Takorauta - Wrought iron

Erilaisia esimerkkejä takorautasta

Takorauta on rauta metalliseos , jolla on hyvin alhainen hiilen pitoisuus (alle 0,08%), päinvastoin kuin valurauta (2,1%: sta 4%). Se on puolisulatettu rautamassa, jossa on kuitumaisia kuonan sulkeumia (enintään 2 painoprosenttia), mikä antaa sille "puun" muistuttavan "rakeisen", joka näkyy, kun se syövytetään tai taivutetaan vikaan. Takorauta on kova, muokattava, taipuisa , korroosionkestävä ja helposti hitsattava .

Ennen tehokkaiden teräksenvalmistusmenetelmien kehittämistä ja suurten terästuotteiden saatavuutta takorauta oli yleisin takorauta. Se sai nimen taottu, koska se oli lyöty, valssattu tai muuten työstetty riittävän kuumana sulan kuonan poistamiseksi. Takorautan moderni toiminnallinen vastine on mieto teräs , jota kutsutaan myös vähähiiliseksi teräkseksi. Takorauta ja mieto teräs eivät sisällä tarpeeksi hiiltä, jotta ne voidaan kovettaa kuumentamalla ja sammuttamalla.

Takorauta on erittäin hienostunut, ja kuituista on taottu pieni määrä kuonaa. Se koostuu noin 99,4 painoprosentista rautaa. Kuonan läsnäolo on hyödyllistä sepän toiminnassa ja antaa materiaalille ainutlaatuisen kuiturakenteen. Kuonan silikaattilangat suojaavat myös rautaa korroosiolta ja vähentävät iskun ja tärinän aiheuttamaa väsymystä.

Historiallisesti vaatimaton määrä takorautaa jalostettiin teräkseksi , josta käytettiin pääasiassa miekkoja , ruokailuvälineitä , talttoja , kirveitä ja muita teräviä työkaluja sekä jousia ja viiluja. Takoraudan kysyntä saavutti huippunsa 1860 -luvulla, koska se oli kovaa kysyntää raudoitetuille sota -aluksille ja rautateiden käyttöön. Koska ominaisuuksia kuten haurautta teräs parantunut paremmin mustan metallurgian ja teräksen tuli halvemmaksi tehdä ansiosta Bessemer prosessi ja Siemens-Martin prosessi , käyttö takorauta laski.

Monet tuotteet, ennen kuin ne valmistettiin miedosta teräksestä , valmistettiin takorautasta, mukaan lukien niitit , naulat , lanka , ketjut , kiskot , rautatiekytkimet , vesi- ja höyryputket , mutterit , pultit , hevosenkengät , kaiteet , vaunun renkaat, hihnat puutavaran kattoristikoiden ja koriste Rautatyöt , joukossa monia muita asioita.

Takorautaa ei enää tuoteta kaupallisessa mittakaavassa. Monet takorautaksi kuvatut tuotteet, kuten suojakaiteet , puutarhakalusteet ja portit , on itse asiassa valmistettu teräksestä. He säilyttävät tämän kuvauksen, koska ne on tehty muistuttamaan esineitä, jotka seppä on aiemmin käsin tekemänsä (vaikka monet koristeelliset rautaesineet, mukaan lukien aidat ja portit, on usein valettu eikä taottu).

Terminologia

Sana "takorauta" on arkaainen menneisyyden verbi "työskennellä", joten "takorauta" tarkoittaa kirjaimellisesti "työstettyä rautaa". Takorauta on yleinen termi hyödykkeelle, mutta sitä käytetään myös erityisesti valmiiden rautatuotteiden valmistukseen, kuten seppä on valmistanut . Sitä käytettiin tässä suppeammassa merkityksessä Ison -Britannian tullitiedoissa , ja tällaiseen valmistettuun raudasta kannettiin korkeampi tulli kuin mitä voitaisiin kutsua "muokkaamattomaksi". Valurauta , toisin kuin takorauta, on hauras eikä sitä voida työstää kuumana tai kylmänä. Valurauta voi rikkoutua, jos sitä lyö vasaralla.

1600-, 1800- ja 1800 -luvuilla takorauta käytti monenlaisia termejä muodon, alkuperän tai laadun mukaan.

Vaikka kukintaprosessi tuotti takorautaa suoraan malmista, valurauta tai valurauta olivat lähtöaineita, joita käytettiin hienoksi takomossa ja lätäkköuunissa . Valurauta ja valurauta ovat korkeampia hiilipitoisuuksia kuin takorauta, mutta niiden sulamispiste on alempi kuin rauta tai teräs. Valussa ja erityisesti rautavalussa on ylimääräistä kuonaa, joka on poistettava ainakin osittain laadukkaan takorautan tuottamiseksi. Klo valimoissa oli tapana sekoittaa romu takorauta valurauta parantaa fyysisiä ominaisuuksia valut.

Useiden vuosien ajan Bessemerin ja avotakkateräksen käyttöönoton jälkeen oli erilaisia mielipiteitä siitä, mikä erottaa raudan teräksestä; jotkut uskoivat sen olevan kemiallinen koostumus ja toiset, että rauta kuumeni tarpeeksi sulamaan ja "sulautumaan". Fuusio tuli lopulta yleisesti hyväksytyksi suhteellisen tärkeämmäksi kuin koostumus tietyn alhaisen hiilipitoisuuden alapuolella. Toinen ero on, että teräs voidaan kovettaa lämpökäsittelyllä .

Historiallisesti takorauta tunnettiin "kaupallisesti puhtaana rautana", mutta se ei enää kelpaa, koska kaupallisesti puhdasta rautaa koskevat nykyiset standardit edellyttävät alle 0,008 painoprosentin hiilipitoisuutta .

Tyypit ja muodot

Rautarauta on yleinen termi, jota käytetään joskus erottamaan se valuraudasta. Se vastaa valetun metallin harkon muotoa, joka on kätevä käsitellä, varastoida, kuljettaa ja käsitellä valmiiksi tuotteeksi.

Tangot olivat hienomekaanin tavallinen tuote , mutta eivät välttämättä tällä prosessilla valmistettuja.

Tangon rauta - leikattu tasaisesta rautasta halkaisumyllyssä, joka on raaka -aine piikkeille ja nauloille.
Vannerauta - soveltuu tynnyrien vanteille, joka valmistetaan viemällä sauvarauta valssausmuottien läpi.
Levyrauta - levyt, jotka soveltuvat käytettäväksi kattilalevynä .
Mustalevy - levyt, ehkä ohuempia kuin levyrauta, tinalevyn tuotannon mustasta valssausvaiheesta .
Voyage rauta-kapea lattaraudalla, tehty tai leikataan baareissa tietyn painon, hyödyke myytävänä Afrikan varten Atlantin orjakaupan . Tankojen määrä tonnia kohden kasvoi vähitellen 1660 -luvun 70 tonnista 75–80 tonniin vuonna 1685 ja "lähellä 92 tonnia" vuonna 1731.

Alkuperä

Puuhiili - 1700 -luvun loppuun saakka takorauta sulatettiin malmista puuhiilellä kukintaprosessin avulla. Takorauta valmistettiin myös raakaraudan käyttäen korskeudessaan paja tai Lancashire tulisija . Tuloksena oleva metalli oli hyvin vaihteleva sekä kemiassa että kuonapitoisuudessa.
Puddled rauta -the pakottamalla prosessi oli ensimmäinen laajamittainen prosessi tuottaa takoraudasta. Lätäkköprosessissa valurauta jalostetaan jälkikaiunta -uunissa raudan saastumisen estämiseksi hiilen tai koksin rikkiä. Sulatettua rautaa sekoitetaan manuaalisesti, jolloin rauta altistuu ilmakehän hapelle, joka poistaa hiilestä rautaa. Kun rautaa sekoitetaan, takorautapalloja kerätään palloiksi sekoitussauvalla (jyrsimen varsi tai sauva) ja puddler poistaa ne säännöllisesti. Laastari patentoitiin vuonna 1784 ja sitä käytettiin laajalti 1800 -luvun jälkeen. Vuoteen 1876 mennessä pelkästään Isossa -Britanniassa vuotanut rautamaljan vuosituotanto oli yli 4 miljoonaa tonnia. Tuolloin avotakka -uuni pystyi tuottamaan rakennetarkoituksiin sopivan terästä, ja takorautatuotanto laski.
Oregrounds rauta -a erityisen puhtaita luokan kankiraudassa tehty viime kädessä rautamalmista päässä Dannemora kaivoksen Ruotsissa . Sen tärkein käyttötarkoitus oli raaka -aine teräksenvalmistuksen sementtiprosessissa.
Tankkaa rautaa - rautaa tuotiin alun perin Iso -Britanniaan Gdańskista , mutta 1700 -luvulla luultavasti sellaista rautaa (Itä -Ruotsista), joka kerran tuli Gdańskista.
Metsärauta - rauta Englannin Deanin metsästä , jossa hematiittimalmi mahdollisti kovan raudan tuottamisen.
Lukes rauta - rautaa tuotu Liègestä , jonka hollantilainen nimi on "Luik".
Ames -rauta tai amys -rauta - toinen rautalajike, joka tuodaan Englantiin Pohjois -Euroopasta. Sen alkuperä on ehdotettu olevan Amiens , mutta se näyttää olevan tuotu Flanderista 1400 -luvulla ja Hollannista myöhemmin, mikä viittaa alkuperään Reinin laaksossa. Sen alkuperä on edelleen kiistanalainen.
Botolf rautaa tai Boutall rauta-from Bytów (Puolan Pommerissa ) tai Bytom (Puolan Sleesian ).
Sable rauta (tai Old Sable) - rauta, jossa on venäläisten rautamestarien Demidov -perheen merkki ( soopeli ) , yksi venäläisen raudan parhaista merkeistä .

Laatu

Kova rauta: Myös kirjoitettu "tuf", ei ole hauras ja riittävän vahva käytettäväksi työkaluissa.
Sekoita rautaa: Valmistettu sekoittamalla erityyppistä rautaa .
Paras rauta: Rauta läpäisi useita paalutus- ja valssausvaiheita päästäkseen vaiheeseen, jota pidettiin (1800 -luvulla) parhaana laaduna.
Merkitty tangon rauta: Valmistettu Marked Bar Associationin jäsenistä ja merkitty valmistajan tuotemerkillä sen laadun merkkinä.

Viat

Takorauta on kaupallinen rauta, joka sisältää alle 0,10% hiiltä, alle 0,25% epäpuhtauksia, yhteensä rikkiä, fosforia, piitä ja mangaania ja alle 2% kuonaa painosta.

Takorauta on punainen tai lyhyt, jos se sisältää rikkiä liikaa. Sillä on riittävä sitkeys kylmänä, mutta halkeamia taivutettaessa tai viimeistelty punaisella lämmöllä. Kuumaa lyhyttä rautaa pidettiin myyntikelvottomana.

Kylmä lyhyt rauta, joka tunnetaan myös nimellä coldshear , colshire , sisältää liikaa fosforia. Se on erittäin hauras kylmänä ja halkeilee taivutettaessa. Sitä voidaan kuitenkin työstää korkeassa lämpötilassa. Historiallisesti kylmäsilitysrautaa pidettiin riittävänä kynsille .

Fosfori ei välttämättä ole haitallista raudalle. Muinaiset Lähi -idän sepät eivät lisänneet kalkkia uuneihinsa. Kalsiumoksidin puuttuminen kuonasta ja korkean fosforipitoisuuden omaavan puun tarkoituksellinen käyttö sulatuksen aikana aiheuttaa korkeamman fosforipitoisuuden (tyypillisesti <.3%) kuin nykyaikaisessa raudassa (<.02 -03%). Delhin rautapylvään analyysi antaa 0,11% rautaa. Mukana oleva takorautainen kuona lisää myös korroosionkestävyyttä.

Fosforin (ilman hiiltä) tuottaa pallografiittivaluraudasta sopiva lanka piirustus varten piano lanka.

Historia

Läntinen maailma

Puddling sulatuksen prosessia rautamalmin tehdä takorauta Raakarautaa, havainnollistetaan Tiangong Kaiwu tietosanakirja jota Song Yingxing , julkaistiin vuonna 1637.

Takorautaa on käytetty vuosisatojen ajan, ja se on "rauta", johon viitataan koko länsimaisessa historiassa. Toinen raudan muoto, valurauta , oli käytössä Kiinassa muinaisista ajoista lähtien, mutta sitä tuotiin Länsi -Eurooppaan vasta 1500 -luvulla; silloinkin sen haurauden vuoksi sitä voitaisiin käyttää vain rajallisiin tarkoituksiin. Lähes koko keskiajan rautaa tuotettiin suoraan pelkistämällä malmia käsikäyttöisissä bloomeissa , vaikka vesivoimaa oli alkanut käyttää 1104.

Kaikkien epäsuorien prosessien tuottama raaka -aine on rauta. Siinä on korkea hiilipitoisuus, ja siksi se on hauras eikä sitä voida käyttää laitteiston valmistukseen. Osmond prosessi oli ensimmäinen epäsuoran prosessien kehittämä 1203, mutta Bloomery tuotanto jatkui monissa paikoissa. Prosessi riippui masuunin kehityksestä, josta keskiaikaisia esimerkkejä on löydetty Lapphyttanista , Ruotsista ja Saksasta .

Kukkivat ja osmondprosessit korvattiin vähitellen 1400 -luvulta lähtien hienostumisprosesseilla , joista oli kaksi versiota, saksalainen ja vallooninen. Ne puolestaan korvattiin 1700 -luvun lopulta lätäkköllä , jossa oli tiettyjä vaihtoehtoja, kuten ruotsalainen Lancashiren prosessi . Myös nämä ovat vanhentuneita, eikä takorautaa enää valmisteta kaupallisesti.

Kiina

Han-dynastian aikana uudet raudan sulatusprosessit johtivat uusien maatalouskäyttöön tarkoitettujen takorautakoneiden, kuten moniputkisen kylvökoneen ja rauta-auran, valmistukseen . Muinaisten kiinalaisten kupoli-uunien liiallisen ruiskutusilman aiheuttamien vahingossa syntyneiden vähähiilisten takorautamunien lisäksi . Muinaiset kiinalaiset loivat takorautaa käyttämällä hienorakennetta ainakin 2. vuosisadalla eKr., Varhaisimmat valurauta- ja rautaraaka -aineet, jotka on sakotettu takorautaksi ja teräkseksi, löytyivät Hanhen -dynastian (202 eaa. - 220 jKr.) Sivustolta Tieshengguo. Pigott arvelee, että hienostumistekniikka oli olemassa edellisellä sotivien valtioiden kaudella (403–221 eaa.), Koska Kiinasta on peräisin kyseiseltä ajalta peräisin olevia takorautaesineitä, eikä ole olemassa dokumentoitua näyttöä siitä, että kukinta olisi koskaan käytetty Kiinassa . Hienontamisprosessiin kuului valuraudan nesteyttäminen hienoksi tulisijaksi ja hiilen poistaminen sulasta valuraudasta hapettumisen kautta . Wagner kirjoittaa, että Han -dynastian tulisijojen lisäksi, joiden uskotaan hiertävän tulisijoja, on myös kuvallisia todisteita hienostuneesta tulisijasta Shandongin hauta -seinämaalauksesta, joka on päivätty 1. - 2. vuosisadalla jKr. Taolainen teksti Taiping Jing .

Bloomery -prosessi

Takorauta valmistettiin alun perin erilaisilla sulatusprosesseilla, joita kaikkia kuvataan nykyään "bloomerioiksi". Erilaisia kukinnan muotoja käytettiin eri paikoissa ja aikoina. Kukinta kukistettiin hiilellä ja rautamalmilla ja sytytettiin sitten. Ilmaa puhallettiin sisään tuyeren läpi lämmittääkseen kukinnan lämpötilaan, joka on jonkin verran alle raudan sulamispisteen. Sulan aikana kuona sulaa ja loppuu, ja hiilen hiilimonoksidi vähentäisi malmin rautaksi, jolloin muodostui sienimäinen massa (nimeltään "kukinta"), joka sisälsi rautaa ja myös sulaa silikaattimineraalia (kuonaa) malmi. Rauta pysyi kiinteässä tilassa. Jos kukinnan annettaisiin lämmetä tarpeeksi sulattaa rauta, hiili liukenee siihen ja muodostaa sika- tai valurautaa, mutta se ei ollut tarkoitus. Kukinnan suunnittelu vaikeutti kuitenkin raudan sulamispisteen saavuttamista ja esti myös hiilimonoksidin pitoisuuden nousemisen korkealle.

Kun sulatus oli valmis, kukinta poistettiin ja prosessi voitiin aloittaa uudelleen. Se oli siten eräprosessi eikä jatkuva prosessi, kuten masuuni. Kukinta piti vääntää mekaanisesti lujittaakseen sen ja muotoillakseen sen tankoksi, jolloin kuona poistui prosessista.

Aikana keskiaika , vesi-teho levitettiin prosessi, luultavasti aluksi virtaa palkeet, ja vasta myöhemmin vasarat taonta kukintojen. Kuitenkin, vaikka on varmaa, että vesivoimaa käytettiin, yksityiskohdat ovat edelleen epävarmoja. Se oli raudanvalmistuksen suoran prosessin huipentuma. Se säilyi Espanjassa ja Etelä- Ranskassa kuin Katalonian Pajat puoliväliin 19th century, vuonna Itävallassa sillä stuckofen 1775, ja lähellä Garstang Englannissa vasta noin 1770; se oli vielä käytössä kanssa kuumailmakupoliuuneista vuonna New Yorkissa 1880-luvulla. Vuonna Japanissa viimeisessä vanhan Tatara bloomeries käytetään tuotannossa perinteisen tamahagane terästä, jota käytetään pääasiassa swordmaking, sammui vasta vuonna 1925, vaikka myöhään 20th Century tuotantoa jatkettiin pienellä mittakaavassa toimittaa teräksen käsityöläisen swordmakers.

Osmondin prosessi

Osmond -rauta koostui takorautapalloista, jotka valmistettiin sulattamalla rautarautaa ja tarttumalla pisarat sauvaan, joka kehrättiin ilmavirran edessä niin, että mahdollisimman suuri osa siitä altistui ilmalle ja hapetti sen hiilipitoisuuden . Tuloksena oleva pallo väärennettiin usein tankoraudaksi vasaramyllyssä.

Hienoprosessi

1500 -luvulla masuuni levisi nykyiseen Belgiaan, missä sitä parannettiin. Sieltä se levisi Pays de Brayn kautta Normandian rajalla ja sitten Wealdiin Englantiin. Sen avulla hienorauta leviää. Ne sulattivat rautarautaa ja (itse asiassa) palasivat hiilen, mikä tuotti kukinnan, joka sitten taottiin rautaksi. Jos sauvarautaa tarvittiin, käytettiin halkaisumyllyä.

Hienoprosessi oli olemassa kahdessa hieman eri muodossa. Isossa -Britanniassa, Ranskassa ja osassa Ruotsia käytettiin vain Vallonian prosessia . Siinä käytettiin kahta eri tulisijaa, hienoa tulisijaa silitysraudan viimeistelyyn ja kuumaa tulisijaa sen lämmittämiseen uudelleen, kun kukinta piirrettiin baariin. Hienostunut puu poltti aina hiiltä, mutta hiillos voidaan polttaa kivihiilellä , koska sen epäpuhtaudet eivät vahingoita rautaa, kun se oli kiinteässä tilassa. Toisaalta Saksassa, Venäjällä ja suurimmassa osassa Ruotsia käytetty saksalainen prosessi käytti yhtä tulisijaa kaikissa vaiheissa.

Käyttöönotto koksin käytettäväksi masuunin Abraham Darby vuonna 1709 (tai ehkä toiset hieman aikaisemmin) oli aluksi vähän vaikutusta takorauta tuotantoon. Vain 1750 -luvulla koksirautaa käytettiin merkittävässä mittakaavassa hienoksi takomien raaka -aineeksi. Hiili oli kuitenkin edelleen polttoaine hienoille.

Ruukku ja leimaus

1750 -luvun lopulta lähtien rautamestarit alkoivat kehittää prosesseja rautaraudan valmistamiseksi ilman hiiltä. Sitä varten oli useita patentoituja prosesseja, joita kutsutaan nykyään ruukku- ja leimausmenetelmiksi . Varhaisimmat ovat kehittäneet John Wood of Wednesdaybury ja hänen veljensä Charles Wood of Low Mill Egremontista , patentoitu vuonna 1763. Toinen kehitettiin Coalbrookdale Companylle Cranage -veljien toimesta . Toinen tärkeä asia oli John Wright ja Joseph Jesson West Bromwichista .

Puddling -prosessi

Kaavamainen piirre lätäkköuunista

Teollisen vallankumouksen alkaessa 1700 -luvun loppupuolella kehitettiin useita prosesseja, joilla valmistettiin takorauta ilman hiiltä . Menestynein niistä oli lätäkkö, jossa käytettiin lätäkköuunia (erilaisia jälkikaiunta -uuneja ), jonka Henry Cort keksi vuonna 1784. Sitä paransivat myöhemmin muut, mukaan lukien Joseph Hall , joka lisäsi ensimmäisenä rautaoksidia lataa. Tällaisessa uunissa metalli ei joudu kosketuksiin polttoaineen kanssa, joten se ei saastu sen epäpuhtauksista. Palamistuotteiden lämpö kulkee lätäkkön pinnan yli ja uunin katto heijastaa (heijastaa) lämpöä uunin palosillan metallilätäkkään.

Ellei käytetty raaka -aine ole valkoista valurautaa, raakarauta tai muu lätäkkön raakatuote oli ensin puhdistettava jalostetuksi rautaksi tai hienommaksi metalliksi. Tämä tapahtuisi jalostamossa, jossa raakahiiltä käytettiin piin poistamiseen ja hiilen muuntamiseen raaka -aineesta, joka löytyi grafiitin muodossa, yhdistelmäksi raudan kanssa, jota kutsutaan sementiksi.

Täysin kehitetyssä (Hallin) prosessissa tämä metalli sijoitettiin lätäkköuunin tulipesään, jossa se sulatettiin. Tulisija oli vuorattu hapettavilla aineilla, kuten hematiitilla ja rautaoksidilla. Seos altistettiin voimakkaalle ilmavirralle ja sekoitettiin pitkien tankojen, nimeltään puddling baareja tai kouruja, kanssa työovien kautta. Metallin ilma, sekoitus ja "kiehumisvaikutus" auttoivat hapettimia hapettamaan epäpuhtaudet ja hiilen rautaraudasta. Kun epäpuhtaudet hapettuvat, ne muodostivat sulan kuonan tai ajautuivat pois kaasuna, kun taas pidätysrauta kiinteytyi sienimäiseksi takorautaksi, joka kellui lätäkkön huipulle ja kalastettiin pois sulasta lätäkköpalloina lätäkkipalkkien avulla.

Shingling

Lätäkkipalloissa oli vielä kuonaa jäljellä, joten kun ne olivat vielä kuumia, niitä palattiin poistamaan jäljellä oleva kuona ja tuhka. Tämä saavutettiin takomalla pallot vasaran alle tai puristamalla kukinta koneessa. Vyöruusun lopussa saatu materiaali tunnetaan kukkana. Kukinnat eivät ole hyödyllisiä tässä muodossa, joten ne käärittiin lopputuotteeksi.

Joskus eurooppalainen ruukki ohitti vyöruusuprosessin kokonaan ja pyöritti lätäkköpalloja. Ainoa haittapuoli on, että karkeiden tankojen reunat eivät olleet yhtä hyvin puristettuja. Kun karkea palkki lämmitettiin uudelleen, reunat voivat irrota toisistaan ja kadota uuniin.

Rolling

Kukinta vietiin telojen läpi ja tuotettiin tankoja. Takorautaiset tangot olivat huonolaatuisia, nimeltään muck baareja tai puddle baareja. Laadun parantamiseksi tangot leikattiin, kasattiin ja sidottiin toisiinsa lankoilla , mikä tunnetaan nimellä faggoting tai paalutus. Sitten ne lämmitettiin uudelleen hitsaustilaan, tako hitsattiin ja rullattiin uudelleen tankoiksi. Prosessi voidaan toistaa useita kertoja halutun laatuisen takorautan tuottamiseksi. Takorautaa, joka on rullattu useita kertoja, kutsutaan kauppiaspalkiksi tai kaupparaudaksi.

Lancashiren prosessi

Lätäkköinnin etuna oli, että polttoaineena käytettiin hiiltä, ei hiiltä. Siitä ei kuitenkaan ollut juurikaan hyötyä Ruotsissa, jossa ei ollut hiiltä. Gustaf Ekman havaitsi Ulverstonissa hiilihautomoita , jotka olivat aivan erilaisia kuin Ruotsissa. Palattuaan Ruotsiin 1830 -luvulla hän kokeili ja kehitti puddling -kaltaista prosessia, mutta käytti polttopuita ja hiiltä, joka otettiin laajalti käyttöön Bergslagenissa seuraavina vuosikymmeninä.

Aston -prosessi

Vuonna 1925 yhdysvaltalainen James Aston kehitti prosessin takorautan nopeaan ja taloudelliseen valmistukseen. Se sisälsi sulan teräksen ottamista Bessemer -muuntimesta ja kaatamista viileämpään nestemäiseen kuonaan. Teräksen lämpötila on noin 1500 ° C ja nestemäinen kuona pidetään noin 1200 ° C: ssa. Sulatettu teräs sisältää suuren määrän liuenneita kaasuja, joten kun nestemäinen teräs osui nestekuonan jäähdytinpintoihin, kaasut vapautuivat. Sulatettu teräs jäädytettiin, jolloin saatiin sienimäinen massa, jonka lämpötila oli noin 1370 ° C. Huokoinen massa olisi tällöin valmis olemalla shingled ja rullattu , kuten on kuvattu alla pakottamalla (edellä). Menetelmällä voitaisiin muuntaa kolme tai neljä tonnia erää kohden.

Hylkää

Teräs alkoi korvata rautaa rautateiden kiskoilla heti, kun sen valmistukseen liittyvä Bessemer -prosessi hyväksyttiin (1865). Rauta pysyi hallitsevana rakennesovelluksissa aina 1880-luvulle asti, koska hauras teräs aiheutti ongelmia, jotka johtuivat typen, korkean hiilen, liiallisen fosforin tai liiallisen lämpötilan aiheuttamasta liian nopeasta valssauksesta. Vuoteen 1890 mennessä teräs oli suurelta osin korvannut raudan rakenteellisiin sovelluksiin.

Levyraudalla (Armco 99,97% puhdasta rautaa) oli hyvät ominaisuudet käytettäväksi laitteissa, se soveltui hyvin emalointiin ja hitsaukseen ja oli ruosteenkestävä.

1960-luvulla terästuotannon hinta laski kierrätyksen vuoksi, ja jopa Aston-prosessia käyttämällä takorautatuotanto oli työvoimavaltaista. On arvioitu, että takorauta on noin kaksi kertaa kalliimpaa kuin vähähiilinen teräs. Yhdysvalloissa, viimeinen tehdas suljettiin vuonna 1969. Viimeinen maailmassa oli Atlas Forge ja Thomas Walmsley and Sons kaupungista Bolton , Iso-Britannia, joka päättyi vuonna 1973. Sen 1860-aikakauden laitteet siirrettiin Blists Hill sivusto on Ironbridgen rotkon museo säilyttämistä varten. Osaa takorautaa valmistetaan edelleen perintötavoitteisiin, mutta vain kierrättämällä romua.

Ominaisuudet

Takoraunan mikrorakenne, jossa näkyy ferriitin tummia kuona -sulkeumia

Takoraudassa olevat kuonan sulkeumat tai jouset antavat sille ominaisuuksia, joita ei löydy muista rautametallimuodoista. On noin 250 000 sulkeumaa neliötuumaa kohti. Tuore murtuma näyttää kirkkaan sinertävältä, silkkisen kiiltävältä ja kuituiselta.

Takorauta puuttuu hiilipitoisuudesta, joka tarvitaan kovettamiseen lämpökäsittelyn avulla , mutta alueilla, joilla teräs oli harvinaista tai tuntematonta, työkaluja on joskus kylmämuokattu (siis kylmä rauta ) niiden kovettamiseksi. Matalan hiilipitoisuuden etuna on erinomainen hitsattavuus. Lisäksi takorauta ei voi taipua yhtä paljon kuin teräslevy (kylmämuokattuna). Takorauta voidaan sulattaa ja valettaa, mutta tuote ei ole enää takorauta, koska takorautalle ominaiset kuonanostimet katoavat sulatettaessa, joten tuote muistuttaa epäpuhdasta Bessemerin terästä. Ei ole teknistä etua verrattuna valurautaan tai teräkseen, jotka molemmat ovat halvempia.

Rautamalmin alkuperän ja raudan valmistuksen erojen vuoksi takorauta voi olla huonompi tai parempi korroosionkestävyydessä verrattuna muihin rautaseoksiin. Korroosionkestävyyden takana on monia mekanismeja. Chilton ja Evans havaitsivat, että nikkelin rikastusnauhat vähentävät korroosiota. He havaitsivat myös, että lätäkköisessä, taotussa ja paalutetussa raudassa metallin työstäminen levitti kuparin, nikkelin ja tinan epäpuhtauksia, mikä tuottaa sähkökemiallisia olosuhteita, jotka hidastavat korroosiota. Kuonan sulkeumien on osoitettu hajottavan korroosion tasaiseksi kalvoksi, jolloin rauta voi vastustaa kuoppia. Toinen tutkimus on osoittanut, että kuonan sulkeumat ovat reittejä korroosiolle. Muut tutkimukset osoittavat, että takorautassa olevat epäpuhtaudet vähentävät korroosionkestävyyttä, mutta fosfori lisää korroosionkestävyyttä. Ympäristöt, joissa on suuri kloridi -ionien pitoisuus, vähentävät myös takorautan korroosionkestävyyttä.

Takorauta voidaan hitsata samalla tavalla kuin mieto teräs, mutta oksidin tai sulkeumien esiintyminen antaa virheellisiä tuloksia. Materiaalissa on karkea pinta, joten se pitää pinnoitteet ja pinnoitteet paremmin. Esimerkiksi galvaaninen sinkkipinnoite, joka on levitetty takorautalle, on noin 25–40% paksumpi kuin sama teräspinta. Taulukossa 1 takorautan kemiallista koostumusta verrataan rauta- ja hiiliteräkseen . Vaikka vaikuttaa siltä, että takorautalla ja tavallisella hiiliteräksellä on samanlaiset kemialliset koostumukset, se on petollista. Suurin osa mangaanista, rikkiä, fosforia ja piitä on sisällytetty takorautassa oleviin kuonakuituihin, joten takorauta on puhtaampaa kuin tavallinen hiiliteräs.

Taulukko 1: Raakaraudan, tavallisen hiiliteräksen ja takorautan kemiallisen koostumuksen vertailu
Materiaali	Rauta	Hiili	Mangaani	Rikki	Fosfori	Pii
Harkkorauta	91–94	3,5–4,5	0,5–2,5	0,018–0,1	0,03–0,1	0,25–3,5
Hiiliteräs	98,1–99,5	0,07–1,3	0,3–1,0	0,02–0,06	0,002–0,1	0,005–0,5
Takorauta	99–99,8	0,05–0,25	0,01–0,1	0,02–0,1	0,05–0,2	0,02–0,2
Kaikki yksiköt ovat painoprosentteja. Lähde:

Taulukko 2: Takorautaominaisuudet
Omaisuus	Arvo
Lopullinen vetolujuus [psi (MPa)]	34 000–54 000 (234–372)
Äärimmäinen puristuslujuus [psi (MPa)]	34 000–54 000 (234–372)
Lopullinen leikkauslujuus [psi (MPa)]	28 000–45 000 (193–310)
Saantopiste [psi (MPa)]	23000–32000 (159–221)
Joustavuuden moduuli (jännityksessä) [psi (MPa)]	28 000 000 (193 100)
Sulamispiste [° F (° C)]	2800 (1540)
Tietty painovoima	7.6–7.9
Tietty painovoima	7,5–7,8

Muiden ominaisuuksiensa lisäksi takorauta muuttuu pehmeäksi punaisella lämmöllä , ja se voidaan helposti väärentää ja hitsata . Sitä voidaan käyttää väliaikaisten magneettien muodostamiseen , mutta sitä ei voida magnetoida pysyvästi, ja se on taipuisa , taipuisa ja sitkeä .

Joustavuus

Useimmissa tarkoituksissa sitkeys on takorautaa tärkeämpi mittari kuin vetolujuus. Vetotestissä parhaat raudat voivat venyä huomattavasti ennen kuin ne epäonnistuvat. Suurempi vetolujuus takorauta on hauras.

Koska höyrylaivoissa tapahtui paljon kattiloiden räjähdyksiä, Yhdysvaltain kongressi hyväksyi vuonna 1830 lain, jossa hyväksyttiin varat ongelman korjaamiseen. Valtiovarainministeriö teki 1500 dollarin sopimuksen Franklin -instituutille tutkimuksen suorittamiseksi. Osana tutkimusta Walter R.Johnson ja Benjamin Reeves suorittivat lujuuskokeita eri kattilaraudoille käyttämällä testaria, jonka he olivat rakentaneet vuonna 1832 Lagerhjelmin Ruotsissa tekemän suunnittelun perusteella. Valitettavasti vetolujuuden ja sitkeyden väärinkäsityksen vuoksi heidän työnsä ei juurikaan vähentänyt vikoja.

Joustavuuden merkitys tunnustettiin joissakin hyvin varhaisessa vaiheessa putkikattiloiden kehittämisessä, kuten Thurstonin kommentti:

Jos ne olisi valmistettu niin hyvästä raudasta, jonka valmistajat väittivät asettaneensa niihin "joka toimi kuin lyijy", ne, kuten myös väitettiin, murtuessaan, repeytyen auki ja tyhjentäisivät sisällön aiheuttamatta kattilan räjähdyksen tavanomaisia tuhoisia seurauksia. .

Eri 1800-luvun kattiloiden räjähdystutkimuksissa, erityisesti vakuutusyhtiöiden, havaittiin, että syyt ovat useimmiten seurausta siitä, että kattilat toimivat turvallisen painealueen yläpuolella, joko lisää tehoa tai viallisista kattilan paineenalennusventtiileistä ja vaikeuksista saada luotettavia paineen ja vedenpinnan näyttö. Huono valmistus oli myös yleinen ongelma. Myös raudan paksuus höyryrumpuissa oli alhainen nykyaikaisten standardien mukaan.

1800 -luvun lopulla, kun metallurgit pystyivät ymmärtämään paremmin, mitkä ominaisuudet ja prosessit tekivät hyvää rautaa, se syrjäytti teräksen. Myös vanhat lieriömäiset kattilat, joissa oli paloputki, syrjäytettiin vesiputkikattioilla, jotka ovat luonnostaan turvallisempia.

Puhtaus

Vuonna 2010 tohtori Gerry McDonnell osoitti Englannissa analyysillä, että perinteisestä sulasta peräisin oleva takorautakukinta voidaan työstää 99,7% puhtaaseen rautaan ilman todisteita hiilestä. Todettiin, että muille takorautoille yhteisiä kierteitä ei ollut läsnä, mikä teki sepistä erittäin muokattavan työskennellä kuumana ja kylmänä. Saatavilla on kaupallinen puhtaan raudan lähde, jota sepät käyttävät vaihtoehtona perinteiselle takoraudalle ja muille uuden sukupolven rautametalleille.

Sovellukset

Takorautahuonekaluilla on pitkä historia, joka ulottuu Rooman aikoihin. Lontoon Westminster Abbeyssa on 1200-luvun takorautaportteja , ja takorautahuonekalut näyttivät saavuttavan suurimman suosionsa Britanniassa 1600-luvulla, William III: n ja Mary II: n hallituskaudella . Valurauta ja halvempi teräs aiheuttivat kuitenkin takorautavalmistuksen asteittaista laskua; Britannian viimeinen takorauta suljettiin vuonna 1974.

Sitä käytetään myös tehdä erikoistyöt kuten leipurin hyllyt , viini telineet , potti telineet , etageres , pöytä emäkset, pöydät, portit, sängyt, kynttilänjalkoja, verhotangot, baareja ja baarituolit.

Valtaosa nykyään saatavilla olevasta takorautasta on kierrätysmateriaaleista. Vanhat sillat ja satamista ruopatut ankkuriketjut ovat tärkeitä lähteitä. Suurempi korroosionkestävyys takoraudasta johtuu piipitoinen epäpuhtaudet (luonnollisesti esiintyvän rautamalmin), eli rauta silikaatti .

Takorautaa on käytetty vuosikymmeniä yleisenä terminä portti- ja aidateollisuudessa , vaikka näiden "takorauta" -porttien valmistuksessa käytetään mietoa terästä . Tämä johtuu pääasiassa todellisen takorautan rajallisesta saatavuudesta. Teräs voidaan myös kuumasinkittää korroosion estämiseksi, mitä ei voida tehdä takorautalla.

Katso myös

Huomautuksia

Viitteet

Lue lisää

Bealer, Alex W. (1995). Sepän taito . Edison, NJ: Castle Books. s. 28–45. ISBN 0-7858-0395-5.
Gordon, Robert B (1996). Amerikan rauta 1607–1900 . Baltimore ja Lontoo: Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-6816-5.

Ulkoiset linkit

Takorautaan liittyvä media Wikimedia Commonsissa

Languages

In other projects