|
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART03.HTM
достижимая на этом пути
, -
около
1150° C,
она получается
,
когда
4-4,5%
углерода продиффундировало
(
то есть
просочилось
)
в металл
*.
Достижение такой температуры представляло определенные трудности для древних
,
но все же
ее можно было получить на древесном угле
,
поддувая в него воздух мехами
.
*
Количество углерода в железе и стали кажется удивительно малым
.
Нужно помнить
,
однако
,
что эти количества выражаются обычно в
весовых процентах
,
а атом углерода намного легче атома железа
,
грубо говоря
,
в пять раз
.
Поэтому в атомных процентах доля углерода
значительно больше и может достигать
20%.
Железные руды состоят в основном из окислов железа
;
чаще всего встречается красный железняк
Fe
2
O
3
.
Между прочим
,
окислы железа используются в красках
(
охра
,
железный сурик
,
мумия
).
Первое
,
что необходимо сделать с рудой
, -
удалить кислород
.
Если нагревать руду с помощью древесного угля или кокса
,
это получается почти автоматически
:
3Fe
2
O
3
+ 11
С
® 2Fe
3
C + 9CO.
Кислород вместе с частью углерода уходит прочь в виде окиси углерода
(
угарного газа
),
оставляя карбид железа
,
называемый обычно цементитом
(
в нем содержится
6,7%
углерода
).
На практике вместе с первой идет и другая реакция
:
Fe
2
O
3
+
ЗС
® 2Fe + 3CO.
Таким образом получается также и некоторое количество чистого железа
,
в конце процесса мы имеем смесь железа и
карбида железа
,
содержащую в целом около
4%
углерода
.
Железо и карбид могут взаимно растворяться
,
и именно этот
раствор
,
имеющий низкую температуру плавления
,
был ключом того процесса
,
который использовали древние для
получения железа
.
Он же идет и в современной домне
.
Железные руды содержат не только окислы железа
,
но и различные минеральные примеси
-
главным образом
,
окислы
других металлов
.
Сами по себе они имеют высокие температуры плавления
,
и если бы руда нагревалась в контакте
только лишь с углеродным топливом
,
то вряд ли удалось расплавить ее полностью
.
Здесь на
помощь приходит флюс
,
который добавляют обычно в виде извести
(
СаО
)
или известняка
(
СаСО
3
).
В данном случае известь выполняет те же
функции
,
что и в стекловарении
,
то есть она снижает температуру плавления нежелезных окислов
,
образуя вместе с ними
легкоплавкую стекломассу
.
Эта масса называется шлаком
.
На вид она грязно
-
коричневого или серого цвета
.
По
нынешним временам она иногда перерабатывается в шлаковату
,
используемую для теплоизоляции
.
Таким образом
,
на дне печи получается
смесь железа
,
карбида железа и шлака
.
В самых первых печах эта
смесь
проплавлялась неполностью
,
ее извлекали в виде тестообразного куска
,
слитка
,
содержащего древесный уголь и другие
включения
.
Включения эти составляли самостоятельную проблему
,
а
,
кроме того
,
из карбида железа негоже было делать
оружие и инструмент
-
карбид очень хрупок
.
Причина хрупкости карбида железа в том
,
что в отличие от кристаллов
почти чистого железа
,
построенных на металлической связи
,
которая благоприятствует движению дислокаций
,
он
частично построен на ковалентных связях
,
которые не обеспечивают заметной подвижности дислокаций вплоть до
температуры около
250° C.
Поэтому в таком виде металл куется лишь в горячем состоянии
,
при комнатной температуре
он хрупок
.
Такое железо и попадало в руки первых кузнецов
.
Нагревая это железо до
800-900° C,
они ковали его с громадным
трудом
.
Вначале труд был ручным
,
затем начали использовать силу воды
(“
кузнечные пруды
”!).
Ковка имела два
следствия
.
Во
-
первых
,
она механически выдавливала большинство включений и часть шлака и снижала содержание
углерода в железе
.
Второе следствие заключалось в следующем
.
Железо
,
нагретое до умеренных температур на воздухе
,
образует окисную пленку
,
обычно
FeO.
Нагретое и расплющенное ударами молота железо кузнец сгибал вдвое и снова
начинал по нему бить
.
Пленка окисла попадала между слоями горячего слитка
,
контакт между слитком и пленкой под
ударами молота становился практически идеальным
,
в результате чего начиналась реакция
Fe
3
C+FeO ® 4Fe +
СО
.
Когда требовалось железо высшего качества
,
поочередное расплющивание и складывание вдвое повторялось
многократно
,
порой тысячи раз
.
Вот почему на мечах заметен изящный волнистый рисунок
-
это тонкие слои металла и
следы ударов молота
.
Если вся работа выполнялась надлежащим образом
,
то удалялся почти весь углерод
.
Такое кованое
железо
(
его называют сварочным или ковочным
)
с небольшими примесями кремния
,
в целом полезными
,
содержало
также прожилки шлака
,
тоже до некоторой степени полезные
.
Дело в том
,
что очищенное железо было
,
вообще говоря
,
слишком мягким
,
и стекловидные волокна шлака несколько ограничивали его текучесть
.
Кроме того
,
сварочное железо
обычно прекрасно сопротивлялось коррозии
.
Частично это объясняется чистотой самого железа
,
но существует и другое
объяснение
.
Многие полагают
,
что начальная пленка ржавчины удерживалась на поверхности с помощью шлаковых
включений
.
Она не отлетала со временем и служила защитой от последующей коррозии
.
Сварочное железо прямо с наковальни было слишком мягким
,
чтобы делать из него оружие и инструмент
,
поэтому его
нужно было сделать потверже
,
увеличив содержание углерода
;
для этого достаточно было насытить углеродом
поверхность
.
Почти этот же процесс находит широкое применение и до сих пор
.
Он называется
“
цементацией
”.
Мечи
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
