Ferro battuto - Wrought iron

Vari esempi di ferro battuto

Il ferro battuto è una lega di ferro con un contenuto di carbonio molto basso (inferiore allo 0,08%) rispetto a quello della ghisa (dal 2,1% al 4%). Si tratta di una massa di ferro semifusa con inclusioni di scoria fibrosa (fino al 2% in peso), che gli conferisce una "grana" simile al legno che è visibile quando viene incisa o piegata fino al punto di rottura. Il ferro battuto è duro, malleabile, duttile , resistente alla corrosione e facilmente saldabile .

Prima dello sviluppo di metodi efficaci di produzione dell'acciaio e della disponibilità di grandi quantità di acciaio, il ferro battuto era la forma più comune di ferro malleabile. Gli fu dato il nome di battuto perché veniva martellato, arrotolato o lavorato in altro modo mentre era abbastanza caldo da espellere le scorie fuse. L'equivalente funzionale moderno del ferro battuto è l' acciaio dolce , chiamato anche acciaio a basso tenore di carbonio. Né il ferro battuto né l'acciaio dolce contengono abbastanza carbonio per essere temprabile mediante riscaldamento e tempra.

Il ferro battuto è altamente raffinato, con una piccola quantità di scoria forgiata in fibre. È costituito da circa il 99,4% di ferro in massa. La presenza di scorie è vantaggiosa per le operazioni di fabbro e conferisce al materiale la sua struttura fibrosa unica. I filamenti di silicato della scoria proteggono inoltre il ferro dalla corrosione e diminuiscono l'effetto della fatica causata da urti e vibrazioni.

Storicamente, una modesta quantità di ferro battuto veniva raffinata in acciaio , che veniva utilizzato principalmente per produrre spade , posate , scalpelli , asce e altri strumenti taglienti, nonché molle e lime. La domanda di ferro battuto raggiunse il suo apice nel 1860, essendo molto richiesta per navi da guerra corazzate e per l' uso ferroviario . Tuttavia, poiché proprietà come la fragilità dell'acciaio dolce sono migliorate con una migliore metallurgia ferrosa e poiché l' acciaio è diventato meno costoso da produrre grazie al processo Bessemer e al processo Siemens-Martin , l'uso del ferro battuto è diminuito.

Molti articoli, prima che venissero realizzati in acciaio dolce , venivano prodotti in ferro battuto, inclusi rivetti , chiodi , fili , catene , rotaie , giunti ferroviari , tubi dell'acqua e del vapore , dadi , bulloni , ferri di cavallo , corrimano , pneumatici per carri, cinghie per capriate in legno e ferro battuto ornamentale , tra le altre cose.

Il ferro battuto non viene più prodotto su scala commerciale. Molti prodotti descritti come ferro battuto, come ringhiere , mobili da giardino e cancelli , sono in realtà realizzati in acciaio dolce. Conservano questa descrizione perché sono fatti per assomigliare a oggetti che in passato venivano lavorati (lavorati) a mano da un fabbro (sebbene molti oggetti decorativi in ​​ferro, inclusi steccati e cancelli, fossero spesso fusi piuttosto che lavorati).

Terminologia

La parola "battuto" è un participio passato arcaico del verbo "lavorare", e quindi "ferro battuto" significa letteralmente "ferro lavorato". Il ferro battuto è un termine generale per la merce, ma è anche usato più specificamente per i prodotti in ferro finiti, come fabbricati da un fabbro . Era usato in quel senso più stretto nei registri doganali britannici , tale ferro lavorato era soggetto a un'aliquota di dazio più elevata rispetto a quello che potrebbe essere chiamato ferro "grezzo". La ghisa , a differenza del ferro battuto, è fragile e non può essere lavorata né a caldo né a freddo. La ghisa può rompersi se colpita con un martello.

Nei secoli XVII, XVIII e XIX, il ferro battuto è stato utilizzato con un'ampia varietà di termini a seconda della sua forma, origine o qualità.

Mentre il processo di fioritura produceva ferro battuto direttamente dal minerale, la ghisa o la ghisa erano i materiali di partenza utilizzati nella fucina e nella fornace per il bagnomaria . La ghisa e la ghisa hanno un contenuto di carbonio più elevato rispetto al ferro battuto, ma hanno un punto di fusione inferiore rispetto al ferro o all'acciaio. La ghisa e soprattutto la ghisa hanno scorie in eccesso che devono essere rimosse almeno in parte per produrre ferro battuto di qualità. Nelle fonderie era comune fondere rottami di ferro battuto con ghisa per migliorare le proprietà fisiche dei getti.

Per diversi anni dopo l'introduzione di Bessemer e dell'acciaio a focolare aperto, c'erano opinioni diverse su cosa differenziasse il ferro dall'acciaio; alcuni credevano che fosse la composizione chimica e altri che fosse se il ferro si riscaldava a sufficienza per fondersi e "fondersi". La fusione alla fine divenne generalmente accettata come relativamente più importante della composizione al di sotto di una data concentrazione di carbonio bassa. Un'altra differenza è che l'acciaio può essere temprato mediante trattamento termico .

Storicamente, il ferro battuto era conosciuto come "ferro commercialmente puro", tuttavia, non si qualifica più perché gli standard attuali per il ferro commercialmente puro richiedono un contenuto di carbonio inferiore allo 0,008 % in peso .

Tipi e forme

Bar iron è un termine generico talvolta usato per distinguerlo dalla ghisa. È l'equivalente di un lingotto di metallo fuso, in una forma conveniente per la manipolazione, lo stoccaggio, la spedizione e l'ulteriore lavorazione in un prodotto finito.

Le barre erano il solito prodotto della fucina delle raffinatezze , ma non necessariamente realizzate con quel processo.

  • Tondino di ferro: tagliato da una barra di ferro piatta in un laminatoio da taglio, forniva la materia prima per punte e chiodi.
  • Cerchio di ferro—adatto per cerchi di barili, realizzato facendo passare il tondino di ferro attraverso matrici di laminazione.
  • Lamiera: lamiere adatte all'uso come piastra caldaia .
  • Blackplate -Fogli, forse più sottile piastra di ferro, dalla fase di laminazione nero di banda stagnata produzione.
  • Ferro da viaggio: ferro da stiro stretto e piatto, realizzato o tagliato in barre di un peso particolare, una merce in vendita in Africa per la tratta atlantica degli schiavi . Il numero di barre per tonnellata aumentò gradualmente da 70 per tonnellata nel 1660 a 75-80 per tonnellata nel 1685 e "quasi 92 per tonnellata" nel 1731.

Origine

  • Carbone di ferro: fino alla fine del XVIII secolo, il ferro battuto veniva fuso dal minerale utilizzando carbone di legna, mediante il processo di fioritura . Ferro battuto è stato prodotto anche da ghisa utilizzando una fucina finery o in un focolare Lancashire . Il metallo risultante era altamente variabile, sia nella chimica che nel contenuto di scorie.
  • Ferro puddled -il processo puddellaggio stato il primo processo su larga scala per la produzione di ferro battuto. Nel processo di pudding, la ghisa viene raffinata in un forno a riverbero per prevenire la contaminazione del ferro dallo zolfo nel carbone o nel coke. La ghisa fusa viene agitata manualmente, esponendo il ferro all'ossigeno atmosferico, che decarbura il ferro. Man mano che il ferro viene agitato, i globi di ferro battuto vengono raccolti in palline dall'asta di agitazione (braccio o asta della plebaglia) e questi vengono periodicamente rimossi dal pozzanghera. Il puddling è stato brevettato nel 1784 ed è diventato ampiamente utilizzato dopo il 1800. Nel 1876, la produzione annua di puddled iron nel solo Regno Unito superava i 4 milioni di tonnellate. In quel periodo il forno a focolare aperto era in grado di produrre acciaio di qualità adeguata per scopi strutturali e la produzione di ferro battuto andò in declino.
  • Ferro macinato —un tipo particolarmente puro di ferro in barre ottenuto in ultima analisi dal minerale di ferro proveniente dalla miniera di Dannemora in Svezia . Il suo uso più importante era come materia prima per il processo di cementazione della produzione dell'acciaio.
  • Ferro danks—originariamente ferro importato in Gran Bretagna da Danzica , ma nel XVIII secolo più probabilmente il tipo di ferro (dalla Svezia orientale) che un tempo proveniva da Danzica.
  • Ferro della foresta: ferro proveniente dalla foresta inglese di Dean , dove il minerale di ematite consentiva la produzione di ferro duro.
  • Lukes iron—ferro importato da Liegi , il cui nome olandese è "Luik".
  • Ames iron o amys iron: un'altra varietà di ferro importata in Inghilterra dal nord Europa. La sua origine è stata suggerita da Amiens , ma sembra sia stata importata dalle Fiandre nel XV secolo e dall'Olanda più tardi, suggerendo un'origine nella valle del Reno . Le sue origini rimangono controverse.
  • Ferro Botolf o ferro Boutall—da Bytów ( Pomerania polacca ) o Bytom ( Slesia polacca ).
  • Ferro Sable (o vecchio Sable) -Ferro recante il marchio (un sable ) di Demidov famiglia di russi padroni delle ferriere , una delle migliori marche di ferro russo .

Qualità

Ferro duro
Anche il farro "tuf", non è fragile ed è abbastanza forte da essere usato per gli attrezzi.
Miscela di ferro
Realizzato utilizzando una miscela di diversi tipi di ghisa .
Il miglior ferro da stiro
Il ferro ha subito diverse fasi di accatastamento e laminazione per raggiungere lo stadio considerato (nel XIX secolo) la migliore qualità.
Ferro da stiro marcato
Realizzato dai membri della Marked Bar Association e contrassegnato con il marchio del produttore come segno della sua qualità.

Difetti

Il ferro battuto è una forma di ferro commerciale contenente meno dello 0,10% di carbonio, meno dello 0,25% di impurità totali di zolfo, fosforo, silicio e manganese e meno del 2% di scorie in peso.

Il ferro battuto è rosso corto o caldo se contiene zolfo in quantità eccessiva. Ha sufficiente tenacia a freddo, ma screpola se piegato o finito a fuoco rosso. Il ferro corto caldo era considerato non commerciabile.

Il ferro corto freddo , noto anche come coldshear , colshire , contiene un eccesso di fosforo. È molto fragile a freddo e si screpola se piegato. Può però essere lavorato ad alta temperatura. Storicamente, il ferro freddo e corto era considerato sufficiente per le unghie .

Il fosforo non è necessariamente dannoso per il ferro. Gli antichi fabbri del Vicino Oriente non aggiungevano calce alle loro fornaci. L'assenza di ossido di calcio nella scoria, e l'uso deliberato di legno ad alto contenuto di fosforo durante la fusione, induce un contenuto di fosforo più elevato (tipicamente <.3%) rispetto al ferro moderno (<.02-.03%). L'analisi del pilastro di ferro di Delhi fornisce lo 0,11% nel ferro. La scoria inclusa nel ferro battuto conferisce anche resistenza alla corrosione.

La presenza di fosforo (senza carbonio) produce un ferro duttile adatto per trafilatura per pianoforte filo.

Storia

mondo occidentale

Il processo di fusione del minerale di ferro per ottenere ferro battuto dalla ghisa, illustrato nell'enciclopedia Tiangong Kaiwu di Song Yingxing , pubblicata nel 1637.

Il ferro battuto è stato utilizzato per molti secoli ed è il "ferro" a cui si fa riferimento nella storia occidentale. L'altra forma di ferro, la ghisa , era in uso in Cina fin dall'antichità ma non fu introdotta nell'Europa occidentale fino al XV secolo; anche allora, a causa della sua fragilità, poteva essere utilizzato solo per un numero limitato di scopi. Per gran parte del Medioevo il ferro fu prodotto dalla riduzione diretta del minerale in blumi azionati manualmente , sebbene l' energia idrica avesse cominciato ad essere impiegata dal 1104.

La materia prima prodotta da tutti i processi indiretti è la ghisa. Ha un alto contenuto di carbonio e di conseguenza è fragile e non può essere utilizzato per realizzare hardware. Il processo osmond fu il primo dei processi indiretti, sviluppato dal 1203, ma la produzione di fiori continuò in molti luoghi. Il processo è dipeso dallo sviluppo dell'altoforno, di cui sono stati scoperti esempi medievali a Lapphyttan , in Svezia e in Germania .

I processi di bloomery e osmond furono gradualmente sostituiti dal XV secolo da processi di fronzoli , di cui esistevano due versioni, il tedesco e il vallone. Furono a loro volta sostituiti dalla fine del XVIII secolo dal puddling , con alcune varianti come il processo svedese del Lancashire . Anche quelli ora sono obsoleti e il ferro battuto non viene più prodotto commercialmente.

Cina

Durante la dinastia Han, nuovi processi di fusione del ferro portarono alla produzione di nuovi attrezzi in ferro battuto per l'agricoltura, come la seminatrice multitubo e l'aratro in ferro . Oltre ai grumi accidentali di ferro battuto a basso tenore di carbonio prodotti dall'eccessiva aria iniettata negli antichi forni a cupola cinesi . Gli antichi cinesi crearono il ferro battuto utilizzando la fucina almeno dal II secolo a.C., i primi esemplari di ghisa e ghisa multata in ferro battuto e acciaio trovati nel sito della prima dinastia Han (202 a.C. - 220 d.C.) a Tieshengguo. Pigott ipotizza che la fucina di fronzoli esistesse nel precedente periodo degli Stati Combattenti (403-221 a.C.), a causa del fatto che ci sono oggetti in ferro battuto provenienti dalla Cina risalenti a quel periodo e non ci sono prove documentate che i fiori siano mai stati usati in Cina . Il processo di chiarificazione prevedeva la liquefazione della ghisa in un focolare di chiarificazione e la rimozione del carbonio dalla ghisa fusa mediante ossidazione . Wagner scrive che oltre ai focolari della dinastia Han ritenuti focolari finiti, vi sono anche prove pittoriche del focolare affinante da un murale di una tomba dello Shandong datato dal I al II secolo d.C., nonché un accenno di prove scritte nel IV secolo d.C. Testo taoista Taiping Jing .

Processo di fioritura

Il ferro battuto è stato originariamente prodotto da una varietà di processi di fusione, tutti descritti oggi come "bloomeries". Diverse forme di bloomery sono state utilizzate in luoghi e tempi diversi. La fioriera è stata caricata con carbone e minerale di ferro e poi accesa. L'aria è stata insufflata attraverso un tubolare per riscaldare il bloomery a una temperatura leggermente inferiore al punto di fusione del ferro. Nel corso della fusione, le scorie si scioglierebbero e si esaurirebbero, e il monossido di carbonio dal carbone ridurrebbe il minerale in ferro, che formava una massa spugnosa (chiamata "fioritura") contenente ferro e anche minerali di silicato fuso (scorie) da il minerale. Il ferro è rimasto allo stato solido. Se si permettesse al fiore di diventare abbastanza caldo da fondere il ferro, il carbonio si dissolverebbe in esso e formerebbe ghisa o ghisa, ma non era questa l'intenzione. Tuttavia, la progettazione di un bloomery ha reso difficile raggiungere il punto di fusione del ferro e ha anche impedito che la concentrazione di monossido di carbonio diventasse elevata.

Dopo che la fusione è stata completata, la fioritura è stata rimossa e il processo potrebbe essere riavviato. Era quindi un processo discontinuo, piuttosto che continuo come un altoforno. Il blumo doveva essere forgiato meccanicamente per consolidarlo e modellarlo in una barra, espellendo le scorie nel processo.

Durante il Medioevo , al processo fu applicata la forza dell'acqua, probabilmente inizialmente per azionare i mantici, e solo successivamente per i martelli per la forgiatura dei fiori. Tuttavia, mentre è certo che sia stata utilizzata l'energia idraulica, i dettagli rimangono incerti. Quello fu il culmine del processo diretto di fabbricazione del ferro. Sopravvisse in Spagna e nel sud della Francia come fucine catalane fino alla metà del XIX secolo, in Austria come stickofen fino al 1775 e vicino a Garstang in Inghilterra fino al 1770 circa; era ancora in uso con l'esplosione a New York negli anni 1880. In Giappone l'ultimo dei vecchi bloomies di tatara utilizzati nella produzione del tradizionale acciaio tamahagane , utilizzato principalmente nella fabbricazione delle spade, si estinse solo nel 1925, anche se alla fine del XX secolo la produzione riprese su piccola scala per fornire l'acciaio agli artigiani spadai.

Processo Osmond

Il ferro Osmond era costituito da sfere di ferro battuto, prodotte fondendo la ghisa e catturando le goccioline su un'asta, che veniva filata davanti a un getto d'aria in modo da esporne quanto più possibile all'aria e ossidare il suo contenuto di carbonio . La palla risultante veniva spesso forgiata in una barra di ferro in un mulino a martelli.

Processo di raffinatezza

Nel XV secolo, l' altoforno si diffuse in quello che oggi è il Belgio, dove fu migliorato. Da lì si è diffuso attraverso il Pays de Bray al confine con la Normandia e poi fino al Weald in Inghilterra. Con esso, la fucina di fronzoli si diffuse. Quelli hanno rifuso la ghisa e (in effetti) hanno bruciato il carbonio, producendo un blumo, che è stato poi forgiato in una barra di ferro. Se era necessaria la vergella, veniva utilizzata una taglierina.

Il processo di raffinatezza esisteva in due forme leggermente diverse. In Gran Bretagna, Francia e parte della Svezia è stato utilizzato solo il processo vallone . Ciò impiegava due diversi focolari, un focolare fine per rifinire il ferro e un focolare riscaldato per riscaldarlo durante l'estrazione del fiore in un bar. I fronzoli bruciavano sempre carbone, ma il chafery poteva essere cotto con carbone minerale , poiché le sue impurità non avrebbero danneggiato il ferro quando era allo stato solido. D'altra parte, il processo tedesco, utilizzato in Germania, Russia e nella maggior parte della Svezia, utilizzava un unico focolare per tutte le fasi.

L'introduzione del coke per l'uso nell'altoforno da parte di Abraham Darby nel 1709 (o forse altri poco prima) inizialmente ebbe scarso effetto sulla produzione di ferro battuto. Solo nel 1750 la ghisa da coke fu usata su una scala significativa come materia prima delle fucine per fronzoli. Tuttavia, il carbone ha continuato a essere il combustibile per i fronzoli.

Invasatura e stampaggio

Dalla fine degli anni 1750, i maestri siderurgici iniziarono a sviluppare processi per produrre ferri da stiro senza carbone. C'erano un certo numero di processi brevettati per questo, che oggi vengono chiamati invasatura e stampaggio . I primi furono sviluppati da John Wood di Wednesbury e suo fratello Charles Wood di Low Mill a Egremont , brevettati nel 1763. Un altro fu sviluppato per la Coalbrookdale Company dai fratelli Cranage . Un altro importante fu quello di John Wright e Joseph Jesson di West Bromwich .

Processo di pudding

Disegno schematico di un forno a pozzanghera

All'inizio della rivoluzione industriale, nella seconda metà del XVIII secolo, furono ideati numerosi processi per la produzione di ferro battuto senza carbone . Il più riuscito di questi era il puddling, utilizzando un forno a puddling (una varietà del forno a riverbero ), che fu inventato da Henry Cort nel 1784. In seguito fu migliorato da altri tra cui Joseph Hall , che fu il primo ad aggiungere ossido di ferro al carica. In quel tipo di forno il metallo non entra in contatto con il combustibile e quindi non viene contaminato dalle sue impurità. Il calore dei prodotti della combustione passa sulla superficie della pozza e il tetto del forno riverbera (riflette) il calore sulla pozza metallica sul ponte antincendio del forno.

A meno che la materia prima utilizzata non sia la ghisa bianca, la ghisa o altro prodotto grezzo del pudding doveva prima essere raffinato in ferro raffinato o metallo più fine. Ciò avverrebbe in una raffineria in cui il carbone grezzo veniva utilizzato per rimuovere il silicio e convertire il carbonio all'interno della materia prima, che si trova sotto forma di grafite, in una combinazione con il ferro chiamata cementite.

Nel processo completamente sviluppato (di Hall), questo metallo è stato posto nel focolare della fornace per pozzanghere dove è stato fuso. Il focolare era rivestito con agenti ossidanti come ematite e ossido di ferro. L'impasto veniva sottoposto ad una forte corrente d'aria e rimescolato con lunghe sbarre, dette barrette di pozzanghera o marmaglia, attraverso porte funzionanti. L'aria, l'agitazione e l'azione "bollente" del metallo hanno aiutato gli agenti ossidanti ad ossidare le impurità e il carbonio dalla ghisa. Quando le impurità si ossidano, formavano una scoria fusa o si allontanavano come gas mentre il ferro di contenimento si solidificava in ferro battuto spugnoso che galleggiava sulla parte superiore della pozzanghera e veniva ripescato dalla fusione come palline di pozzanghera usando le barre di pozzanghera.

scandole

C'era ancora un po' di scorie nelle palline di pozzanghera, quindi mentre erano ancora calde sarebbero state spalmate per rimuovere le scorie e la cenere rimanenti. Ciò è stato ottenuto forgiando le palline sotto un martello o spremendo il fiore in una macchina. Il materiale ottenuto alla fine dello shingling è noto come bloom. I fiori non sono utili in quella forma, quindi sono stati arrotolati in un prodotto finale.

A volte le ferriere europee saltavano completamente il processo di scandole e facevano rotolare le palline di pozzanghera. L'unico inconveniente è che i bordi delle barre grezze non erano così ben compressi. Quando la barra grezza è stata riscaldata, i bordi potrebbero separarsi e perdersi nel forno.

rotolamento

La fioritura è stata fatta passare attraverso rulli e per produrre barre. Le sbarre di ferro battuto erano di scarsa qualità, chiamate muck bar o puddle bar. Per migliorare la loro qualità, le barre venivano tagliate, impilate e legate insieme da fili, un processo noto come fascicolazione o accatastamento. Sono stati quindi riscaldati a uno stato di saldatura, saldati a fucina e nuovamente arrotolati in barre. Il processo potrebbe essere ripetuto più volte per produrre ferro battuto della qualità desiderata. Il ferro battuto che è stato laminato più volte è chiamato lingotto mercantile o ferro mercantile.

Processo del Lancashire

Il vantaggio della pozzanghera era che usava il carbone, non il carbone come combustibile. Tuttavia, ciò era di scarso vantaggio in Svezia, che non aveva carbone. Gustaf Ekman osservò le fronzoli di carbone a Ulverston , che erano molto diverse da tutte le svedesi. Dopo il suo ritorno in Svezia nel 1830, sperimentò e sviluppò un processo simile al pudding ma usò legna da ardere e carbone, che fu ampiamente adottato nel Bergslagen nei decenni successivi.

processo Aston

Nel 1925, James Aston degli Stati Uniti sviluppò un processo per la produzione di ferro battuto in modo rapido ed economico. Si trattava di prendere l'acciaio fuso da un convertitore Bessemer e versarlo in una scoria liquida più fredda. La temperatura dell'acciaio è di circa 1500 °C e la scoria liquida è mantenuta a circa 1200 °C. L'acciaio fuso contiene una grande quantità di gas disciolti, quindi quando l'acciaio liquido ha colpito le superfici più fredde della scoria liquida i gas sono stati liberati. L'acciaio fuso quindi si è congelato per produrre una massa spugnosa avente una temperatura di circa 1370 ° C. La massa spugnosa verrebbe quindi rifinita venendo smaltata e arrotolata come descritto sotto la pozzanghera (sopra). Con il metodo è possibile convertire da tre a quattro tonnellate per lotto.

Declino

L'acciaio iniziò a sostituire il ferro per le rotaie ferroviarie non appena fu adottato il processo Bessemer per la sua fabbricazione (1865 in poi). Il ferro rimase dominante per le applicazioni strutturali fino al 1880, a causa di problemi con l'acciaio fragile, causati dall'introduzione di azoto, alto tenore di carbonio, eccesso di fosforo o temperatura eccessiva durante o laminazione troppo rapida. Nel 1890 l'acciaio aveva ampiamente sostituito il ferro per applicazioni strutturali.

La lamiera di ferro (Armco 99,97% di ferro puro) aveva buone proprietà per l'uso negli elettrodomestici, essendo adatta alla smaltatura e alla saldatura e resistente alla ruggine.

Negli anni '60, il prezzo della produzione di acciaio stava diminuendo a causa del riciclaggio e, anche utilizzando il processo Aston, la produzione di ferro battuto era ad alta intensità di manodopera. È stato stimato che la produzione di ferro battuto è circa due volte più costosa di quella dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Negli Stati Uniti, l'ultimo impianto è stato chiuso nel 1969. L'ultimo al mondo è stato l'Atlas Forge di Thomas Walmsley and Sons a Bolton , in Gran Bretagna, che ha chiuso nel 1973. Le sue attrezzature dell'era del 1860 sono state trasferite nel sito di Blists Hill di Museo della gola di Ironbridge per la conservazione. Parte del ferro battuto viene ancora prodotta per scopi di restauro del patrimonio, ma solo riciclando i rottami.

Proprietà

La microstruttura del ferro battuto, che mostra inclusioni di scorie scure in ferrite

Le inclusioni di scorie, o traverse , nel ferro battuto gli conferiscono proprietà non riscontrabili in altre forme di metallo ferroso. Ci sono circa 250.000 inclusioni per pollice quadrato. Una frattura fresca mostra un colore bluastro chiaro con un'elevata lucentezza setosa e un aspetto fibroso.

Il ferro battuto manca del contenuto di carbonio necessario per l'indurimento mediante trattamento termico , ma nelle aree in cui l'acciaio era raro o sconosciuto, gli utensili venivano talvolta lavorati a freddo (quindi ferro freddo ) per indurirli. Un vantaggio del suo basso contenuto di carbonio è la sua eccellente saldabilità. Inoltre, la lamiera di ferro battuto non può piegarsi tanto quanto la lamiera di acciaio (quando lavorata a freddo). Il ferro battuto può essere fuso e fuso, tuttavia il prodotto non è più ferro battuto, poiché le traverse di scoria caratteristiche del ferro battuto scompaiono durante la fusione, quindi il prodotto assomiglia all'acciaio Bessemer fuso impuro. Non vi è alcun vantaggio tecnico rispetto alla ghisa o all'acciaio, entrambi più economici.

A causa delle variazioni nell'origine del minerale di ferro e nella produzione del ferro, il ferro battuto può avere una resistenza alla corrosione inferiore o superiore rispetto ad altre leghe di ferro. Ci sono molti meccanismi dietro quella resistenza alla corrosione. Chilton ed Evans hanno scoperto che le bande di arricchimento di nichel riducono la corrosione. Hanno anche scoperto che nel ferro rigonfiato, forgiato e ammucchiato, la lavorazione del metallo diffonde impurità di rame, nichel e stagno, il che produce condizioni elettrochimiche che rallentano la corrosione. È stato dimostrato che le inclusioni di scoria disperdono la corrosione in un film uniforme, consentendo al ferro di resistere alla vaiolatura. Un altro studio ha dimostrato che le inclusioni di scorie sono vie di corrosione. Altri studi mostrano che le impurità di zolfo nel ferro battuto diminuiscono la resistenza alla corrosione, ma il fosforo aumenta la resistenza alla corrosione. Gli ambienti con un'alta concentrazione di ioni cloruro riducono anche la resistenza alla corrosione del ferro battuto.

Il ferro battuto può essere saldato allo stesso modo dell'acciaio dolce, ma la presenza di ossido o inclusioni darà risultati difettosi. Il materiale ha una superficie ruvida, quindi può trattenere meglio placcature e rivestimenti. Ad esempio, una finitura zincata galvanica applicata al ferro battuto è circa il 25-40% più spessa della stessa finitura sull'acciaio. Nella tabella 1, la composizione chimica del ferro battuto è confrontata con quella della ghisa e dell'acciaio al carbonio . Sebbene sembri che il ferro battuto e il semplice acciaio al carbonio abbiano composizioni chimiche simili, ciò è ingannevole. La maggior parte del manganese, dello zolfo, del fosforo e del silicio sono incorporati nelle fibre di scoria presenti nel ferro battuto, quindi, in realtà, il ferro battuto è più puro del semplice acciaio al carbonio.

Tabella 1: Confronto della composizione chimica di ghisa, acciaio al carbonio semplice e ferro battuto
Materiale Ferro da stiro Carbonio Manganese Zolfo Fosforo Silicio
Ghisa 91–94 3,5–4,5 0,5–2,5 0,018–0,1 0.03–0.1 0,25–3,5
Acciaio al carbonio 98,1–99,5 0.07–1.3 0.3–1.0 0,02–0,06 0.002–0.1 0,005–0,5
Ferro battuto 99–99,8 0,05-0,25 0.01–0.1 0,02–0,1 0.05–0.2 0,02–0,2
Tutte le unità sono in peso percentuale.
Fonte:
Tabella 2: Proprietà del ferro battuto
Proprietà Valore
Resistenza alla trazione massima [psi (MPa)] 34.000–54.000 (234–372)
Resistenza alla compressione massima [psi (MPa)] 34.000–54.000 (234–372)
Resistenza al taglio finale [psi (MPa)] 28.000-45.000 (193-310)
Punto di snervamento [psi (MPa)] 23.000-32.000 (159-221)
Modulo di elasticità (in tensione) [psi (MPa)] 28.000.000 (193.100)
Punto di fusione [°F (°C)] 2.800 (1.540)
Peso specifico 7,6–7,9
7.5–7.8

Tra le sue altre proprietà, il ferro battuto diventa morbido al calore rosso e può essere facilmente forgiato e saldato a forgia . Può essere utilizzato per formare magneti temporanei , ma non può essere magnetizzato in modo permanente ed è duttile , malleabile e resistente .

Duttilità

Per la maggior parte degli scopi, la duttilità è una misura più importante della qualità del ferro battuto rispetto alla resistenza alla trazione. Nelle prove di trazione, i migliori ferri sono in grado di subire un notevole allungamento prima del cedimento. Il ferro battuto ad alta resistenza è fragile.

A causa del gran numero di esplosioni di caldaie sui battelli a vapore, il Congresso degli Stati Uniti approvò una legge nel 1830 che approvò fondi per correggere il problema. Il Tesoro ha assegnato un contratto di $ 1500 al Franklin Institute per condurre uno studio. Come parte dello studio, Walter R. Johnson e Benjamin Reeves hanno condotto test di resistenza su vari ferri da caldaia utilizzando un tester che avevano costruito nel 1832 sulla base del progetto di uno di Lagerhjelm in Svezia. Sfortunatamente, a causa dell'incomprensione della resistenza alla trazione e della duttilità, il loro lavoro ha fatto poco per ridurre i guasti.

L'importanza della duttilità è stata riconosciuta da alcuni molto presto nello sviluppo delle caldaie a tubi, come il commento di Thurston:

Se fatti di ferro così buono come i produttori affermavano di averci messo "che funzionava come il piombo", come anche affermato, quando si rompevano, si aprivano strappando e scaricavano il loro contenuto senza produrre le solite conseguenze disastrose di un'esplosione di una caldaia. .

Varie indagini del XIX secolo sulle esplosioni di caldaie, in particolare quelle da parte delle compagnie assicurative, hanno riscontrato che le cause sono più comunemente il risultato del funzionamento delle caldaie al di sopra dell'intervallo di pressione di sicurezza, sia per ottenere più potenza o a causa di valvole limitatrici di pressione della caldaia difettose e difficoltà di ottenere affidabili indicazione della pressione e del livello dell'acqua. Anche la scarsa fabbricazione era un problema comune. Inoltre, lo spessore del ferro nei cilindri a vapore era basso per gli standard moderni.

Alla fine del XIX secolo, quando i metallurgisti furono in grado di capire meglio quali proprietà e processi rendessero il ferro buono, questo fu sostituito dall'acciaio. Inoltre, le vecchie caldaie cilindriche con tubi di fumo sono state sostituite da caldaie a tubi d'acqua, che sono intrinsecamente più sicure.

Purezza

Nel 2010 il dott. Gerry McDonnell ha dimostrato in Inghilterra mediante analisi che un fiore in ferro battuto, proveniente da una fusione tradizionale, può essere lavorato in ferro puro al 99,7% senza tracce di carbonio. Si è riscontrato che le traverse comuni ad altri ferri battuti non erano presenti, rendendo così molto malleabile per il fabbro lavorare a caldo ea freddo. È disponibile una fonte commerciale di ferro puro, utilizzata dai fabbri come alternativa al tradizionale ferro battuto e ad altri metalli ferrosi di nuova generazione.

Applicazioni

I mobili in ferro battuto hanno una lunga storia, che risale all'epoca romana . Ci sono cancelli in ferro battuto del XIII secolo nell'Abbazia di Westminster a Londra, e i mobili in ferro battuto sembravano raggiungere il loro picco di popolarità in Gran Bretagna nel XVII secolo, durante il regno di Guglielmo III e Maria II . Tuttavia, la ghisa e l'acciaio più economico hanno causato un graduale declino nella produzione di ferro battuto; l'ultima ferriera in Gran Bretagna chiuse nel 1974.

E 'anche usato per fare oggetti di arredamento come il rack fornaio , scaffali vino , rack pentola , etageres , Basi per tavoli, scrivanie, porte, letti, portacandele, montature per tende, bar e sgabelli da bar.

La stragrande maggioranza del ferro battuto disponibile oggi proviene da materiali di recupero. I vecchi ponti e le catene di ancoraggio dragati dai porti sono fonti importanti. La maggiore resistenza alla corrosione del ferro battuto è dovuta alle impurità silicee (presenti naturalmente nel minerale di ferro), ovvero il silicato ferrico .

Il ferro battuto è stato usato per decenni come termine generico nell'industria dei cancelli e delle recinzioni , anche se l' acciaio dolce viene utilizzato per la produzione di questi cancelli in "ferro battuto". Ciò è dovuto principalmente alla limitata disponibilità di vero ferro battuto. L'acciaio può anche essere zincato a caldo per prevenire la corrosione, cosa che non è possibile fare con il ferro battuto.

Guarda anche

Appunti

Riferimenti

Ulteriori letture

  • Bealer, Alex W. (1995). L'arte del fabbro . Edison, NJ: Castle Books. pp. 28-45. ISBN 0-7858-0395-5.
  • Gordon, Robert B (1996). Ferro americano 1607-1900 . Baltimora e Londra: Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-6816-5.

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