Smidesjärn

Olika exempel på smide

Smidesjärn är en järnlegering med en mycket låg kolhalt (mindre än 0,08 %) till skillnad från gjutjärns ( 2,1 % till 4 %). Det är en halvsmält massa av järn med fibrösa slagginneslutningar (upp till 2 viktprocent), som ger den ett träliknande "korn" som är synligt när det etsas, rostas eller böjs till brott . Smidesjärn är segt, formbart, formbart , korrosionsbeständigt och lätt smidessvetsat , men är svårare att svetsa elektriskt.

Innan utvecklingen av effektiva metoder för ståltillverkning och tillgången till stora mängder stål var smidesjärn den vanligaste formen av smidbart järn. Den fick namnet smidd eftersom den hamrades, rullades eller på annat sätt bearbetades medan den var tillräckligt varm för att driva ut smält slagg. Den moderna funktionella motsvarigheten till smide är mjukt stål , även kallat lågkolstål. Varken smide eller mjukt stål innehåller tillräckligt med kol för att kunna härdas genom uppvärmning och härdning. ^{[ misslyckad verifiering ]}

Smidesjärn är mycket raffinerat, med en liten mängd silikatslagg utsmidd till fibrer. Den består av cirka 99,4 viktprocent järn. Närvaron av slagg kan vara fördelaktigt för smidesoperationer, såsom smidsvetsning, eftersom silikatinslutningarna fungerar som ett flussmedel och ger materialet dess unika, fibrösa struktur. Silikatfilamenten i slaggen skyddar även järnet från korrosion och minskar effekten av utmattning orsakad av stötar och vibrationer.

Historiskt sett förädlades en blygsam mängd smidesjärn till stål , som användes främst för att producera svärd , bestick , mejslar , yxor och andra eggade verktyg, såväl som fjädrar och filar. Efterfrågan på smidesjärn nådde sin topp på 1860-talet, och efterfrågan var hög på järnklädda krigsfartyg och järnvägsanvändning . Men eftersom egenskaper som sprödhet hos mjukt stål förbättrades med bättre järnmetallurgi och eftersom stål blev billigare att tillverka tack vare Bessemer-processen och Siemens-Martin-processen , minskade användningen av smidesjärn.

Många föremål, innan de kom att tillverkas av mjukt stål , tillverkades av smidesjärn, inklusive nitar , spikar , tråd , kedjor , skenor , järnvägskopplingar , vatten- och ångrör , muttrar , bultar , hästskor , ledstänger , vagnsdäck, remmar för takstolar av trä och prydnadsjärn, bland mycket annat.

Smide tillverkas inte längre i kommersiell skala. Många produkter som beskrivs som smidesjärn, som skyddsräcken , trädgårdsmöbler och grindar är gjorda av mjukt stål. De behåller den beskrivningen, eftersom de är gjorda för att likna föremål som förr tillverkades (bearbetades) för hand av en smed (även om många dekorativa järnföremål, inklusive staket och portar, ofta gjuts snarare än smides).

Terminologi

Ordet "smide" är en ålderdomlig particip av verbet "att arbeta", och så "smide" betyder bokstavligen "bearbetat järn". Smidesjärn är en allmän term för varan, men används också mer specifikt för färdiga järnvaror, tillverkade av en smed . Det användes i den snävare bemärkelsen i brittiska tullens register, sådant tillverkat järn var föremål för en högre tullsats än vad som kan kallas "oberbetat" järn. Gjutjärn är , till skillnad från smide, sprött och kan inte bearbetas varken varmt eller kallt. Gjutjärn kan gå sönder om det slås med en hammare.

På 1600-, 1700- och 1800-talen användes smidesjärn av en mängd olika termer beroende på dess form, ursprung eller kvalitet.

Medan den blommande processen producerade smidesjärn direkt från malm, var gjutjärn eller tackjärn utgångsmaterialen som användes i finsmedjan och pölugnen . Tackjärn och gjutjärn har högre kolhalt än smidesjärn, men har lägre smältpunkt än järn eller stål. Gjutjärn och speciellt tackjärn har överskott av slagg som åtminstone delvis måste avlägsnas för att producera kvalitetssmide. På gjuterier var det vanligt att blanda smidesskrot med gjutjärn för att förbättra de fysikaliska egenskaperna hos gjutgods.

Under flera år efter införandet av Bessemer och stål med öppen härd fanns det olika åsikter om vad som skilde järn från stål; vissa trodde att det var den kemiska sammansättningen och andra att det var huruvida järnet värmdes tillräckligt för att smälta och "smälta". Fusion blev så småningom allmänt accepterad som relativt viktigare än sammansättning under en given låg kolkoncentration. En annan skillnad är att stål kan härdas genom värmebehandling .

Historiskt sett var smidesjärn känt som "kommersiellt rent järn"; den är dock inte längre kvalificerad eftersom nuvarande standarder för kommersiellt rent järn kräver en kolhalt på mindre än 0,008 viktprocent .

Typer och former

Stångjärn är en generisk term som ibland används för att skilja det från gjutjärn. Det är motsvarigheten till ett göt av gjuten metall, i en bekväm form för hantering, lagring, frakt och vidarebearbetning till en färdig produkt.

Stängerna var den vanliga produkten från finsmedjan , men gjordes inte nödvändigtvis genom den processen.

Stångjärn — skuret från platt stångjärn i ett skärverk utgjorde råmaterialet för spikar och spikar.
Bågejärn – lämpligt för tunnors bågar, tillverkade genom att passera stångjärn genom rullformar.
Plåtjärn—plåt som lämpar sig för användning som pannplåt .
Svartplåt — plåtar, kanske tunnare än plåtjärn, från det svartvalsande skedet av plåttillverkningen .
Resejärn – smalt platt stångjärn, tillverkat eller skuret till stänger av en viss vikt, en vara till salu i Afrika för den atlantiska slavhandeln . Antalet barer per ton ökade gradvis från 70 per ton på 1660-talet till 75–80 per ton 1685 och "nära 92 till ton" 1731.

Ursprung

Träkolsjärn – fram till slutet av 1700-talet smältes smidesjärn från malm med hjälp av träkol, genom blomningsprocessen . Smidesjärn tillverkades också av tackjärn med hjälp av en finsmedja eller i en härd i Lancashire . Den resulterande metallen var mycket varierande, både i kemi och slagghalt.
Puddled järn — puddling processen var den första storskaliga processen för att producera smidesjärn. I pölprocessen raffineras tackjärn i en efterklangsugn för att förhindra kontaminering av järnet från svavlet i kolet eller koksen. Det smälta tackjärnet rörs om manuellt, vilket utsätter järnet för atmosfäriskt syre, som avkolar järnet. När järnet rörs om, samlas kulor av smidesjärn till bollar av omrörningsstaven (rabble arm eller stav) och de avlägsnas med jämna mellanrum av puddlern. Puddling patenterades 1784 och blev allmänt använd efter 1800. År 1876 var den årliga produktionen av järnpöl enbart i Storbritannien över 4 miljoner ton. Ungefär vid den tiden kunde den öppna härdugnen tillverka stål av lämplig kvalitet för konstruktionsändamål, och smidesproduktionen gick ner.
Malmjärn — en särskilt ren stångjärnskvalitet tillverkad ytterst av järnmalm från Dannemoragruvan i Sverige . Dess viktigaste användningsområde var som råmaterial för cementeringsprocessen vid ståltillverkning.
Danks järn – ursprungligen importerat järn till Storbritannien från Gdańsk , men på 1700-talet troligen den sorts järn (från östra Sverige) som en gång kom från Gdańsk.
Skogsjärn – järn från engelska Forest of Dean , där hematitmalm gjorde det möjligt att tillverka segt järn.
Lukes järn-järn importerat från Liège , vars holländska namn är "Luik".
Ames järn eller amys järn — en annan variant av järn som importeras till England från norra Europa. Dess ursprung har föreslagits vara Amiens , men det verkar ha importerats från Flandern på 1400-talet och Holland senare, vilket tyder på ett ursprung i Rhendalen . Dess ursprung är fortfarande kontroversiellt.
Botolf-järn eller Boutall-järn — från Bytów (polska Pommern ) eller Bytom (polska Schlesien ).
Sobeljärn (eller gammal sobel) – järn som bär märket (en sobel ) från Demidov -familjen av ryska järnmästare , ett av de bättre märkena av ryskt järn .

Kvalitet

Tufft järn: Stavas även "tuf", är inte sprött och är tillräckligt starkt för att användas till verktyg.
Blanda järn: Tillverkad av en blandning av olika typer av tackjärn .
Bästa järn: Järn genomgick flera steg av pålning och valsning för att nå det stadium som (på 1800-talet) betraktades som den bästa kvaliteten.
Märkt stångjärn: Tillverkat av medlemmar i Marked Advokatsamfundet och märkt med tillverkarens varumärke som ett tecken på dess kvalitet.

Defekter

Smidesjärn är en form av kommersiellt järn som innehåller mindre än 0,10 % kol, mindre än 0,25 % av föroreningarna totalt av svavel, fosfor, kisel och mangan, och mindre än 2 % slagg i vikt.

Smidesjärn är rödkort eller varmt kort om det innehåller svavel i överskott. Den har tillräcklig seghet när den är kall, men spricker när den böjs eller avslutas vid röd värme. Varmt kort järn ansågs osäljbart.

Kallt kort järn, även känt som coldshear , colshire , innehåller för mycket fosfor. Den är mycket skör när den är kall och spricker om den böjs. Den kan dock arbetas vid hög temperatur. Historiskt sett ansågs kallkort järn tillräckligt för naglar .

Fosfor är inte nödvändigtvis skadligt för järn. Forntida smeder från den främre östern tillsatte inte kalk till sina ugnar. Frånvaron av kalciumoxid i slaggen, och den avsiktliga användningen av ved med hög fosforhalt under smältningen, inducerar en högre fosforhalt (typiskt <0,3 %) än i modernt järn (<0,02–0,03 %). Analys av järnpelaren i Delhi ger 0,11 % i järnet. Den ingående slaggen i smide ger också korrosionsbeständighet.

Närvaron av fosfor (utan kol) ger ett segjärn lämpligt för tråddragning för pianotråd .

Historia

västvärlden

Pölsprocessen att smälta järnmalm för att göra smidesjärn av tackjärn, illustrerad i Tiangong Kaiwu uppslagsverk av Song Yingxing , publicerad 1637.

Smidesjärn har använts i många århundraden, och är det "järn" som refereras till genom hela västerländsk historia. Den andra formen av järn, gjutjärn , var i bruk i Kina sedan urminnes tider men introducerades inte i Västeuropa förrän på 1400-talet; även då kunde den, på grund av sin sprödhet, endast användas för ett begränsat antal ändamål. Under en stor del av medeltiden producerades järn genom direkt reduktion av malm i manuellt drivna växthus , även om vattenkraft hade börjat användas 1104.

Råvaran som produceras av alla indirekta processer är tackjärn. Den har en hög kolhalt och som en konsekvens är den skör och kan inte användas för att tillverka hårdvara. Osmondprocessen var den första av de indirekta processerna, som utvecklades 1203, men blomstrande produktion fortsatte på många ställen . Processen berodde på utvecklingen av masugnen, varav medeltida exempel har upptäckts i Lapphyttan , Sverige och i Tyskland .

Blomnings- och osmondprocesserna ersattes successivt från 1400-talet av fina processer, av vilka det fanns två versioner, den tyska och vallonska. De ersattes i sin tur från slutet av 1700-talet av pöl , med vissa varianter som den svenska Lancashire-processen . Även dessa är nu föråldrade och smidesjärn tillverkas inte längre kommersiellt.

Kina

Under Han-dynastin (202 f.Kr. – 220 e.Kr.) ledde nya järnsmältningsprocesser till tillverkning av nya smidesjärnsredskap för användning inom jordbruket, såsom flerrörssåmaskinen och järnplogen . Förutom oavsiktliga klumpar av smidesjärn med låg kolhalt som produceras av överdriven insprutad luft i gamla kinesiska kupolugnar . De forntida kineserna skapade smidesjärn genom att använda finsmedjan åtminstone på 200-talet f.Kr., de tidigaste exemplaren av gjutjärn och tackjärn som finslipats till smidesjärn och stål som hittades vid den tidiga Han-dynastin i Tieshengguo. Pigott spekulerar i att finsmedjan fanns under den tidigare krigande staternas period (403–221 f.Kr.), på grund av det faktum att det finns smidesjärnsartiklar från Kina som daterar till den perioden och det finns inga dokumenterade bevis för att blomningen någonsin har använts i Kina . Finningsprocessen involverade att flytande gjutjärn i en finhärd och avlägsna kol från det smälta gjutjärnet genom oxidation . Wagner skriver att förutom Han-dynastins härdar som tros vara finhärdar, finns det också bildbevis på finhärden från en Shandong -gravmålning daterad 1:a till 2:a århundradet e.Kr., såväl som en antydan om skriftliga bevis på 300-talet e.Kr. Daoistisk text Taiping Jing .

Blommande process

Smidesjärn tillverkades ursprungligen genom en mängd olika smältningsprocesser, alla beskrivs idag som "bloomeries". Olika former av blomning användes vid olika platser och tider. Blomningen laddades med kol och järnmalm och tändes sedan. Luft blåstes in genom en form för att värma upp blomningen till en temperatur något under smältpunkten för järn. Under smältans lopp skulle slagg smälta och rinna ut, och kolmonoxid från kolet skulle reducera malmen till järn, vilket bildade en svampig massa (kallad "blom") innehållande järn och även smälta silikatmineraler (slagg) från malmen. Järnet förblev i fast tillstånd. Om blomningen fick bli tillräckligt varm för att smälta järnet skulle kol lösas upp i det och bilda gris- eller gjutjärn, men det var inte meningen. Utformningen av en bloomery gjorde det dock svårt att nå smältpunkten för järn och förhindrade också att koncentrationen av kolmonoxid blev hög.

Efter avslutad smältning togs blomningen bort och processen kunde sedan startas igen. Det var alltså en satsvis process, snarare än en kontinuerlig sådan som en masugn. Blomningen var tvungen att smidas mekaniskt för att konsolidera den och forma den till en stång, vilket driver ut slagg i processen.

Under medeltiden användes vattenkraft i processen, troligen till en början för att driva bälgar, och först senare till hammare för att smida blommorna. Men även om det är säkert att vattenkraft användes, är detaljerna fortfarande osäkra. Det var kulmen på den direkta processen för järntillverkning. Den överlevde i Spanien och södra Frankrike som Catalan Forges till mitten av 1800-talet, i Österrike som stuckofen till 1775 och nära Garstang i England fram till omkring 1770; det var fortfarande i bruk med heta sprängningar i New York på 1880-talet. I Japan släcktes den sista av de gamla tatarablomerna som användes vid tillverkning av traditionellt tamahagane- stål, huvudsakligen använt vid svärdtillverkning, först 1925, även om i slutet av 1900-talet återupptogs produktionen i låg skala för att leverera stålet till hantverkssvärdmakarna.

Osmond process

Osmondjärn bestod av bollar av smidesjärn, framställda genom att smälta tackjärn och fånga upp dropparna på en stav, som snurrades framför en luftblåsning för att exponera så mycket som möjligt av det för luften och oxidera dess kolinnehåll . Den resulterande kulan smiddes ofta till stångjärn i en hammarkvarn.

Fine process

På 1400-talet spreds masugnen till det som idag är Belgien där den förbättrades. Därifrån spreds den via Pays de Bray på gränsen till Normandie och sedan till Weald i England. Med den spred sig finsmedjan. De smälte om tackjärnet och (i själva verket) brände ut kolet, vilket gav en blomning, som sedan smiddes till stångjärn. Om det krävdes stångjärn användes ett skärverk.

Fineringsprocessen fanns i två lite olika former. I Storbritannien, Frankrike och delar av Sverige användes endast vallonprocessen . Det använde två olika härdar, en finhärd för att färdigställa järnet och en härd för att värma upp det under loppet av att dra ut blomningen i en bar. Fingodset brände alltid träkol, men chaferet kunde eldas med mineralkol, eftersom dess föroreningar inte skulle skada järnet när det var i fast tillstånd. Å andra sidan använde den tyska processen, som användes i Tyskland, Ryssland och större delen av Sverige, en enda härd för alla stadier.

Införandet av koks för användning i masugnen av Abraham Darby 1709 (eller kanske andra lite tidigare) hade till en början liten effekt på smidestillverkningen. Först på 1750-talet användes koksråjärn i någon betydande skala som råvara för finsmedjor. Träkol fortsatte dock att vara bränslet för fineriet.

Ingjutning och stämpling

Från slutet av 1750-talet började järnmästare utveckla processer för att tillverka stångjärn utan träkol. Det fanns ett antal patenterade processer för det, som idag kallas ingjutning och stämpling . De tidigaste utvecklades av John Wood från Wednesbury och hans bror Charles Wood från Low Mill i Egremont , patenterade 1763. En annan utvecklades för Coalbrookdale Company av Cranage-bröderna . En annan viktig var John Wright och Joseph Jesson från West Bromwich .

Pölprocess

Schematisk ritning av en pölugn

Ett antal processer för att tillverka smidesjärn utan träkol utarbetades när den industriella revolutionen började under senare hälften av 1700-talet. Den mest framgångsrika av dessa var pölning, med en pölugn (en variation av efterklangsugnen ), som uppfanns av Henry Cort 1784. Den förbättrades senare av andra inklusive Joseph Hall , som var den första att tillsätta järnoxid till avgift. I den typen av ugnar kommer metallen inte i kontakt med bränslet och är därför inte förorenad av dess föroreningar. Värmen från förbränningsprodukterna passerar över pölens yta och ugnens tak ekar (reflekterar) värmen på metallpölen på ugnens brandbrygga.

Såvida inte råmaterialet som används är vitt gjutjärn, måste tackjärnet eller annan råprodukt från pölen först raffineras till raffinerat järn eller finare metall. Det skulle göras i ett raffinaderi där råkol användes för att ta bort kisel och omvandla kol i råmaterialet, som finns i form av grafit, till en kombination med järn som kallas cementit.

I den fullt utvecklade processen (av Hall) placerades denna metall i härden i pölugnen där den smältes. Härden var fodrad med oxidationsmedel som hematit och järnoxid. Blandningen utsattes för en stark luftström och rördes om med långa stänger, kallade pölstänger eller rabbles, genom arbetsdörrar. Luften, omrörningen och metallens "kokande" verkan hjälpte oxidationsmedlen att oxidera föroreningarna och kolet ur tackjärnet. När föroreningarna oxiderar, bildade de en smält slagg eller drev bort som gas, medan det kvarvarande järnet stelnade till svampigt smidesjärn som flöt till toppen av pölen och fiskades upp ur smältan som pölbollar, med hjälp av pölstänger.

Bältros

Det fanns fortfarande lite slagg kvar i pölbollarna, så medan de fortfarande var varma skulle de spånas för att ta bort resterande slagg och aske. Det uppnåddes genom att smida bollarna under en hammare, eller genom att klämma ihop blomningen i en maskin. Materialet som erhålls i slutet av bältros kallas bloom. Blommorna är inte användbara i den formen, så de rullades till en slutprodukt.

Ibland hoppade europeiska järnbruk över shinglingsprocessen helt och rullade pölkulorna. Den enda nackdelen med det är att kanterna på de grova stängerna inte var lika väl komprimerade. När den grova stången värmdes upp igen, kan kanterna separera och gå förlorade i ugnen.

Rullande

Blomningen passerades genom rullar och för att producera stänger. Stängerna av smidesjärn var av dålig kvalitet, så kallade muckbars eller pölstänger. För att förbättra kvaliteten skars stängerna upp, staplades och bands samman med trådar, en process som kallas faggoting eller pålning. De värmdes sedan upp igen till svetsningstillstånd, smidsvetsades och rullades igen till stänger. Processen kunde upprepas flera gånger för att framställa smidesjärn av önskad kvalitet. Smidesjärn som har rullats flera gånger kallas handelsstång eller handelsjärn.

Lancashire-processen

Fördelen med puddling var att man använde kol, inte träkol som bränsle. Det var dock till liten fördel i Sverige, som saknade kol. Gustaf Ekman observerade träkolsfinier i Ulverston , som skilde sig helt från alla i Sverige. Efter återkomsten till Sverige på 1830-talet experimenterade och utvecklade han en process som liknade pöl men använde ved och träkol, som blev allmänt antagen i Bergslagen under de följande decennierna.

Aston process

1925 utvecklade James Aston från USA en process för att snabbt och ekonomiskt tillverka smidesjärn. Det gick ut på att ta smält stål från en Bessemer-omvandlare och hälla det i kallare flytande slagg. Stålets temperatur är cirka 1500 °C och den flytande slaggen hålls vid cirka 1200 °C. Det smälta stålet innehåller en stor mängd lösta gaser, så när det flytande stålet träffade de kallare ytorna på den flytande slaggen frigjordes gaserna. Det smälta stålet frös sedan för att ge en svampig massa med en temperatur på cirka 1370 °C. Den svampiga massan skulle sedan avslutas genom att shinglas och rullas enligt beskrivningen under pöl (ovan). Tre till fyra ton kunde omvandlas per batch med metoden.

Nedgång

Stål började ersätta järn för järnvägsräls så snart Bessemer-processen för dess tillverkning antogs (1865). Järn förblev dominerande för strukturella tillämpningar fram till 1880-talet, på grund av problem med sprött stål, orsakat av infört kväve, högt kol, överskott av fosfor eller för hög temperatur under eller för snabb valsning. År 1890 hade stål till stor del ersatt järn för strukturella tillämpningar.

Plåt (Armco 99,97 % rent järn) hade goda egenskaper för användning i apparater, lämpade sig väl för emaljering och svetsning och var rostbeständig.

På 1960-talet sjönk priset på stålproduktion på grund av återvinning, och även med Aston-processen var smidesproduktionen arbetskrävande. Det har uppskattats att tillverkningen av smidesjärn är ungefär dubbelt så dyr som den av lågkolhaltiga stål. I USA stängdes den sista fabriken 1969. Den sista i världen var Atlas Forge of Thomas Walmsley and Sons i Bolton , Storbritannien, som stängdes 1973. Dess utrustning från 1860-talet flyttades till Blists Hill-platsen i USA . Ironbridge Gorge Museum för bevarande. En del smidesjärn tillverkas fortfarande för restaureringsändamål, men endast genom återvinning av skrot.

Egenskaper

Mikrostrukturen av smidesjärn, som visar mörka slagginneslutningar i ferrit

Slagginneslutningarna, eller stringers , i smidesjärn ger det egenskaper som inte finns i andra former av järnmetall. Det finns cirka 250 000 inneslutningar per kvadrattum. En fräsch fraktur visar en tydlig blåaktig färg med hög silkeslen lyster och fibröst utseende.

Smidesjärn saknar det kolinnehåll som krävs för att härda genom värmebehandling , men i områden där stål var ovanligt eller okänt, kallbearbetades ibland verktyg (därav kallt järn ) för att härda dem. ^{[ citat behövs ]} En fördel med dess låga kolhalt är dess utmärkta svetsbarhet. Dessutom kan smidesplåt inte böjas lika mycket som stålplåt vid kallbearbetning. Smidesjärn kan smältas och gjutas, men produkten är inte längre smidesjärn, eftersom de slaggsträngar som är karakteristiska för smide försvinner vid smältning, så produkten liknar orent, gjutet Bessemer-stål. Det finns ingen teknisk fördel jämfört med gjutjärn eller stål, som båda är billigare.

På grund av variationerna i järnmalmsursprung och järntillverkning kan smidesjärn vara sämre eller överlägset i korrosionsbeständighet jämfört med andra järnlegeringar. Det finns många mekanismer bakom dess korrosionsbeständighet. Chilton och Evans fann att nickelanrikningsband minskar korrosion. De fann också att i pöl, smidt och staplat järn spred bearbetningen av metallen ut koppar-, nickel- och tennföroreningar som producerar elektrokemiska förhållanden som bromsar korrosion. Slagginneslutningarna har visat sig sprida korrosion till en jämn film, vilket gör det möjligt för järnet att motstå gropbildning. En annan studie har visat att slagginslutningar är vägar till korrosion. Andra studier visar att svavel i smidesjärnet minskar korrosionsbeständigheten, medan fosfor ökar korrosionsbeständigheten. Kloridjoner minskar också smidesjärns korrosionsbeständighet.

Smidesjärn kan svetsas på samma sätt som mjukt stål, men närvaron av oxid eller inneslutningar ger felaktiga resultat. Materialet har en grov yta, så det kan hålla pläteringar och beläggningar bättre. Till exempel är en galvanisk zinkfinish applicerad på smide cirka 25–40 % tjockare än samma finish på stål. I tabell 1 jämförs den kemiska sammansättningen av smidesjärn med tackjärns och kolstål . Även om det verkar som att smidesjärn och vanligt kolstål har liknande kemiska sammansättningar, är det vilseledande. Det mesta av mangan, svavel, fosfor och kisel ingår i slaggfibrerna i smidesjärnet, vilket gör smidesjärnet renare än vanligt kolstål.

Tabell 1: Jämförelse av kemisk sammansättning av tackjärn, vanligt kolstål och smidesjärn
Material	Järn	Kol	Mangan	Svavel	Fosfor	Kisel
Tackjärn	91–94	3,5–4,5	0,5–2,5	0,018–0,1	0,03–0,1	0,25–3,5
Kolstål	98,1–99,5	0,07–1,3	0,3–1,0	0,02–0,06	0,002–0,1	0,005–0,5
Smidesjärn	99–99,8	0,05–0,25	0,01–0,1	0,02–0,1	0,05–0,2	0,02–0,2
Alla enheter är viktprocent. Källa:

Tabell 2: Egenskaper hos smidesjärn
Fast egendom	Värde
Slutlig draghållfasthet [psi (MPa)]	34 000–54 000 (234–372)
Slutlig kompressionsstyrka [psi (MPa)]	34 000–54 000 (234–372)
Slutlig skjuvhållfasthet [psi (MPa)]	28 000–45 000 (193–310)
Sträckgräns [psi (MPa)]	23 000–32 000 (159–221)
Elasticitetsmodul (i spänning) [psi (MPa)]	28 000 000 (193 100)
Smältpunkt [°F (°C)]	2 800 (1 540)
Specifik gravitation	7,6–7,9
Specifik gravitation	7,5–7,8

Bland dess andra egenskaper blir smidesjärn mjukt vid röd värme och kan lätt smidas och smidsvetsas . Den kan användas för att bilda tillfälliga magneter , men den kan inte magnetiseras permanent och är formbar , formbar och tuff .

Duktilitet

För de flesta ändamål är formbarhet snarare än draghållfasthet ett viktigare mått på kvaliteten på smidesjärn. Vid dragprovning kan de bästa järnen genomgå avsevärd töjning innan de går sönder. Smidesjärn med högre hållfasthet är sprött.

På grund av det stora antalet pannexplosioner på ångbåtar antog den amerikanska kongressen lagstiftning 1830 som godkände medel för att åtgärda problemet. Finansdepartementet tilldelade ett kontrakt på $1500 till Franklin Institute för att genomföra en studie. Som en del av studien genomförde Walter R. Johnson och Benjamin Reeves hållfasthetstester på pannjärn med hjälp av en testare som de lät bygga 1832 utifrån Lagerhjelms design i Sverige. Tyvärr, på grund av missförståndet av draghållfasthet och duktilitet, gjorde deras arbete lite för att minska fel.

Vikten av duktilitet erkändes av vissa mycket tidigt i utvecklingen av rörpannor, vilket framgår av Thurstons kommentar:

Om de var gjorda av så bra järn som tillverkarna påstod sig ha lagt i dem "som fungerade som bly", skulle de, som också hävdades, när de sprängdes, öppnas genom att rivas sönder och släppa ut sitt innehåll utan att ge de vanliga katastrofala konsekvenserna av en pannaexplosion .

Olika 1800-talsundersökningar av pannexplosioner, särskilt de som utförts av försäkringsbolag, fann orsaker som oftast är resultatet av att pannor körs över det säkra tryckintervallet, antingen för att få mer effekt eller på grund av defekta pannans tryckavlastningsventiler och svårigheter att få tillförlitliga indikationer på tryck och vattennivåer. Dålig tillverkning var också ett vanligt problem. Dessutom var tjockleken på strykjärnet i ångfat låg, med moderna mått mätt.

I slutet av 1800-talet, när metallurger bättre kunde förstå vilka egenskaper och processer som gjorde bra järn, hölls det på att ersättas av stål. Också de gamla cylindriska pannorna med eldrör ersattes av vattenrörspannor, som i sig är säkrare.

Renhet

2010 visade Dr Gerry McDonnell i England genom analys att en smidesjärnsblom, från en traditionell smälta, kunde bearbetas till 99,7 % rent järn utan tecken på kol. Man fann att de strängar som är gemensamma för andra smidesjärn inte fanns, vilket gjorde det mycket formbart för smeden att arbeta varmt och kallt. En kommersiell källa för rent järn finns tillgänglig och används av smeder som ett alternativ till traditionellt smidesjärn och andra nya generationens järnmetaller.

Ansökningar

Smidesmöbler har en lång historia som går tillbaka till romartiden . Det finns smidesportar från 1200-talet i Westminster Abbey i London, och smidesmöbler verkade nå sin högsta popularitet i Storbritannien på 1600-talet, under Vilhelm III:s och Maria II:s regeringstid . ^{; Emellertid orsakade gjutjärn och billigare} stål en gradvis nedgång i smidesjärntillverkning det sista smidesverket i Storbritannien stängdes 1974.

Det används också för att göra heminredningsartiklar som bagarställ , vinställ , grytställ , etageres , bordsunderlag, skrivbord, grindar, sängar, ljushållare, gardinstänger, barer och barstolar.

Den stora majoriteten av smidesjärn som finns tillgängligt idag är från återvunna material. Gamla broar och ankarkedjor som muddras från hamnar är viktiga källor. ^{, nämligen smidesjärn} beror på de kiselhaltiga föroreningarna (naturligt förekommande i järnmalm) järnsilikat .

Smidesjärn har använts i decennier som en generisk term över grind- och stängselindustrin , även om mjukt stål används för tillverkning av dessa "smidda" grindar. Detta beror främst på den begränsade tillgängligheten av äkta smidesjärn. Stål kan även varmförzinkas för att förhindra korrosion, vilket inte kan göras med smide.

Se även

Anteckningar

Vidare läsning

Bealer, Alex W. (1995). Konsten att smide . Edison, NJ: Castle Books. s. 28–45. ISBN 0-7858-0395-5 .
Gordon, Robert B (1996). Amerikanskt järn 1607–1900 . Baltimore och London: Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-6816-5 .

externa länkar

Media relaterade till Smide på Wikimedia Commons