Proprietăți de fier și istoria tehnologiei - lucruri și substanțe - Articole Directory

Fier: proprietățile și istoria tehnologiei

În această parte a poveștii noastre despre hardware-ul trebuie să vorbim despre plictisitoare și abstract. Și anume - stările de fază a sistemului „carbon-fier“ și transformările magice, pe care, după cum știm, este întotdeauna însoțită de transformarea unei rățușca cea urâtă într-o lebădă frumoasă, fată adolescentă unghiulară într-o fată sexuală atractivă și fier - din fontă sau oțel.

Realitatea fizică a acestui proces și, de fapt, descrie o imagine complet ciudat:

În primul rând, avem de a face cu fier pur, care nu conține alte impurități, în special de carbon, care specifică o varietate de plăcut stările de fază de fier ochi în prima diagramă.

fier pur poate avea două stări ale rețelelor cristaline, încă denumite faze.
Prima fază este numită α-fier (ferita alfa-fier), care este stabil la temperaturi sub 910 ° C și peste 1390 ° C și γ-fier (fier gamma, austenită), este stabil în intervalul de temperatură de 910 ° -1390 ° C. Rețeaua cristalină a α-fier - cubi și γ-fier centrat pe corp - cubică cu fețe centrate.
Strict vorbind, la o temperatură de peste 1390 ° zăbrele gamma fier rearanjat într-un grilaj ku atomi de carbon și nouă, numită delta de fier. Această structură diferită de zăbrele alfa-fier distanță ceva mai mari între centrele mov atomi și este stocat până la topirea fierului, adică la o temperatură de 1535 ° C
Cu toate acestea, înțelegerea noastră, și în sensul prezentului articol, această parte este nesemnificativă - hrănește nici un porc de până la 16 ani nu cald de fier peste 1390 ° sau forjare sau stingere.

La nivel micro, se pare ca acest lucru:

Stânga - este a-fier sau ferita, pe dreapta - este γ-fier sau austenită.

Interesant - toate aceste rearanjamente structura cristalina fine apar în piesa rigidă de fier doar atunci când ajunge la următoarea temperatura critică. Pe lângă cele două puncte critice asociate cu trecerea de la ferita la austenită și din faza de austenită la delta-fier este un alt punct critic - punctul de pierdere a proprietăților magnetice ale feritei. La temperaturi de peste 768 ° fier își pierde capacitatea de a atrage magnet. La rata de încălzire foarte scăzută și răcire pierderile și câștigurile cal crit proprietăților magnetice nu coincid una cu cealaltă la 12 °. Prin creșterea ratei de răcire neadaptare puncte critice crește.

Ca urmare a curbei de încălzire de fier pur pare destul de exotice - în loc să fie uniform încălzite sau răcite la o intrare de căldură constantă din pierderea exterior sau a căldurii fierului mediu periodic deoarece se oprește și se „gândească la ceva“, deci absorbind nerăbdare energie care petrecut pentru a crea noi structuri de rețea cristalină sau liberă dă înapoi de căldură prin rearanjarea structurii zăbrele în direcția inversă.

Ce poate fi înțeleasă de privirea de la imaginile cu rețeaua cristalină a celor două faze de fier? Imediat evident că structura γ-fier, în comparație cu α-fier este mult mai „dens“ și, în consecință, mai durabil. De fapt, aceleași spectacole și de încălzire programul de fier - energia cheltuită pentru „rafturi“ și identifică cele mai bune de austenită - acolo, în rețeaua cristalină a unei heck de o mulțime de energie de legare, mai degrabă decât stocate în ferită.

Acesta este cazul, la nivel macro - austenita pur depășește ferita pură pe totalitatea proprietăților fizice - este durabil, are o rezistență la tracțiune mai mare (este stretchy), și el vyshetvordost scara Brinell. Duritatea austenitei este 170-220 unități Brinell. în timp ce ca ferita pur este, în general, nu mai mult de 60.100 de unități.

Așa cum am văzut mai sus, în cursul natural al evenimentelor, existența austenitei pur la temperatura camerei, este imposibil - se descompune în ferită (și alte câteva stări de fază de fier pe care le descrie un pic mai târziu), la o temperatură sub 898 ° C De aceea, în cele mai vechi timpuri, obtinerea de fier mingii, oameni, și anume ferită obținută de fapt. Metode de aliere care permit oteluri pentru a mentine faza austenitică de fier la temperaturi scăzute au fost inventate de oameni mult mai târziu - în secolul al XX-lea.

Cel mai comun mod de a realiza o fază de austenită la temperatura camerei, de fier este de a adăuga fier la nichel. Nichel reține faza austenitică (γ-fier), chiar la zero sau negativ temperaturi, în timp ce se observă efectul deoarece conținutul de nichel doar 10% din greutatea totală a aliajului.
Este acest aliaj de calitate „fier-nichel“ vă permite să luați în vechi lame neîntrecut de meteorit de fier austenitice.
De exemplu, în mormântul regelui Tutankhamon a fost găsit în apropierea lamei două practic identice: unul plin de aur, iar al doilea - cu o lamă de aliaj pur nichel-fier meteoritic.

Pentru a înțelege puterea și duritatea de cupru, bronz, lemn și alte materiale - va aduce la cunoștință o masă mică, care prezintă valorile de duritate de materiale diferite poBrinellyu:

După cum puteți vedea, bronz staniu cu duritate Brinell de 70-80 de unități - a fost chiar mai bine. decât prima fier bloomery, moale, produs în furnale syrodutnyh primitive și care este ferită substanțial pur (cu o rezistență, uneori 60 Brinell).

Prin urmare, nu vă fie frică de criza actuală, atunci când țipi corect (si eu printre ei): „Omenirea este prima dată când se confruntă cu o situație în care ne întoarcem pentru a alimenta cu EROEI mai mic!“. Aceasta este într-adevăr așa, este periculos și neplăcut, dar nu este fatală. Trebuie doar să se miște înainte și în sus.

Tranziția de la bun, bun bronz vechi și de durată de meteoriți feritice austenită la fierul de călcat minge moale a fost pentru războinici vechi nu mai dezastruoase decât acum pare să se mute la energia nucleară pentru noi.
Ce a fost el pentru a obține armura sau sabie - nu numai mai greu de fabricat decât bronz, dar, de asemenea, de calitate inferioară? Singurul lucru care le mangaie într-o astfel de situație - arbori au valori de duritate mai inferioare - de la 2 la 7 unități Brinell. Deoarece sabie de fier moale sau securea era mai bine decât lemnul. ;)

Cu toate acestea, diagrama de faza desenată în primul desen cuprinde o altă axă, alta decât temperatura axei. Această axă prezintă procentul de carbon din fier.
Și acest detaliu adaugă o mulțime de culori optimiste în povestea noastră plictisitoare despre un fier de minge moale.

Lucru este că carbonul poate fi localizat în interiorul fierului lingou în trei stări de bază: (. Cementita Fe3 C - sau carbura de fier) ​​ca o soluție solidă în ferită și austenită, ca un compus chimic cu fier, sau sub formă de incluziuni de carbon pur ( grafit).

Și aceste trei tipuri de carbon în constatarea de fier și determinarea întreaga varietate de calități obținute de fier și din aliaj de carbon.

Cel mai rău dintre toate este necesar pentru a carbonului în ferită. Cele mai multe carbon cu adăpostirii, care se pot dizolva în fer Rita - este de doar 0,04%. Ferrit literal „pocnituri“ de carbon în sine, nu îi permite să prindă rădăcini în zăbrele cubică de α-fier. Având în vedere acest lucru, fierul obținut din minereu BOG în cuptoare prima temperatură, scăzută syrodutnyh, a fost foarte curat și, ca o consecință - foarte ușoară și foarte ușoară. pe care am menționat în partea anterioară a acestei povești.

Austenita același poate dizolva mai mult carbon - aproximativ 2%. De aceea, odată ce o temperatură a cuptorului syrodutnyh începe să crească peste 900 ° C - proprietăți ale fierului începe magic pentru a îmbunătăți. Acest lucru se datorează faptului că, odată dizolvat în austenită, carbonul, atunci nu se poate „fugi“, oriunde dintr-o bucată solidă din metal - trebuie să fie undeva „ascunde“ sub răcire cu fier și trecerea de la temperatură ridicată austenitei existente la temperaturi mai mici de ferită.

Ca rezultat, perlitul este un compozit metalic adevărat. Este format din austenită în timpul răcirii sale încet. Temperatura austenitei la transformarea perlitică este 723 ° C. La foarte lent re-progres prin această temperatură, cementita se formează sub formă de boabe (globulele) și apoi perlită-numita stym ciubuc. În cazul în care o răcire mai rapidă cementită trombocitele pur-PETA și o astfel de perlit numit lamelar.
BME austenita-perlitice obținut o sută de alte structuri, care vor fi discutate mai jos, sub răcire foarte rapidă pentru a re-rezultatul unei expuneri semnificative.
magnet Perlitul este puternic și ductilă. duritatea sa este în intervalul de 160-230 de duritate Brinell aceeași calitate și austenită. Acest lucru se datorează faptului că al doilea component perlita - cementită, spre deosebire de ferita este mult mai greu - duritatea sa Brinell este de 800-820.

Ca urmare, se dezvoltă o situație unică - n coaste, dar ferită moale în perlită este completat în mod ideal de cementită solide, dar fragil și, în cele din urmă se dovedește - frumos și inteligent.

După perlit - aceasta este oțelul.

Adică, a fost în valoare de metalurgiști vechi să treacă linia critică în 900 ° C - și magic toate proprietățile fier rezultat au început să se îmbunătățească. Tot mai mult carbon merge de la austenită la perlita în perlită a crescut cantitatea de relativă cementită în ferită și de fier în sine devine mai bine, de cotitură pas cu pas într-un oțel carbon de înaltă calitate.

În plus, cantități suplimentare de carbon permis să reducă radical temperatura de topire și de departe de impurități relevante-Zguri timpurii folosite în procesul syrodutnyh bloomery pentru reducerea temperaturii de topire a fierului.
Este în mod clar poate fi văzut în prima diagramă - dacă fier pur topește la 1535 ° C, conținând fier aproximativ 4% carbon - deja la 1100 ° C,
Astfel, în cazul în care procesul de syrodutnyh vechi necesită în mod inevitabil eforturi enorme pentru a Smiths „stoarcere“ a zgurii obținut Kritsa, adăugarea de carbon la proces și se lasă să scape de falsificatori de muncă non-productive, și de a îmbunătăți calitatea oțelului bloomery.

Prin urmare, o reteta pe care a găsit mulți producători de oțel în momente diferite și în diferite țări a fost simplă și directă:
„Este imposibil să stingă soba.“ Nu puteți reduce temperatura, nu se poate pierde căldura cuptorului, este necesar să se urce tot mai sus de-a lungul scalei de temperatură, indiferent de ceea ce este nevoie.

Exact același cuptor syrodutnyh bloomery devine mai mare și mai mult, să-și păstreze topirea maximă a căldurii și se menține temperatura în interior. La urma urmei, după cum ne amintim din textul navelor - cubul cresc mai repede decât pătrat.

Mai mult aragaz - cărbune poate adormi mai mult. cărbune mai mult - mai mare decât temperatura cuptorului. Mai mult carbon din cărbune în topitură - sub temperatura de topire a fierului. Se scade temperatura de topire de fier - poate tolera mai puțin zgură, zgură mai puțin - mai puțin fierari care au nevoie pentru a crea și pentru a crea o floare incapatanat, stoarcere din ea zgură. Mai mult carbon în austenita - perlit de calitate superioară. Cu cât calitatea perlit - mai bine decât oțelul.

bifurcare a fost trecut.

StudING lituanian la sfârșitul secolului al XIV-lea încă mai spune: „Smith ar trebui să urmeze căldura, iar în cazul în care compoziția are o culoare pai luminos (este numai 1100 ° C), este necesar să se răcească cuptorul, pentru această culoare - un semn al materiei prime de la supraîncălzire. Nu poți ridica temperatura peste roșu și galben (care este de numai 900 ° C) de materii prime. "

De ce? De ce în cuptor pământ Moscova alimentat mai fierbinte, iar în Marele Ducat al Lituaniei cuptor temut de raskochegarit deasupra punctului magic 900 ° C, ceea ce înseamnă că, strict vorbind, a început principala valoare adăugată prin topirea fierului?

Toate acestea au fost în geografie.
Și pădurea, și zonele umede, și fier mlaștină asociate și cărbune de înaltă calitate - este, în cele din urmă - teritoriu.
Mai mult cuptor - mai minereu este necesar să-l descărcați la capacitate. Mai mult de minereu - mai multe mlaștinilor din împrejurimi. Mai mult minereu - cărbune mai necesară pentru a transforma minereul în ceva util. Mai mult de cărbune - mai multe păduri. Mai mult de pădure - mai multe cuptoare pe bază de cărbune. Mai multe sobe de cărbune - pe teritoriul în care este necesar să se colecteze lemn. Mai multe păduri au colectat - mai multe câmpuri de secară.

Ai auzit de multe ori sinergia cuvânt? Aici este un exemplu clar de ea:

Birch.
Conform legilor de succesiune, păduri de stejar sau mesteacăn sunt înlocuite cu păduri de conifere, perioada - de la 100 la 200 de ani. Pe de altă parte, mesteacan
undemanding condițiile și cea mai rapidă creștere copac - cel mai bine este de a închide butașii clare. Se pare că această imagine a pădurii de pe teritoriul Rusiei sunt tăiate în mod regulat în jos - în caz contrar nu ar fi atât de multe păduri de mesteacăn pe tot parcursul al doilea mileniu î.Hr., și ar da stejari români păduri de conifere din Romania.

Dar Birch - material de construcție foarte proastă, putrezește repede. Mobila nu este foarte bun - este prea moale. De fapt, mesteacan este bun doar pentru lemn de foc, coaja de, iar din secolul al XX-lea - pentru placaj. Dintre aceste două destinații este în mod clar de important - lemn, scoarță de copac - în mod clar un produs secundar.

Dacă luăm în considerare defrișarea pur și simplu o opțiune de a face slash-și-arde agricultură, nu este necesar să se taie pădurile în astfel de cantități, și apoi aruncați. ca lemn de foc nu este necesar la momentul respectiv densitatea populației. Și, la fel de mult suprafața cultivată nu este necesară.

Cu toate acestea, în cazul prezenței centrului metalurgic în imagine Rusia devine mult mai holistică.
A format o așezare, este slash-și-arde agricultură, care este cunoscut a fi mult mai eficientă decât rotația culturilor convenționale iarbă. copaci doborâți - care vine în primul rând, și apoi Birches aproape exclusiv da, mai presus de toate, de înaltă calitate cărbune - utilizate pentru producția de oțel. Și auto-mănâncă, și producția de produse competitive merge mână în mână. Populația crește, devine strâns în cadrul așezărilor existente - aproape imediat a format o nouă comunitate cu aceeași tehnologie - în beneficiul mlaștinile și pădurile din Rusia este plin.

Dar, în Marele Ducat al Lituaniei situația este diferită.
Polesskie mlaștină departe spre sud. Pădurile acolo, dar mai mici. De la vest - la mare și la câini-cavaleri din est - Rusia, care este capabil să se topească și falsifica metalul nu este mai rău decât în ​​Lituania.
Aici inevitabil cred - dacă este necesar să se agite cuptorul integral - sau mai bine să se topească în liniște Critz cu pierderi minime de metal de zgură, apoi falsifica, falsifica, falsifica disc bloomery în moale fier pur.

La urma urmei, orice progres in dezvoltarea de acest fel se întâmplă. În primul rând executați fără speranță pentru raft în apropierea punctului critic, sau porțiunea inițială a S-curba. punând constant putere în următoarea descoperire, apoi, dintr-o dată, cu temperatura magică de 900 ° C, „dintr-o dată“.
Oțel. Arme. Pâine. Empire.

Iată pentru tine, mamă, și Ziua Sf. Gheorghe.
Iată mama ta, și descoperire.
Iată pentru tine, mama mea și Imperiul.
Iată pentru tine, draga mea, și reactoare de reproducție.

La urma urmei, totul - doar link-uri într-un lanț de o mie de ani de care durează și durează pe această rece, Chillmere, palustre și câmpii împădurite pentru mai mult de un mileniu.
Acest caracter - și este în sângele nostru.
Și soluția noastră solidă de austenită. Despre care, sper că știi acum mai mult decât oricând înainte.