Pin
Send
Share
Send


Պողպատե արտադրության համար երկաթի հանքաքարեր

Երկաթը, ինչպես մետաղների մեծ մասը, Երկրի կեղևում տարրական վիճակում չի հայտնաբերվել: Երկաթը կեղևում կարելի է գտնել միայն թթվածնի կամ ծծմբի հետ միասին: Սովորաբար Fe2Օ3- երկաթի օքսիդի (ժանգի) ձևը, որը հայտնաբերվել է որպես հանքային հեմատիտ և FeS2-Պիրիտ (հիմարի ոսկի): Երկաթի օքսիդը փափուկ ավազաքարերի նման նյութ է ինքնուրույն սահմանափակ օգտագործմամբ: Երկաթը հանվում է հանքաքարից `թթվածինը հեռացնելով` այն համատեղելով այն նախընտրած քիմիական զուգընկերոջ հետ, ինչպիսին է ածխածինը: Այս գործընթացը, որը հայտնի է որպես հալեցում, առաջին անգամ կիրառվեց հալման ավելի ցածր կետերով մետաղների վրա: Պղինձը հալվում է ավելի քան 1000 ° C- ով, իսկ անագը հալվում է 250 ° C- ի սահմաններում: Պողպատը հալվում է 1,370 ° C ջերմաստիճանում: Երկու ջերմաստիճանն էլ կարելի էր հասնել հին մեթոդներով, որոնք օգտագործվել են առնվազն վեց հազար տարի (բրոնզե դարից ի վեր): Քանի որ օքսիդացման արագությունը ինքնին արագորեն աճում է 800 ° C- ից ցածր, կարևոր է, որ հալեցումը տեղի ունենա ցածր թթվածնի միջավայրում: Ի տարբերություն պղնձի և անագի, հեղուկ երկաթը բավականին արագ լուծարում է ածխածինը, այնպես որ հալեցումը հանգեցնում է համաձուլվածքի, որը պարունակում է շատ ածխածին, որը կոչվում է պողպատ:

Երկաթ-ածխածնի փուլային դիագրամ `ցույց տալով տարբեր փուլերի ձևավորման համար անհրաժեշտ պայմանները

Նույնիսկ պողպատը կազմող նեղ շրջանակում, ածխածնի և երկաթի խառնուրդները կարող են վերածվել մի շարք տարբեր կառույցների կամ բաշխվածքների ՝ շատ տարբեր հատկություններով. դրանց հասկանալը անհրաժեշտ է որակյալ պողպատ պատրաստելու համար: Սենյակային ջերմաստիճանում երկաթի առավել կայուն ձևը մարմնի կենտրոնացված խորանարդ (BCC) կառուցվածքն է `ֆերիտը կամ α-երկաթը, բավականին փափուկ մետաղական նյութ, որը կարող է լուծարել ածխածնի միայն մի փոքր կոնցենտրացիան (910-ին քաշից ոչ ավելի, քան 0,021 տոկոս): ° C): 910 ° C- ից վերև ֆերիտը անցնում է փուլային անցում մարմնի կենտրոնացված խորանարդից դեպի դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (FCC) կառուցվածքը, որը կոչվում է austenite կամ γ- երկաթ, որը նույնքան փափուկ և մետաղական է, բայց կարող է լուծարել զգալիորեն ավելի ածխածնի (նույնքան 2.03 տոկոս ըստ քաշի ածխածնի ՝ 1,154 ° C):2

Երբ ածխածնի հարուստ ավստենիտը սառչում է, խառնուրդը փորձում է վերադառնալ ֆերիտային փուլ, որի արդյունքում ավելորդ է ածխածնի: Աուստենիտից դուրս գալու ածխաթթու եղանակներից մեկն այն է, որ ցեմենտիտը խառնուրդը դուրս գա, հետևից թողնելով երկաթը, որը բավականաչափ մաքուր է, որպեսզի ստացվի ֆերիտի ձև, և արդյունքում ստացվի ցեմենտիտ-ֆերիտային խառնուրդ: Cեմենտիտը ստեիչիոմետրիկ փուլ է Fe- ի քիմիական բանաձևով3Գ. Cեմենտիտի ձևերը ավելի բարձր ածխածնի պարունակության շրջաններում, մինչդեռ մնացած տարածքները վերածվում են դրա շուրջ ֆերիիտի: Ինքն ամրապնդող օրինաչափությունները հաճախ առաջանում են այս գործընթացի ընթացքում, ինչը հանգեցնում է մարգարտի նման արտաքինի կամ նմանատիպ, բայց պակաս գեղեցիկ բեյնիտի պատճառով հայտնի մարգարիտ:

Թերևս ամենակարևոր ալոտրոպը մարենսիտն է, որը քիմիապես մետաստական ​​նյութ է `ֆերիտի ուժը մոտ չորսից հինգ անգամ: Մարտենսիտ ձևավորելու համար անհրաժեշտ է նվազագույնը 0,4 տոկոս ածխածին: Երբ austenite- ը դադարում է martensite ձևավորելու համար, ածխածինը «սառեցվում» է տեղում, երբ բջջային կառուցվածքը փոխվում է FCC- ից մինչև BCC: Ածխածնի ատոմները չափազանց մեծ են ինտերստիցիալ պատվաստանյութերի մեջ տեղավորվելու համար և այդպիսով բջիջների կառուցվածքը աղավաղում են մարմնի կենտրոնացված տետրագոնալ (BCT) կառուցվածքում: Martensite- ը և austenite- ը ունեն նույնական քիմիական կազմ: Որպես այդպիսին, այն կազմելու համար պահանջում է չափազանց քիչ ջերմային ակտիվացման էներգիա:

Steերմամշակումների մեծամասնության համար ջերմամշակման գործընթացը ներառում է համաձուլվածքների ջեռուցումը մինչև օստենիտի ձևերը, այնուհետև տաք մետաղը ջրի կամ յուղի չորացումը, այն արագորեն սառեցնելով, որ ֆերիտի կամ մարգարիտի վերափոխումը ժամանակ չունի: Ի հակադրություն, Martensite- ի վերափոխումը տեղի է ունենում գրեթե անմիջապես ՝ ակտիվացման ավելի ցածր էներգիայի պատճառով:

Martensite- ն ավելի ցածր խտություն ունի, քան austenite- ը, այնպես որ դրանց միջև փոխակերպումը հանգեցնում է ծավալի փոփոխության: Այս դեպքում ընդլայնում է տեղի ունենում: Ներքին շեշտադրումներն այս ընդարձակումից, ընդհանուր առմամբ, սեղմման ձև են դառնում մարիցիտիտի բյուրեղների վրա, իսկ մնացած ֆերիտի վրա լարվածությունը ՝ երկու բաղադրիչի վրա էլ կտրվածքի բավականին մեծ քանակությամբ: Եթե ​​մարումը կատարվում է ոչ պատշաճ կերպով, ապա այդ ներքին սթրեսը կարող է մի մասը փչացնել, քանի որ այն սառչում է: համենայն դեպս, դրանք առաջացնում են ներքին աշխատանքի կարծրացում և այլ մանրադիտակային թերություններ: Commonուրը չորացնելիս սովորական է հանգցնել ճաքերը, չնայած դրանք միշտ չէ, որ տեսանելի են:

Այս պահին, եթե ածխածնի պարունակությունը բավականաչափ բարձր է `Martensite- ի զգալի կոնցենտրացիան արտադրելու համար, արդյունքը ծայրահեղ ծանր, բայց շատ փխրուն նյութ է: Հաճախ, պողպատը անցնում է հետագա ջերմային բուժմանը ավելի ցածր ջերմաստիճանում `որոշ մարենսիտների ոչնչացման համար (թույլ տալով ձևավորել բավականաչափ ժամանակ ցեմենտի համար և այլն, ձևավորել) և օգնել լուծել ներքին սթրեսներն ու թերությունները: Սա փափկացնում է պողպատը ՝ արտադրելով ավելի ճկուն և կոտրվածքների դիմացկուն մետաղ: Քանի որ ժամանակը այնքան կարևոր է վերջնական արդյունքի համար, այս գործընթացը հայտնի է որպես խառնիչ, որը ձևավորում է գայթակղված պողպատ:

Արդյունքում պարունակվող հատկությունները հարմարեցնելու համար երկաթ-ածխածնի խառնուրդին հաճախ ավելացվում են այլ նյութեր: Պողպատում նիկելը և մանգանը ավելացնում են իր առաձգական ուժը և ավելի դարձնում են austenite- ը քիմիապես ավելի կայուն, քրոմը մեծացնում է կարծրությունն ու հալման ջերմաստիճանը, իսկ վանադիադամը նաև մեծացնում է կարծրությունը `միևնույն ժամանակ նվազեցնելով մետաղական հոգնածության հետևանքները: Մեծ քանակությամբ քրոմ և նիկել (հաճախ համապատասխանաբար 18% և 8%) ավելացվում են չժանգոտվող պողպատից, որպեսզի կոշտ օքսիդը ձևավորվի մետաղի մակերևույթում `կոռոզիան խանգարելու համար: Վոլֆրամը խանգարում է ցեմենտիտի ձևավորմանը ՝ թույլ տալով, որ մարենսիտը ձևավորվի դանդաղ մարող տեմպերով, ինչի արդյունքում ստացվում է բարձր արագությամբ պողպատ: Մյուս կողմից, ծծումբը, ազոտը և ֆոսֆորը պողպատն ավելի փխրուն են դարձնում, ուստի այդ սովորաբար հայտնաբերված տարրերը մշակման ընթացքում պետք է հանվեն հանքաքարից:

Երբ երկաթը իր հանքաքարից հալվում է առևտրային գործընթացներով, այն պարունակում է ավելի շատ ածխածին, քան ցանկալի է: Պողպատ դառնալու համար այն պետք է հալվի և վերամշակվի `հանելու ածխածնի ճիշտ քանակը, որի պահին կարող են ավելացվել այլ տարրեր: Այս հեղուկը գցելիս է ձիթապտղի մեջ, սովորաբար այն պետք է «մշակվի» բարձր ջերմաստիճանում, որպեսզի ամուրացման գործընթացից հանվի ցանկացած ճեղքեր կամ վատ խառնված շրջաններ, և այնպիսի ձևեր ստեղծի, ինչպիսիք են ափսեը, սավանը, մետաղալարը և այլն: Այնուհետև այն ջերմություն է: բուժվել է ցանկալի բյուրեղային կառուցվածքը արտադրելու համար, և հաճախ «սառը մշակված» է վերջնական ձևը արտադրելու համար: Ժամանակակից պողպատագործության մեջ այդ գործընթացները հաճախ համակցված են, հանքանյութը հավաքվում է հավաքման գծի մի ծայրում, իսկ ավարտված պողպատը դուրս է գալիս մյուսը: Սրանք կարող են բարելավվել աշխատանքի կարծրացման և խառնաշփոթության միջև փոխազդեցության խիստ հսկողությամբ:

Երկաթի և պողպատագործության պատմություն

Երկաթը սահմանափակ օգտագործման մեջ էր, շատ ավելի շուտ, քան հնարավոր եղավ հալեցնել այն: Երկաթի օգտագործման առաջին նշանները գալիս են Հին Եգիպտոսից և Սումերից, որտեղ մոտ 4000 B.C.E. փոքր իրեր, ինչպիսիք են նիզակների և զարդերի խորհուրդները, նորաձևվում էին երկնաքարից ստացված երկաթից (տես երկաթ. պատմություն): Երկնաքարերի մոտ վեց տոկոսը բաղկացած է երկաթի-նիկելի խառնուրդից, իսկ երկնաքարի ընկնումներից վերականգված երկաթը հին ժողովրդներին թույլ է տվել փոքր քանակությամբ երկաթե արտեֆակտներ արտադրել:

Երկնաքեր երկաթը նույնպես գործիքավորվեց Հյուսիսային Ամերիկայում նախօրոք օգտագործելու համար: 1000 թվականից սկսած, Գրենլանդիայի Թուլե ժողովուրդը սկսեց պատրաստել կոճղոններ և այլ ճզմված գործիքներ Քեյփ Յորքի երկնաքարի կտորներից: Այս արտեֆակտները օգտագործվել են նաև որպես արկտիկական այլ ժողովուրդների հետ առևտրի ապրանքներ. Քեյփ Յորքի երկնաքարից պատրաստված գործիքները հայտնաբերվել են հնագիտական ​​տեղանքներում ավելի քան 1000 մղոն հեռավորության վրա (1.600 կմ) հեռավորության վրա: Երբ ամերիկյան բևեռախույզ Ռոբերտ Փերին երկնաքարի ամենամեծ կտորը տեղափոխեց Նյու Յորք նահանգի բնական պատմության ամերիկյան թանգարան 1897 թվականին, այն դեռ կշռում էր ավելի քան 33 տոննա:

Մի քանի հնագույն լեզուներում երկաթի անունը նշանակում է «երկնքի մետաղ» կամ նման մի բան: Հեռավոր հնում երկաթը համարվում էր թանկարժեք մետաղ, որը հարմար էր թագավորական զարդարանքների համար:

Ներկայումս երկաթը մթնոլորտում ամենաշատ վերամշակված նյութն է:

Երկաթի դարաշրջան

Երկաթյա առանցք Շվեդիայի երկաթե դարից, որը գտնվել է Շվեդիայի Գոտլանդ քաղաքում

Սկսած 3000 B.C.E. մինչև 2000 թվականը B.C.E., հալած երկաթի առարկաների աճող թվաքանակները (մետեորական երկաթից տարբերվում են իրենց նիկելի պակասով) հայտնվում են Անատոլիայում, Եգիպտոսում և Միջագետքում (տե՛ս Iron: History): Երկաթի հնագույն հայտնի նմուշները, որոնք, կարծես, հալվել են երկաթի օքսիդներից, փոքրիկ ցցիկներ են, որոնք հայտնաբերվել են Սինայի թերակղզու պղնձաձուլման վայրերում, որոնք թվագրվում են մոտ 3000 B.C.E. Որոշ երկաթի օքսիդներ պղնձաձուլման արդյունավետ հոսքեր են. հնարավոր է, որ մետաղի երկաթի փոքր քանակությունը պատրաստվել է որպես բրոնզե դարաշրջանում պղնձի և բրոնզե արտադրության ենթաշերտ:

Անատոլիայում հալած երկաթը ժամանակ առ ժամանակ օգտագործվում էր դեկորատիվ զենքի համար. Բրոնզե թմբուկով երկաթգիծ ունեցող դաշտն ապաքինվել է Հաթտիկ գերեզմանից, որը թվագրվում է 2500 B.C.E. Նաև մահացավ 1323 թ.-ին մահացավ Եգիպտոսի հին իշխան Թութանկամունը: և թաղվեց երկաթյա դաշույնով ՝ ոսկե գողությամբ: Ուգարացու պեղումներում հայտնաբերվել են հին եգիպտական ​​սուրը, որը կրում է փարավոն Մեռնեպտա անունը, ինչպես նաև մարտական ​​կացին երկաթե շեղբերով և ոսկուց զարդարված բրոնզե բամբակով: Հայտնի է, որ վաղ խեթացիները երկաթը փշրել էին արծաթի համար, երկաթի քաշը 40 անգամ ավելի փոքր չափով ՝ Ասորեստանի հետ:

Սակայն երկաթը չփոխարինեց բրոնզին, քանի որ հիմնական մետաղը, որն օգտագործվում էր զենքի և գործիքների համար մի քանի դար, չնայած որոշ փորձերին: Աշխատանքային երկաթը պահանջում էր ավելի շատ վառելիք և զգալիորեն ավելի շատ աշխատուժ, քան աշխատող բրոնզը, և վաղ սիմիտների արտադրած երկաթի որակը կարող է ցածր լինել բրոնզին ՝ որպես գործիք գործիքների համար: Այնուհետև, 1200-ից մինչև 1000 մ.թ.ա. երկաթե գործիքներն ու զենքերը բրոնզե տեղահանվածները տեղակայեցին մերձավոր արևելքում: Այս գործընթացը, կարծես, սկսվել է Հեթիթական կայսրությունում ՝ շուրջ 1300 B.C.E., կամ Կիպրոսում և հարավային Հունաստանում, որտեղ 1050 B.C.E- ից հետո հնագիտական ​​գրառումներում գերակշռում են երկաթի արտեֆակտները: Միջագետքը ամբողջ երկաթի դարաշրջանում էր 900 B.C.E., կենտրոնական Եվրոպայում 800 B.C.E. Երկաթի հանկարծակի ընդունման պատճառը մնում է հնագետների միջև քննարկման առարկա: Մեկ ակնառու տեսություն է, որ պատերազմական գործողությունները և զանգվածային գաղթությունները սկսվում են 1200 B.C.E- ից սկսած: խաթարեց տարածքային անագի առևտուրը ՝ ստիպելով տեղափոխվել բրոնզից երկաթ: Մյուս կողմից, Եգիպտոսը չի ունեցել այդպիսի արագ անցում բրոնզից դեպի երկաթ դարեր. Չնայած եգիպտական ​​սմիթները երկաթի արտեֆակտ էին արտադրում, բրոնզը մնում էր լայն տարածում այդտեղ մինչև 663 թ. – ին Ասորեստանի կողմից Եգիպտոսի նվաճումը:

Այս պահին երկաթի հալումը հիմնված էր ծաղկեփնջերի վրա, մի վառարան, որտեղ օգտագործվում էին փնջեր, որոնք ստիպված էին օդը ստիպել երկաթի հանքաքարի մի կույտով և այրվող փայտածուխով: Փայտածուխի արտադրած ածխածնի մոնօքսիդը երկաթի օքսիդները իջեցրել է մետաղական երկաթի, բայց ծաղկաթերթը այնքան էլ տաք չէր երկաթի հալման համար: Փոխարենը, վառարանի ներքեւի մասում հավաքված երկաթը որպես սպունգ զանգված, կամ ծաղկել, որի ծակոտիները լցված էին մոխիրով և խարամով: Այնուհետև ծաղկումը պետք է նորից տաքացներ ՝ երկաթը մեղմելու և խարամը հալելու համար, այնուհետև բազմիցս ծեծել ու ծալել, որպեսզի հալած խարամը դուրս գա դրանից: Այս ժամանակատար և աշխատատար այս գործընթացի արդյունքն էր կեղևավորված երկաթը, կեղտոտ, բայց բավականին փափուկ խառնուրդ, որը պարունակում էր քիչ ածխածին:

Մեղր երկաթը կարող է լինել կարբյուրացված մեջ մեղմ պողպատ, այն երկար ժամանակով փայտածուխի կրակի մեջ պահելով: Մինչ երկաթե դարի սկիզբը, Սմիթները հայտնաբերել էին, որ երկաթը, որը բազմիցս վերափոխվում էր, ավելի բարձր որակի մետաղ է արտադրում: Այս անգամ հայտնի էր նաև քամիչի կարծրացումը: Քամիչի կարծրացած ամենահին պողպատե առարկան այն դանակն է, որը հայտնաբերվել է Կիպրոսում ՝ 1100 B.C.E թվագրության վայրում:

Զարգացումները Չինաստանում

Հնագետները և պատմաբանները քննարկում են, թե արդյոք ծաղկաբուծության վրա հիմնված արդուկը երբևէ տարածվել է Չինաստան Մերձավոր Արևելքից: Մոտ 500 B.C.E., սակայն, հարավային Ուուի նահանգի մետաղագործները մշակեցին երկաթի հալման տեխնոլոգիա, որը Եվրոպայում չի կիրառվի մինչև ուշ միջնադար: Վու քաղաքում երկաթի հալեցուցիչները հասել են 1,130 ° C ջերմաստիճանի, բավականաչափ տաք է, որպեսզի համարվի պայթյունի վառարան: Այս ջերմաստիճանում երկաթը համատեղում է 4,3 տոկոս ածխածնի հետ և հալվում: Որպես հեղուկ, երկաթը կարող է ձուլվել ձուլվածքների մեջ, մի մեթոդ, որը շատ ավելի քիչ աշխատատար է, քան անհատապես կեղծել երկաթի յուրաքանչյուր կտոր ծաղկումից:

Չուգունը բավականին փխրուն է և ոչ պիտանի համար հարմարանք գործելու համար: Այն կարող է, այնուամենայնիվ, լինել decarburized պողպատից կամ մշակված երկաթից `մի քանի օր տաքացնելով օդում: Չինաստանում երկաթագործության այս եղանակները տարածվեցին դեպի հյուսիս, և 300 B.C.E- ի միջոցով երկաթը ողջ Չինաստանում ընտրության նյութն էր շատ գործիքների և զենքի համար: Զանգվածային գերեզման Հեբեյ նահանգում, որը թվագրվում է III դարի սկզբին B.C.E., պարունակում է մի քանի զինծառայողներ, որոնք թաղված են իրենց զենքերով և այլ սարքավորումներով: Այս գերեզմանից վերականգնված արտեֆակտերը զանազանորեն պատրաստված են կեղևազերծված երկաթից, չուգունից, մալալիզացված չուգունից և չորացրած պողպատից, միայն մի քանի, հավանաբար դեկորատիվ, բրոնզե զենքերով:

Հան դինաստիայի (202 B.C.E.-220 C.E.) ժամանակ չինական երկաթագործությունը հասավ այնպիսի մասշտաբի և բարդության, որը Արևմուտքում չէր հասնում մինչև տասնութերորդ դար: Առաջին դարում Հանի կառավարությունը հիմնեց երկաթագործությունը ՝ որպես պետական ​​մենաշնորհ և Հենանի նահանգում կառուցեց մի շարք խոշոր պայթյուններ, որոնցից յուրաքանչյուրը կարող էր օրական արտադրել մի քանի տոննա երկաթ: Այս ժամանակ չինացի մետալուրգիստները հայտնաբերել էին, թե ինչպես ծովախեցգետին հալած խոզի երկաթ, խառնելով այն բաց երկնքի տակ, քանի դեռ չկորցրեց իր ածխածինը և դարձավ մշակված երկաթ (չինարեն լեզվով ՝ գործընթացը կոչվում էր քաո, բառացիորեն, խառնել տապակել):

Նաև այս ընթացքում չինացի մետալուրգիստները պարզել են, որ կեղևաջրը և չուգունը կարող են հալվել միասին `ածխածնի միջանկյալ պարունակության խառնուրդ, այսինքն` պողպատ: Ըստ լեգենդի ՝ այս նորաձևության մեջ պատրաստվել է Լի Բանգի առաջին դերը ՝ Հանի առաջին կայսրը: Դարաշրջանի որոշ տեքստեր նշում են «կոշտին և մեղմը ներդաշնակեցնելը» երկաթագործության համատեքստում. արտահայտությունը կարող է վերաբերվել այս գործընթացին:

Պողպատագործություն Հնդկաստանում և Շրի Լանկայում

Թերևս 300 B.C.E.- ում, չնայած, անշուշտ, 200 C.E- ով, Հնդկաստանի հարավում բարձրորակ պողպատ արտադրվում էր նաև այն բանի շնորհիվ, ինչը հետագայում եվրոպացիները կկոչեին խաչակնքող տեխնիկա: Այս համակարգում բարձր մաքրությամբ մշակված երկաթը, փայտածուխը և ապակին խառնվել են խաչմերուկներում և ջեռուցվում են, մինչև երկաթը հալվի և ներծծի ածխածինը: Պողպատե պատրաստման ամենավաղ ապացույցներից մեկը գալիս է մեզ Շրի Լանկայի Սամանալավվա շրջանում, որտեղ գտնվել են հազարավոր վայրեր (Juleff 1996):

Պողպատագործություն վաղ ժամանակակից Եվրոպայում

XVII դարի սկզբին Արևմտյան Եվրոպայում երկաթագործները գտել էին մի միջոց (կոչվում է) ցեմենտացում) կարբյուրացնել կռած երկաթը: Կեղտոտ երկաթյա ճաղերը և փայտածուխը փաթեթավորված էին քարե տուփերի մեջ, այնուհետև պահվում էին կարմիր տապի վրա մինչև մեկ շաբաթ: Այս ընթացքում ածխածինը տարածվել է երկաթի մեջ ՝ արտադրելով արտադրանք, որը կոչվում է ցեմենտի պողպատ կամ բշտիկ պողպատ (տես ցեմենտացման գործընթացը): Անգլիայի ամենահին վայրերից մեկը, որտեղ դա օգտագործվել է Անգլիայում, եղել է Coalbrookdale- ում, որտեղ Sir Basil Brooke- ն ուներ երկու ցեմենտի վառարան (վերջերս պեղվել է): 1610-ականներին որոշ ժամանակ նա ուներ արտոնագիր այդ գործընթացին, բայց դա պետք է հանձնվեր 1619-ին: Նա, հավանաբար, օգտագործում էր Դեկան անտառը որպես իր հումք:

Երկաթագործություն վաղ ժամանակակից Եվրոպայում

Վեցերորդից տասնութերորդ դարում երկաթի մեծ մասը պատրաստվում էր երկաստիճան պրոցեսով, որը ներառում էր պայթյունի վառարան և մանրաթելերի պատրաստման աշխատանքներ ՝ փայտածուխ օգտագործելով որպես վառելիք: Սակայն արտադրությունը սահմանափակ էր փայտածուխ պատրաստելու համար փայտանյութի մատակարարմամբ:

Փրփրացող վառարանի սխեմատիկ նկարչություն

Մինչև տասնութերորդ դարը Արևմտյան Եվրոպայում անտառահատումը դարձնում էր երկաթագործությունը, և դրա փայտածուխ պարունակող գործընթացները գնալով թանկանում էին: 1709 թ.-ին Աբրահամ Դարբին սկսեց հալեցնել երկաթը ՝ օգտագործելով կոոկ, նուրբ ածուխ պարունակող արտադրանք, փայտածխի փոխարեն ՝ փայտածուխի փոխարեն, Անգլիայի Քոալբրուկդեյլ քաղաքում իր երկաթագործության մեջ: Չնայած, որ կոոկը կարող էր ավելի քիչ թանկ արտադրվել, քան փայտածուխը, կոկով քամուց երկաթն ի սկզբանե անթերի որակի էր `համեմատած փայտածուխ երկաթի հետ: Մինչև 1750-ական թվականները, երբ Դարբիի որդին, որը նույնպես կոչվում էր Աբրահամ, կարողացավ սկսել կոկիկ հալած երկաթի վաճառք `պատրաստի մորթուց պատրաստված կաղնու երկաթի արտադրության համար:

XVIII դարի եվրոպական մեկ այլ զարգացում `պուդինգի վառարանի գյուտը: Մասնավորապես, 1784 թվականին բրիտանացի երկաթագործ Հենրի Քորթի կողմից մշակված ածուխով քամիչով վառարանի ձևը հնարավորություն տվեց չուգունը վերամշակված երկաթը վերածել խոշոր խմբաքանակների (առանց փայտածուխի) `վերածելով հնագույն հարդարանքի դարբնոցի: Այս մեթոդի միջոցով արտադրված կեղտոտ երկաթը դարձավ անգլիական միջին լեռնաշղթայի երկաթի արտադրության արհեստների հիմնական հումքը:

Արդյունաբերական պողպատագործություն

Bessemer- ի փոխարկիչի սխեմատիկ նկարչություն

Զանգվածային արտադրող պողպատի խնդիրը լուծվեց 1855-ին Հենրի Բեսեմերի կողմից ՝ Անգլիայի Շեֆիլդ քաղաքում գտնվող իր պողպատագործություններում Bessemer փոխարկիչի ներդրմամբ (վաղ փոխարկիչը դեռ կարելի է տեսնել քաղաքի Քելհամի կղզու թանգարանում): Բեսեմերի պրոցեսում պայթյունի վառարանից հալած խոզի երկաթը լցվում էր մեծ մարսողության մեջ, այնուհետև օդը հալած երկաթի միջով փչում էր ներքևից ՝ բորբոքելով ածխաթթու լուծույթը: Երբ ածխածնի վառվում էր, խառնուրդի հալման կետն ավելացավ, բայց այրվող ածխածնի ջերմությունից ապահովվում էր խառնուրդը հալեցնելու համար անհրաժեշտ լրացուցիչ էներգիա: Հալեցման մեջ ածխածնի պարունակությունը իջել է ցանկալի մակարդակի, օդային արտանետումը կտրվել է. Տիպային Bessemer փոխարկիչը կարող էր կես ժամվա ընթացքում 25 տոննա խոզերի խմբաքանակ դարձնել պողպատ:

Վերջապես, թթվածնի հիմնական գործընթացը ներկայացվեց Voest-Alpine- ի աշխատանքներին 1952 թ. Bessemer- ի հիմնական գործընթացի փոփոխություն, այն պողպատից վերևից թթվածին է թողնում (ներքևից պղտորող օդի փոխարեն) ՝ իջեցնելով ազոտի ներթափանցման քանակը պողպատի մեջ: Թթվածնի հիմնական գործընթացը օգտագործվում է բոլոր ժամանակակից պողպատագործություններում; վերջին Bessemer- ի փոխարկիչը ԱՄՆ-ում պաշտոնաթող եղավ 1968 թ.-ին: Բացի այդ, վերջին երեք տասնամյակների ընթացքում նկատվել է հսկայական աճ մինի-գործարանային բիզնեսում, որտեղ գրությունը միայն պողպատն է հալվում էլեկտրական աղեղնավոր վառարանով: Այս ջրաղացները սկզբում միայն արտադրում էին բար ապրանքատեսակներ, բայց այդ ժամանակից ի վեր դրանք տարածվել են հարթ և ծանր ապրանքների ՝ ժամանակին ինտեգրված պողպատե արտադրության բացառիկ տիրույթում:

Մինչև XIX դարի այս զարգացումները, պողպատը թանկ ապրանք էր և օգտագործվում էր միայն սահմանափակ թվով նպատակներով, որտեղ անհրաժեշտ էր հատկապես կոշտ կամ ճկուն մետաղ, ինչպես գործիքների և աղբյուրների կտրող եզրերում: Էժան պողպատի լայն տարածումը ապահովեց երկրորդ արդյունաբերական հեղափոխությունն ու ժամանակակից հասարակությունը, քանի որ մենք դա գիտենք: Մեղմ պողպատը, ի վերջո, փոխարինեց մշակված երկաթը գրեթե բոլոր նպատակներով, իսկ մշակված երկաթն այժմ չէ (կամ այժմ հազիվ թե այժմ) պատրաստված է: Փոքր բացառություններով, խառնուրդային պողպատները միայն սկսեցին պատրաստվել XIX դարի վերջին: Չժանգոտվող պողպատը մշակվել է միայն Առաջին աշխարհամարտի նախօրեին և միայն 1920-ականներին սկսեց լայն տարածում գտել: Այս համաձուլվածքների պողպատները բոլորը կախված են էժան երկաթի և պողպատի էժան հասանելիությունից և այն կամքի վրա համաձուլելու ունակությունից:

Ներկայումս պողպատը աշխարհում ամենաշատ վերամշակված նյութն է, արդյունաբերությունը գնահատում է, որ ամեն տարի արտադրվող նոր մետաղի 42.3 տոկոսը վերամշակված նյութ է: Առկա է բոլոր պողպատը, որը ներկայումս վերամշակվում է, պողպատի երկար սպասարկման ժամկետը այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են շինարարությունը, նշանակում է, որ կա օգտագործման մեծ քանակությամբ պողպատ, որը վերամշակվում է, երբ այն դառնում է մատչելի: Բայց հումքից ստացված նոր մետաղը նույնպես անհրաժեշտ է պահանջարկը լրացնելու համար:

Պողպատի տեսակները

Ալյումինե պողպատները հայտնի էին հին ժամանակներից ՝ լինելով երկնաքարից հարուստ երկաթ, որը տաքացվում էր օգտակար ապրանքների մեջ: Ժամանակակից իմաստով ՝ երկաթի հալման ունակ վառարանների գյուտի արդյունքում ստացվել են ալյումինե պողպատներ, որոնցում կարող են նետվել և խառնվել այլ մետաղներ:

Պատմական տեսակները

  • Դամասկոսի պողպատ - հայտնի է հին ժամանակներում իր ամրության և եզրին պահելու ունակությամբ, այն ստեղծվել է մի շարք տարբեր նյութերից (ոմանք միայն հետքերով), ըստ էության, բարդ խառնուրդ երկաթի հետ, որպես հիմնական բաղադրիչ
  • Բլիստ պողպատ - ցեմենտացման գործընթացում արտադրված պողպատ
  • Փխրուն պողպատ - Բենջամին Հանթսմանի փխրուն տեխնիկայով արտադրված պողպատ
  • Styrian պողպատ - որը կոչվում է նաև «գերմանական պողպատ» կամ «Կուլեն պողպատ» (վաճառվում է Քյոլնի միջոցով), պատրաստվել է Ավստրիայի Ստիրիա քաղաքում (Հռոմեական Նորիկում նահանգ) `մետաղական հարուստ հանքաքարից չուգուն տուգանելով:
  • Կտրող պողպատ - բշտիկ պողպատ, որը կոտրվել է, ֆագոտացված, ջեռուցվել և եռակցվել ՝ ավելի համասեռ արտադրանք ստանալու համար

Ժամանակակից պողպատ

  • Ածխածնային պողպատից բաղկացած է պարզապես երկաթի և ածխածնի պողպատե արտադրության 90 տոկոսից:1
  • HSLA steels (բարձր ամրություն, ցածր խառնուրդ) ունեն այլ տարրերի փոքր հավելումներ (սովորաբար ավելի քիչ, քան երկու տոկոսը քաշով) `սովորաբար 1,5 տոկոս մանգան, որպեսզի լրացուցիչ ամրություն ապահովեն գների համեստ բարձրացման համար:
  • Oyածր խառնուրդ պողպատ համակցված է այլ տարրերի, սովորաբար մոլիբդենի, մանգանի, քրոմի կամ նիկելի հետ, մինչև տասը տոկոսը քաշով, բարելավելով հաստ հատվածների կարծրությունը:1
  • Չժանգոտվող պողպատներ և վիրաբուժական չժանգոտվող պողպատներ պարունակում է նվազագույնը տասը տոկոս քրոմ, որը հաճախ զուգորդվում է նիկելի հետ, կոռոզիային (ժանգը) դիմակայելու համար: Որոշ չժանգոտվող պողպատներ ոչ մագնիսական են:
  • Գործիքային պողպատ համաձուլված են մեծ քանակությամբ վոլֆրամի և կոբալտի կամ այլ տարրերով `լուծույթի կարծրացումը առավելագույնի հասցնելու համար, թույլ են տալիս տեղումների կարծրացում և բարելավել ջերմաստիճանի դիմադրությունը:1
  • Cor-ten և դրա հետ կապված պողպատները եղանակ են ձեռք բերում կայուն, ժանգոտած մակերեսով, և այսպես կարելի է օգտագործել չմշակված:
  • Բարձր ամրության պողպատներ
    • Բարդ փուլային պողպատ
    • Երկակի փուլ պողպատ
    • TRIP պողպատ
    • TWIP պողպատ
    • Մարող պողպատ
    • Eglin պողպատ
  • Գունավոր գերալարվածքներ
  • Hadfield պողպատ (սըր Ռոբերտ Հադֆիլդից հետո) կամ մանգան պողպատից, սա պարունակում է 12-ից 14 տոկոս մանգան, որը քերծվելուց հետո ձևավորում է աներևակայելի կոշտ մաշկ, որը դիմադրում է հագնելուն: Որոշ օրինակներ `տանկի հետքեր, բուլդոզերավոր շեղբերների եզրեր և շեղբերների կտրում կյանքի ծնոտների վրա:

Չնայած համաձուլվածքներ, գոյություն ունի նաև ցինկապատ պողպատ, որը պողպատ է, որը անցել է ցինկով տաք կամ ջրազերծված քիմիական պրոցես ՝ ժանգից պաշտպանվելու համար: Ավարտված պողպատ պողպատ է, որը կարող է վաճառվել առանց հետագա աշխատանքի կամ բուժման:

Ժամանակակից պողպատ

  • TMT պողպատ (ջերմամեխանիկականորեն բուժվող պողպատ) պողպատի պատմության վերջին զարգացումներից է: Պողպատե արտադրության գործընթացը բարելավված է, և դրանով ձեռք են բերվել այս պողպատե հատկությունները `RCC- ի շինարարական աշխատանքներին համապատասխանելու համար: Պողպատե լարերը անցնում են սառը ջրով `էքստրյուդերից նկարվելուց անմիջապես հետո: Սա օգնում է մաշկի արագ սառչմանը, և ջերմությունը սկսում է հոսել կենտրոնից դեպի մաշկ, երբ մետաղալարերը դուրս են գալիս ջրից: Սա գործում է որպես ջերմային բուժում: Համեմատաբար փափուկ միջուկը օգնում է պողպատի ճկունությանը, մինչդեռ բուժված մաշկը ունի լավ եռակցություն `շինարարական պահանջներին համապատասխան:

Արտադրության մեթոդները

Պատմական մեթոդներ

  • ծաղկում
  • օրինակին զոդում
  • կատալոնական կեղծել
  • wootz պողպատ. զարգացած Հնդկաստանում, օգտագործվում էր Մերձավոր Արևելքում, որտեղ այն հայտնի էր որպես Դամասկոսի պողպատ
  • Cեմենտացման գործընթաց. Օգտագործվում է մշակված երկաթե ճաղավանդակները բշտիկ պողպատի մեջ. սա Անգլիայի տասնյոթերորդ դարի սկզբին օգտագործված հիմնական գործընթացն էր
  • խրթխրթան տեխնիկա, որը նման է wootz պողպատին. ինքնուրույն վերափոխվեց Շեֆիլդում Բենիամին Հանթսմանի կողմից 1740-ին, իսկ Պավել Անոսովը Ռուսաստանում 1837 թ. Հանթսմանի հումքը բշտիկ պողպատ էր
  • Պուդինգ

Ժամանակակից մեթոդներ

  • Էլեկտրական կամարային վառարան. Գրությունից երկրորդային պողպատագործություն պատրաստելու ձև, որի արդյունքում դրա արդյունքում պողպատը դժվար է, չնայած գործընթացը կարող է նաև օգտագործել ուղղակիորեն կրճատված երկաթ
  • Խոզուկ երկաթի արտադրություն `օգտագործելով պայթյունի վառարան
  • Փոխարկիչներ (պողպատ խոզի երկաթից).
  1. Bessemer գործընթացը, պողպատի մեղմ պողպատի արտադրության առաջին լայնածավալ գործընթացը
  2. «Սիմենս-Մարտին» պրոցեսը ՝ օգտագործելով օջախի բաց վառարան
  3. Հիմնական թթվածնի պողպատագործություն

Պողպատի օգտագործումներ

Պատմականորեն

Պողպատը թանկ էր և օգտագործվում էր միայն այն դեպքում, երբ այլևս ոչինչ չէր անի, մասնավորապես `դանակների, ածելիների, թուրերի և այլ գործիքների կտրման եզրին, որտեղ անհրաժեշտ էր կտրուկ սուր եզր: Այն նաև օգտագործվում էր աղբյուրների համար, ներառյալ ժամացույցներն ու ժամացույցները:

1850 թվականից ի վեր

Պողպատն ավելի հեշտ է ձեռք բերել և շատ ավելի էժան, իսկ կաշվե երկաթը փոխարինել է բազմաթիվ նպատակներով: Պողպատը հաճախ օգտագործվում է ամրացումների, օրինակ ՝ ընկույզների և պտուտակների արտադրության մեջ. կամ ցինկապատ կամ չժանգոտվող պողպատը ամենատարածվածն են:

Պողպատը շարունակում է լայնորեն կիրառվել, չնայած քսաներորդ դարի ընթացքում պլաստմասսայի նոր առկայությունը նշանակում է, որ այն դադարել է օգտագործվել որոշ ավելի փոքր ծրագրերի համար, որոնք պահանջում են ավելի քիչ դիմացկունություն կամ պահանջում են ավելի ցածր զանգված:

Երկար պողպատ
  • Լարերը
  • Երկաթուղային գծեր
  • Որպես ժամանակակից երկնաքերեր, շինություններ և կամուրջներ կառուցելու ջահեր
Հարթ ածխածնային պողպատ
  • Ավտոմոբիլների ներսի և արտաքին մարմնի համար գնացքներ
  • Սարքավորումներ
Չժանգոտվող պողպատ
  • Դանակներ և սրահներ
  • Գահակալներ
  • Վիրաբուժական սարքավորումներ
  • Ձեռքի ժամացույցներ

Տես նաեւ

  • Համաձուլվածքներ
  • Երկաթ
  • Մետալուրգիա
  • Մետաղամշակում

Եբր. Տողեր

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Michael F. Ashby and David R. H. Jones (1986), Ինժեներական նյութեր 2 (Օքսֆորդ. Pergamon Press, 1992, ISBN 0080325327):
  2. E. E. Mittemeijer and J. T. Slycke. «Գազային նիտրիտացնող և ածխաջրածնային մթնոլորտների կողմից պարտադրվող ազոտի և ածխածնի քիմիական ներուժներն ու գործողությունները», Մակերևութային ճարտարագիտություն 12 (2) (1996): 156. Վերցված է 2007 թվականի օգոստոսի 7-ին:

Հղումներ

  • Բոդսվորթը, Կոլինը և Հենրի Բրեդլի Բելը: 1972 թ. Երկաթի և պողպատի արտադրության ֆիզիկական քիմիա. Լոնդոն. Լոնգման: ISBN 0582441161
  • Սալմոն, Չարլզ Գ., Եւ E.ոն Է. Nsոնսոն: 1996 թ. Պողպատե կոնստրուկցիաներ. Ձևավորում և վարք, 4-րդ հր. Նյու Յորք. HarperCollins. ISBN 0673997863
  • Շուբերտ, Johnոն Ռուդոլֆ Թեոդոր: 1957 թ. Բրիտանական երկաթի և պողպատի արդյունաբերության պատմությունը մ. 450 B.C.E. դեպի A.D. 1775. London: Routledge & Kegan Paul. OCLC 2536148
  • Tylecote, R. F. 1992: Մետալուրգիայի պատմություն. Լոնդոն. Նյութերի ինստիտուտ: ISBN 0901462888

Արտաքին կապեր

Բոլոր հղումները վերցված են 2015 թվականի հոկտեմբերի 21-ին:

  • Պողպատե համաշխարհային ասոցիացիա
  • Պողպատե համալսարան
  • Նյութերի հատկությունները. Պողպատե համաձուլվածքներ և դրանց դասակարգում - Միսիսիպիի պետական ​​համալսարան, օդատիեզերական ճարտարագիտության ֆակուլտետ
  • Պայթյունի վառարանների նախորդները - Դևիսթաունի թանգարան, վաղ գործիքների ուսումնասիրման կենտրոն

Pin
Send
Share
Send