerimsi bir kütle ("çiçek" olarak adlandırılır) oluşturacaktır. cevher. Demir katı halde kaldı. Çiçeğin demiri eritecek kadar ısınmasına izin verilirse, karbon içinde çözülür ve pik veya dökme demir oluşturur, ancak amaç bu değildi. Bununla birlikte, bir çiçekhanenin tasarımı, demirin erime noktasına ulaşmayı zorlaştırdı ve ayrıca karbon monoksit konsantrasyonunun yükselmesini de engelledi.

Eritme tamamlandıktan sonra çiçek kaldırıldı ve işlem daha sonra yeniden başlatılabilir. Bu nedenle, yüksek fırın gibi sürekli bir işlemden ziyade toplu bir işlemdi. Çiçeğin sağlamlaştırılması ve bir çubuk şeklinde şekillendirilmesi için mekanik olarak dövülmesi gerekiyordu, bu süreçte cüruf dışarı atıldı.

Orta Çağ boyunca, sürece, muhtemelen başlangıçta körüklere güç vermek için ve ancak daha sonra çiçeklerin dövülmesi için çekiçlere su gücü uygulandı. Bununla birlikte, su gücünün kullanıldığı kesin olmakla birlikte, ayrıntılar belirsizliğini koruyor. Bu, doğrudan demir yapımı sürecinin doruk noktasıydı. Bu hayatta İspanya ve güney Fransa'da içinde, 19. yüzyılın ortalarına kadar Katalan Forges olarak Avusturya'da olarak stuckofen 1775 için ve yakın Garstang 1770 hakkında kadar İngiltere'de; o ile kullanım hala sıcak patlamanın içinde New York'ta 1880'lerde. In Japan eski son Tatara geleneksel üretiminde kullanılan bloomeries tamahagane 20. yüzyılın sonlarında üretim esnaf swordmakers için çelik tedarik için düşük ölçekte devam gerçi çelik başta olmak üzere, kılıç imalatının kullanılan, sadece 1925 yılında söndürüldü.

Osmond süreci

Osmond demir , pik demiri eriterek ve bir asa üzerindeki damlacıkları yakalayarak üretilen, mümkün olduğu kadar çok havaya maruz bırakmak ve karbon içeriğini oksitlemek için bir hava patlaması önünde döndürülen dövme demir toplarından oluşuyordu. . Ortaya çıkan top genellikle bir çekiçli değirmende demir çubuk haline getirildi.

incelik süreci

15. yüzyılda, yüksek fırın , geliştirildiği yer olan Belçika'ya yayıldı . Oradan , Normandiya sınırındaki Pays de Bray üzerinden ve ardından İngiltere'deki Weald'a yayıldı . Bununla birlikte, şık demirhane yayıldı. Bunlar pik demiri yeniden eritti ve (aslında) karbonu yaktı, bir çiçek üretti ve daha sonra bir çubuk demire dövüldü. Çubuk demir gerekiyorsa, bir dilme değirmeni kullanıldı.

Süsleme süreci, biraz farklı iki biçimde mevcuttu. Büyük Britanya, Fransa ve İsveç'in bazı bölgelerinde yalnızca Valon işlemi kullanıldı. Bu, iki farklı ocak kullanıyordu, demiri bitirmek için şık bir ocak ve çiçeği bir bara çekerken onu yeniden ısıtmak için bir reşo ocağı. Süs zaman kömür yanmış ancak chafery maden ile ateş edebilecek kömür katı halde iken de yabancı maddeler demir zarar olmaz, çünkü. Öte yandan Almanya'da, Rusya'da ve İsveç'in çoğunda kullanılan Alman işlemi, tüm aşamalar için tek bir ocak kullandı.

Yüksek fırında kullanılmak üzere kok kömürünün 1709'da (veya belki biraz daha önceleri) Abraham Darby tarafından piyasaya sürülmesi, başlangıçta dövme demir üretimi üzerinde çok az etkiye sahipti. Sadece 1750'lerde kok pik demiri, incelik dövmelerinin hammaddesi olarak herhangi bir önemli ölçekte kullanıldı. Bununla birlikte, kömür, şıklığın yakıtı olmaya devam etti.

Saksılama ve damgalama

1750'lerin sonlarından itibaren demir ustaları, kömürsüz demir demir yapmak için işlemler geliştirmeye başladılar. Bunun için bugün çömlekçilik ve damgalama olarak adlandırılan bir dizi patentli işlem vardı . İlki Wednesbury'den John Wood ve Egremont'taki Low Mill'den kardeşi Charles Wood tarafından geliştirildi ve 1763'te patentlendi. Bir diğeri Cranage kardeşler tarafından Coalbrookdale Şirketi için geliştirildi . Bir diğer önemli kişi de West Bromwich'ten John Wright ve Joseph Jesson'du .

su birikintisi süreci

Bir su birikintisi fırınının şematik çizimi

Sanayi Devrimi 18. yüzyılın ikinci yarısında başladığında , kömür olmadan ferforje yapmak için bir dizi süreç geliştirildi . Bunlardan en başarılı bir su birikintisi fırını (çeşitli kullanarak, birikmesi oldu reverber fırın tarafından icat edilmiştir), Henry Cort dahil başkaları tarafından Daha sonra düzeldi 1784 yılında Joseph Hall için demir oksit eklemek için ilk oldu, şarj etmek. Bu tip fırınlarda metal yakıtla temas etmez ve bu nedenle safsızlıkları ile kirlenmez. Yanma ürünlerinin ısısı, su birikintisinin yüzeyinden geçer ve fırının çatısı, ısıyı fırının yangın köprüsü üzerindeki metal birikintiye yansıtır (yansıtır).

Kullanılan hammadde beyaz dökme demir olmadıkça, pik demir veya su birikintisinin diğer ham ürününün önce rafine demir veya daha ince metal haline getirilmesi gerekiyordu. Bu, ham kömürün silikonu çıkarmak ve grafit formunda bulunan hammadde içindeki karbonu sementit adı verilen demir ile bir kombinasyona dönüştürmek için kullanıldığı bir rafineride yapılacaktı .

Tam gelişmiş proseste (Hall'in), bu metal, eritildiği su birikintisi fırınının ocağına yerleştirildi. Ocak, hematit ve demir oksit gibi oksitleyici maddelerle kaplandı . Karışım, güçlü bir hava akımına tabi tutuldu ve çalışan kapılardan, birikinti çubukları veya ayaktakımı adı verilen uzun çubuklarla karıştırıldı. Hava, karıştırma ve metalin "kaynama" eylemi, oksitleyici maddelerin pik demirdeki safsızlıkları ve karbonu oksitlemesine yardımcı oldu. Safsızlıklar oksitlendiğinde, erimiş bir cüruf oluşturdular veya gaz olarak sürüklenirken, tutucu demir, su birikintisinin üstüne yüzen süngerimsi dövme demirde katılaştı ve su birikintisi çubukları kullanılarak su birikintisi topları olarak eriyikten dışarı çıkarıldı.

zona

Su birikintisi toplarında hala bir miktar cüruf vardı, bu yüzden hala sıcakken kalan cüruf ve cürufları çıkarmak için çakılacaktı. Bu, bilyelerin bir çekiç altında dövülmesi veya bir makinede çiçeklerin sıkılmasıyla sağlandı. Zona sonunda elde edilen malzemeye çiçek denir. Çiçekler bu formda kullanışlı değildir, bu nedenle nihai ürün haline getirilmiştir.

Bazen Avrupa demir fabrikaları , shingling işlemini tamamen atlar ve su birikintisi toplarını yuvarlardı. Bunun tek dezavantajı, kaba çubukların kenarlarının iyi sıkıştırılmamış olmasıdır. Kaba çubuk yeniden ısıtıldığında, kenarlar ayrılabilir ve fırının içinde kaybolabilir.

Yuvarlanma

Çiçek, silindirlerden geçirildi ve çubuklar üretildi. Ferforje çubuklar, çamur çubukları veya su birikintisi çubukları olarak adlandırılan kalitesizdi. Kalitelerini artırmak için, çubuklar kesildi, yığıldı ve teller ile birbirine bağlandı; bu işlem, yığma veya istifleme olarak bilinen bir işlemdi . Daha sonra kaynak durumuna gelene kadar yeniden ısıtıldılar, dövülerek kaynaklandılar ve tekrar çubuklar halinde haddelendiler. İstenilen kalitede ferforje üretmek için işlem birkaç kez tekrarlanabilir. Birden çok kez haddelenmiş dövme demire ticari demir veya ticari demir denir.

Lancashire süreci

Su birikintisinin avantajı, yakıt olarak kömür değil kömür kullanmasıydı. Ancak, kömürden yoksun olan İsveç'te bunun pek bir avantajı yoktu. Gustaf Ekman , Ulverston'da İsveç'tekilerden oldukça farklı olan odun kömürü inceliklerini gözlemledi . 1830'larda İsveç'e döndükten sonra, su birikintisine benzer bir süreç denedi ve geliştirdi, ancak sonraki yıllarda Bergslagen'de yaygın olarak benimsenen yakacak odun ve odun kömürü kullandı .

aston süreci

1925'te Amerika Birleşik Devletleri'nden James Aston, ferforje demiri hızlı ve ekonomik bir şekilde üretmek için bir süreç geliştirdi. Bir Bessemer dönüştürücüsünden erimiş çeliği alıp daha soğuk sıvı cürufa dökmeyi içeriyordu . Çeliğin sıcaklığı yaklaşık 1500 °C'dir ve sıvı cüruf yaklaşık 1200 °C'de tutulur. Erimiş çelik büyük miktarda çözünmüş gaz içerir, bu nedenle sıvı çelik, sıvı cürufun daha soğuk yüzeylerine çarptığında gazlar serbest kalır. Erimiş çelik daha sonra donarak yaklaşık 1370 °C'lik bir sıcaklığa sahip süngerimsi bir kütle verdi. Süngerimsi kütle daha sonra , su birikintisi altında (yukarıda) anlatıldığı gibi shingle ve yuvarlanarak bitirilecektir . Yöntemle parti başına üç ila dört ton dönüştürülebilir.

Reddetmek

Çelik , üretimi için Bessemer süreci kabul edilir edilmez (1865'ten itibaren) demiryolu rayları için demirin yerini almaya başladı . Demir, azot, yüksek karbon, aşırı fosfor veya çok hızlı haddeleme sırasında veya çok hızlı haddeleme sırasında aşırı sıcaklığın neden olduğu kırılgan çelikle ilgili sorunlar nedeniyle 1880'lere kadar yapısal uygulamalarda baskın kaldı. 1890'a gelindiğinde çelik, yapısal uygulamalar için büyük ölçüde demirin yerini almıştı.

Sac demir (Armco %99.97 saf demir), cihazlarda kullanım için iyi özelliklere sahipti, emaye ve kaynak için çok uygun ve paslanmaya karşı dayanıklıydı.

1960'larda çelik üretiminin fiyatı geri dönüşüm nedeniyle düşüyordu ve Aston prosesi kullanılarak bile ferforje üretimi emek yoğundu. Ferforje üretiminin, düşük karbonlu çeliğe göre yaklaşık iki kat daha pahalı olduğu tahmin edilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, son bitki 1969 yılında kapalı dünyadaki son Atlası Forge oldu Thomas Walmsley ve Oğulları yılında Bolton Onun 1860'lardan dönemi ekipman taşındı 1973 yılında kapatılmış, İngiltere, Blists Tepesi sitenin içinde Koruma için Ironbridge Gorge Müzesi . Bazı dövme demirler hala tarihi mirasın restorasyonu amacıyla üretiliyor, ancak yalnızca hurda geri dönüştürülerek.

Özellikler

Karanlık cüruf içeriği gösteren dövme demir mikro, ferrit

Ferforje içindeki cüruf kalıntıları veya kirişler , diğer demirli metal formlarında bulunmayan özellikleri verir. İnç kare başına yaklaşık 250.000 kapanım vardır. Taze bir kırık, yüksek ipeksi bir parlaklığa ve lifli bir görünüme sahip açık mavimsi bir renk gösterir.

Ferforje, ısıl işlemle sertleştirme için gerekli karbon içeriğinden yoksundur , ancak çeliğin yaygın olmadığı veya bilinmediği alanlarda, sertleştirmek için aletler bazen soğuk işlenmiştir (dolayısıyla soğuk demir ). Düşük karbon içeriğinin bir avantajı, mükemmel kaynaklanabilirliğidir. Ayrıca sac dövme demir (soğuk işlendiğinde) çelik sac kadar bükülemez. Ferforje eritilebilir ve dökülebilir, ancak ürün artık ferforje değildir, çünkü ferforje karakteristik cüruf kirişleri eritme sırasında kaybolur, bu nedenle ürün saf olmayan döküm Bessemer çeliğine benzer. Her ikisi de daha ucuz olan dökme demir veya çeliğe kıyasla mühendislik avantajı yoktur.

Demir cevheri menşei ve demir üretimindeki farklılıklar nedeniyle, dövme demir, diğer demir alaşımlarına kıyasla korozyon direncinde daha düşük veya daha üstün olabilir. Bu korozyon direncinin arkasında birçok mekanizma vardır. Chilton ve Evans, nikel zenginleştirme bantlarının korozyonu azalttığını buldu. Ayrıca, birikintili, dövülmüş ve yığılmış demirde, metalin işlenmesinin, korozyonu yavaşlatan elektrokimyasal koşullar üreten bakır, nikel ve kalay safsızlıklarını yaydığını buldular. Cüruf kalıntılarının korozyonu düz bir filme yaydığı ve demirin çukurlaşmaya karşı direnmesini sağladığı gösterilmiştir. Başka bir çalışma, cüruf kalıntılarının korozyona giden yollar olduğunu göstermiştir. Diğer çalışmalar, dövme demirdeki kükürt safsızlıklarının korozyon direncini azalttığını, ancak fosforun korozyon direncini arttırdığını göstermektedir. Yüksek konsantrasyonda klorür iyonlarına sahip ortamlar da dövme demirin korozyon direncini azaltır.

Dövme demir, yumuşak çelikle aynı şekilde kaynaklanabilir, ancak oksit veya inklüzyonların varlığı kusurlu sonuçlar verecektir. Malzeme pürüzlü bir yüzeye sahiptir, bu nedenle kaplamaları ve kaplamaları daha iyi tutabilir. Örneğin, dövme demire uygulanan galvanik çinko kaplama, çelik üzerindeki aynı kaplamadan yaklaşık %25-40 daha kalındır. Tablo 1'de, dövme demirin kimyasal bileşimi, pik demir ve karbon çeliği ile karşılaştırılmıştır . Ferforje ve sade karbon çeliği benzer kimyasal bileşimlere sahip gibi görünse de bu aldatıcıdır. Manganez, kükürt, fosfor ve silikonun çoğu, dövme demirde bulunan cüruf liflerine dahil edilmiştir, bu nedenle, gerçekten, dövme demir, sade karbon çeliğinden daha saftır.

Tablo 1: Pik demir, sade karbon çeliği ve dövme demirin kimyasal bileşim karşılaştırması
Malzeme Demir Karbon Manganez Kükürt Fosfor Silikon
Dökme demir 91-94 3.5–4.5 0,5–2,5 0,018–0,1 0,03–0,1 0.25–3.5
Karbon çelik 98,1–99,5 0,07–1,3 0,3–1,0 0.02–0.06 0,002–0,1 0,005–0,5
Dövme demir 99-99,8 0,05-0,25 0,01–0,1 0,02–0,1 0,05–0,2 0,02–0,2
Tüm birimler yüzde ağırlıktır.
Kaynak:
Tablo 2: Ferforjenin özellikleri
Mülk Değer
Nihai çekme mukavemeti [psi (MPa)] 34.000–54.000 (234–372)
Nihai sıkıştırma gücü [psi (MPa)] 34.000–54.000 (234–372)
Nihai kesme mukavemeti [psi (MPa)] 28.000–45.000 (193–310)
Verim noktası [psi (MPa)] 23.000–32.000 (159–221)
Elastisite modülü (gerilimde) [psi (MPa)] 28.000.000 (193.100)
Erime noktası [°F (°C)] 2.800 (1.540)
Spesifik yer çekimi 7.6–7.9
7,5–7,8

Diğer özelliklerinin yanı sıra, dövme demir kırmızı sıcaklıkta yumuşar ve kolayca dövülebilir ve kaynak yapılabilir . Geçici mıknatıslar oluşturmak için kullanılabilir , ancak kalıcı olarak mıknatıslanamaz ve sünek , dövülebilir ve dayanıklıdır .

süneklik

Çoğu amaç için, süneklik, dövme demirin kalitesinin çekme mukavemetinden daha önemli bir ölçüsüdür. Çekme testinde, en iyi ütüler, bozulmadan önce önemli ölçüde uzamaya maruz kalabilir. Daha yüksek gerilimli dövme demir kırılgandır.

Buharlı gemilerdeki çok sayıda kazan patlaması nedeniyle, ABD Kongresi 1830'da sorunu düzeltmek için fonları onaylayan bir yasa çıkardı. Hazine, Franklin Enstitüsü'ne bir araştırma yapması için 1500 dolarlık bir sözleşme verdi. Çalışmanın bir parçası olarak Walter R. Johnson ve Benjamin Reeves, İsveç'te Lagerhjelm'in tasarımına dayalı olarak 1832'de inşa ettikleri bir test cihazını kullanarak çeşitli kazanlar üzerinde dayanıklılık testleri yaptılar. Ne yazık ki, çekme mukavemeti ve sünekliğin yanlış anlaşılmasından dolayı, onların çalışmaları arızaları azaltmak için çok az şey yaptı.

Sünekliğin önemi, Thurston'ın yorumu gibi, borulu kazanların geliştirilmesinde çok erken bir dönemde fark edildi:

Yapımcıların kendilerine "kurşun gibi çalışan" koyduklarını iddia ettikleri kadar iyi demirden yapılmış olsaydı, yine iddia edildiği gibi, yırtıldıklarında, yırtılarak açılır ve bir kazan patlamasının olağan feci sonuçlarını üretmeden içindekileri boşaltırlardı. .

19. yüzyılda, özellikle sigorta şirketleri tarafından yapılan çeşitli kazan patlamaları araştırmalarında, kazanların daha fazla güç elde etmek için veya arızalı kazan basınç tahliye vanaları ve güvenilir bir şekilde elde edilmesindeki zorluklar nedeniyle, kazanların güvenli basınç aralığının üzerinde çalıştırılmasının en yaygın sonucu olduğu bulunmuştur. basınç ve su seviyesi göstergesi. Kötü imalat da yaygın bir sorundu. Ayrıca buhar tamburlarındaki demirin kalınlığı modern standartlara göre düşüktü.

19. yüzyılın sonlarında, metalürjistler hangi özelliklerin ve süreçlerin iyi demir oluşturduğunu daha iyi anlayabildiklerinde, yerini çelik almaya başladı. Ayrıca, yangın borulu eski silindirik kazanların yerini, doğası gereği daha güvenli olan su borulu kazanlar aldı.

Saflık

2010'da Dr Gerry McDonnell İngiltere'de yaptığı bir analizle, geleneksel bir ergitmeden elde edilen bir dövme demir patlamasının, hiçbir karbon kanıtı olmaksızın %99.7 saf demire dönüştürülebileceğini gösterdi. Diğer dövme demirlerde yaygın olan kirişlerin bulunmadığı ve bu nedenle demircinin sıcak ve soğuk çalışmasını çok kolay hale getirdiği bulundu. Ticari bir saf demir kaynağı mevcuttur ve demirciler tarafından geleneksel dövme demir ve diğer yeni nesil demirli metallere alternatif olarak kullanılır.

Uygulamalar

Ferforje mobilya, Roma dönemine kadar uzanan uzun bir geçmişe sahiptir . Londra'daki Westminster Abbey'de 13. yüzyıldan kalma ferforje kapılar var ve ferforje mobilyalar, William III ve Mary II döneminde, 17. yüzyılda İngiltere'deki en popüler popülaritesine ulaştı . Ancak, dökme demir ve daha ucuz çelik, ferforje imalatında kademeli bir düşüşe neden oldu; Britanya'daki son ferforje fabrikası 1974'te kapandı.

Ayrıca fırın rafları , şarap rafları , tencere rafları , etajerler , masa altlıkları, masalar, kapılar, yataklar, mumluklar, perde çubukları, barlar ve bar tabureleri gibi ev dekor ürünlerinin yapımında da kullanılır .

Bugün mevcut olan dövme demirin büyük çoğunluğu geri kazanılmış malzemelerdendir. Limanlardan çıkarılan eski köprüler ve çapa zincirleri başlıca kaynaklardır. Dövme demirin daha yüksek korozyon direnci, silisli safsızlıklardan (demir cevherinde doğal olarak oluşan), yani ferrik silikattan kaynaklanır .

Bu "ferforje" kapıları üretmek için yumuşak çelik kullanılmasına rağmen , dövme demir , kapı ve çit endüstrisinde genel bir terim olarak onlarca yıldır kullanılmaktadır. Bunun başlıca nedeni, gerçek dövme demirin sınırlı mevcudiyetidir. Çelik, dövme demir ile yapılamayan korozyonu önlemek için sıcak daldırma galvanizli olabilir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

  • Bealer, Alex W. (1995). Demircilik Sanatı . Edison, NJ: Kale Kitapları. s. 28–45. ISBN'si 0-7858-0395-5.
  • Gordon, Robert B (1996). Amerikan Demiri 1607–1900 . Baltimore ve Londra: Johns Hopkins University Press. ISBN'si 0-8018-6816-5.

Dış bağlantılar

  • Wikimedia Commons'ta Ferforje ile ilgili medya