الحديد الزهر

الموسوعة الحرة

شبكة زخرفية من الحديد الزهر المطلي (يسار) ومقلاة طبخ من الحديد الزهر (يمين)
الفولاذ
المراحل
البنية الدقيقة
الفصول الدراسية
مواد أخرى تعتمد على الحديد

الحديد الزهر هو فئة من سبائك الحديد والكربون التي تحتوي على نسبة كربون تزيد عن 2% ومحتوى سيليكون حوالي 1-3%. [1] تنبع فائدته من درجة حرارة انصهاره المنخفضة نسبيًا. تحدد عناصر السبائك الشكل الذي يظهر به الكربون: الحديد الزهر الأبيض يحتوي على الكربون المتحد في كربيد الحديد المسمى سيمنتيت ، وهو صلب جدًا ولكنه هش، لأنه يسمح للشقوق بالمرور مباشرة من خلاله؛ يحتوي الحديد الزهر الرمادي على رقائق جرافيت تحرف الشق المار وتبدأ عددًا لا يحصى من الشقوق الجديدة عندما تنكسر المادة، ويحتوي الحديد الزهر المطاوع على "عقيدات" كروية من الجرافيت تمنع الشق من التقدم أكثر.

الكربون (C)، الذي يتراوح من 1.8 إلى 4% بالوزن، والسيليكون ( Si)، 1-3% بالوزن، هما العنصران الرئيسيان المستخدمان في صناعة سبائك الحديد الزهر. تُعرف سبائك الحديد ذات المحتوى الكربوني المنخفض بالفولاذ .

يميل الحديد الزهر إلى أن يكون هشًا ، باستثناء الحديد الزهر القابل للطرق . بفضل نقطة انصهاره المنخفضة نسبيًا، وسيولته الجيدة، وقابليته للصب ، وقابليته الممتازة للتشغيل الآلي، ومقاومته للتشوه ومقاومة التآكل ، أصبح الحديد الزهر مادة هندسية ذات مجموعة واسعة من التطبيقات، ويُستخدم في الأنابيب والآلات وأجزاء صناعة السيارات ، مثل رؤوس الأسطوانات وكتل الأسطوانات وعلب علب التروس . بعض السبائك مقاومة للتلف الناتج عن الأكسدة . بشكل عام، من المعروف أن الحديد الزهر يصعب لحامه .

يعود تاريخ أقدم القطع الأثرية المصنوعة من الحديد الزهر إلى القرن الخامس قبل الميلاد، وقد اكتشفها علماء الآثار فيما يُعرف الآن بجيانغسو ، الصين. استُخدم الحديد الزهر في الصين القديمة لإنتاج الأسلحة بكميات كبيرة للحرب، وكذلك الزراعة والهندسة المعمارية. [2] خلال القرن الخامس عشر الميلادي، أصبح الحديد الزهر يستخدم في المدافع والطلقات في بورغوندي ، فرنسا، وفي إنجلترا أثناء الإصلاح . تطلبت كميات الحديد الزهر المستخدمة في المدافع إنتاجًا واسع النطاق. [ 3 ] تم بناء أول جسر من الحديد الزهر خلال سبعينيات القرن الثامن عشر بواسطة أبراهام داربي الثالث ، ويُعرف باسم الجسر الحديدي في شروبشاير ، إنجلترا. كما استُخدم الحديد الزهر في تشييد المباني .

إنتاج

يُصنع الحديد الزهر من الحديد الزهر الخام ، وهو نتاج صهر خام الحديد في فرن الصهر . يمكن صنع الحديد الزهر مباشرة من الحديد الزهر المنصهر أو عن طريق إعادة صهر الحديد الزهر، [4] غالبًا مع كميات كبيرة من الحديد والصلب والحجر الجيري والكربون (الكوك) واتخاذ خطوات مختلفة لإزالة الملوثات غير المرغوب فيها. يمكن حرق الفوسفور والكبريت من الحديد المنصهر، ولكن هذا يحرق أيضًا الكربون، والذي يجب استبداله. اعتمادًا على التطبيق، يتم ضبط محتوى الكربون والسيليكون إلى المستويات المطلوبة، والتي قد تكون في أي مكان من 2-3.5٪ و1-3٪ على التوالي. إذا رغبت في ذلك، تتم إضافة عناصر أخرى إلى المصهور قبل إنتاج الشكل النهائي عن طريق الصب . [ بحاجة لمصدر ]

إضافة التطعيم داخل التيار أثناء سكب الحديد الزهر المنصهر في قالب رمل أخضر في مصنع الصب

يتم صهر الحديد الزهر أحيانًا في نوع خاص من أفران الصهر المعروفة باسم القبة ، ولكن في التطبيقات الحديثة، يتم صهره غالبًا في أفران الحث الكهربائية أو أفران القوس الكهربائي. [5] بعد اكتمال الصهر، يُسكب الحديد الزهر المنصهر في فرن أو مغرفة. [ بحاجة لمصدر ]

أنواع

عناصر السبائك

مخطط استقرار الحديد والأسمنتيت

تتغير خصائص الحديد الزهر بإضافة عناصر سبائك مختلفة أو سبائك . بجانب الكربون ، يعد السيليكون أهم سبائك لأنه يجبر الكربون على الخروج من المحلول. تسمح النسبة المنخفضة من السيليكون للكربون بالبقاء في المحلول، وتشكيل كربيد الحديد وإنتاج الحديد الزهر الأبيض. تجبر النسبة العالية من السيليكون الكربون على الخروج من المحلول، وتشكيل الجرافيت وإنتاج الحديد الزهر الرمادي. تعمل عوامل السبائك الأخرى، المنغنيز والكروم والموليبدينوم والتيتانيوم والفاناديوم ، على مقاومة السيليكون، وتعزيز الاحتفاظ بالكربون وتكوين تلك الكربيدات. يزيد النيكل والنحاس من القوة وقابلية التصنيع، لكنهما لا يغيران كمية الجرافيت المتكون. ينتج الكربون كجرافيت حديدًا أكثر ليونة، ويقلل الانكماش، ويخفض القوة، ويقلل الكثافة. يشكل الكبريت ، وهو ملوث إلى حد كبير عند وجوده، كبريتيد الحديد ، مما يمنع تكوين الجرافيت ويزيد من الصلابة . يجعل الكبريت الحديد الزهر المنصهر لزجًا، مما يسبب العيوب. وللتغلب على تأثيرات الكبريت يضاف المنجنيز ، لأن الاثنين يتشكلان في كبريتيد المنجنيز بدلاً من كبريتيد الحديد. وكبريتيد المنجنيز أخف من المصهور، لذا يميل إلى الطفو خارج المصهور وإلى الخبث . وتبلغ كمية المنجنيز المطلوبة لتحييد الكبريت 1.7 × محتوى الكبريت + 0.3%. وإذا أضيفت كمية أكبر من هذه الكمية من المنجنيز، يتشكل كربيد المنجنيز، مما يزيد من الصلابة والتبريد ، باستثناء الحديد الرمادي، حيث تزيد نسبة المنجنيز التي تصل إلى 1% من القوة والكثافة. [6]

النيكل هو أحد أكثر عناصر السبائك شيوعًا، لأنه ينقي هياكل البيرلايت والجرافيت، ويحسن الصلابة، ويوازن بين فروق الصلادة بين سماكات المقاطع. يضاف الكروم بكميات صغيرة لتقليل الجرافيت الحر، وإنتاج البرودة، ولأنه مثبت قوي للكربيد ؛ غالبًا ما يضاف النيكل بالتزامن. يمكن إضافة كمية صغيرة من القصدير كبديل لـ 0.5٪ من الكروم. يضاف النحاس في المغرفة أو في الفرن، في حدود 0.5-2.5٪، لتقليل البرودة، وتنقية الجرافيت، وزيادة السيولة. يضاف الموليبدينوم في حدود 0.3-1٪ لزيادة البرودة وتنقية بنية الجرافيت والبيرلايت؛ غالبًا ما يضاف بالتزامن مع النيكل والنحاس والكروم لتشكيل حديد عالي القوة. يضاف التيتانيوم كمزيل للغاز ومزيل للأكسدة، ولكنه يزيد أيضًا من السيولة. يضاف الفاناديوم بنسبة 0.15-0.5% إلى الحديد الزهر لتثبيت السمنتيت وزيادة صلابته وزيادة مقاومته للتآكل والحرارة. يساعد الزركونيوم بنسبة 0.1-0.3% في تكوين الجرافيت وإزالة الأكسدة وزيادة السيولة. [6]

في مصاهر الحديد القابل للطرق، يضاف البزموت بنسبة 0.002-0.01% لزيادة كمية السيليكون التي يمكن إضافتها. في الحديد الأبيض، يضاف البورون للمساعدة في إنتاج الحديد القابل للطرق؛ كما يقلل من تأثير البزموت الخشن. [6]

الحديد الزهر الرمادي

زوج من كلاب الإطفاء الإنجليزية ، 1576. كانت هذه، مع ظهر النار ، من الاستخدامات المبكرة الشائعة للحديد الزهر، حيث كانت هناك حاجة إلى القليل من القوة في المعدن.

يتميز الحديد الزهر الرمادي ببنيته الدقيقة الجرافيتية، والتي تتسبب في ظهور كسور المادة بمظهر رمادي. إنه الحديد الزهر الأكثر استخدامًا والأكثر استخدامًا على نطاق واسع بناءً على الوزن. تحتوي معظم أنواع الحديد الزهر على تركيبة كيميائية تتراوح من 2.5 إلى 4.0٪ كربون و1 إلى 3٪ سيليكون والباقي حديد. يتمتع الحديد الزهر الرمادي بقوة شد ومقاومة للصدمات أقل من الفولاذ، لكن قوته الانضغاطية قابلة للمقارنة بالفولاذ منخفض ومتوسط ​​الكربون. يتم التحكم في هذه الخصائص الميكانيكية من خلال حجم وشكل رقائق الجرافيت الموجودة في البنية الدقيقة ويمكن وصفها وفقًا للإرشادات التي قدمتها ASTM . [7]

الحديد الزهر الأبيض

يُظهر الحديد الزهر الأبيض أسطحًا متشققة بيضاء بسبب وجود راسب كربيد الحديد يسمى سيمنتيت. مع محتوى أقل من السيليكون (عامل الجرافيت) ومعدل تبريد أسرع، يترسب الكربون في الحديد الزهر الأبيض خارج المصهور في شكل طور سيمنتيت غير مستقر ، Fe 3 C، بدلاً من الجرافيت. يتشكل سيمنتيت الذي يترسب من المصهور على شكل جزيئات كبيرة نسبيًا. عندما يترسب كربيد الحديد، فإنه يسحب الكربون من المصهور الأصلي، ويحرك الخليط نحو آخر أقرب إلى اليوتكتيكي ، والمرحلة المتبقية هي الأوستينيت الحديدي الكربوني الأدنى (الذي قد يتحول عند التبريد إلى مارتنسيت ). هذه الكربيدات اليوتكتيكية كبيرة جدًا بحيث لا توفر فائدة ما يسمى بالتصلب بالترسيب (كما هو الحال في بعض أنواع الفولاذ، حيث قد تمنع رواسب سيمنتيت الأصغر حجمًا [التشوه البلاستيكي] عن طريق إعاقة حركة الخلع عبر مصفوفة فيريت الحديد النقي). بل إنها تزيد من صلابة الحديد الزهر ببساطة بفضل صلابتها العالية جدًا ونسبة حجمها الكبيرة، بحيث يمكن تقريب صلابة الحديد الزهر بقاعدة الخلطات. وفي كل الأحوال، فإنها توفر الصلابة على حساب الصلابة . ونظرًا لأن الكربيد يشكل جزءًا كبيرًا من المادة، فيمكن تصنيف الحديد الزهر الأبيض بشكل معقول على أنه سيرميت . والحديد الأبيض هش للغاية بحيث لا يمكن استخدامه في العديد من المكونات الهيكلية، ولكن مع صلابته الجيدة ومقاومته للتآكل وتكلفته المنخفضة نسبيًا، فإنه يجد استخدامًا في تطبيقات مثل الأسطح المقاومة للتآكل ( المكره واللولب ) لمضخات الملاط وبطانات الغلاف وقضبان الرفع في مطاحن الكرات ومطاحن الطحن الذاتية والكرات والحلقات في مطاحن الفحم .

مقطع عرضي للفة الحديد الزهر المبردة

من الصعب تبريد المصبوبات السميكة بسرعة كافية لتصلب المصهور على شكل حديد الزهر الأبيض بالكامل. ومع ذلك، يمكن استخدام التبريد السريع لتصلب غلاف من الحديد الزهر الأبيض، وبعد ذلك يبرد الباقي ببطء أكبر لتشكيل قلب من الحديد الزهر الرمادي. يتمتع الصب الناتج، والذي يسمى الصب المبرد ، بفوائد السطح الصلب مع الجزء الداخلي الأكثر صلابة إلى حد ما. [ بحاجة لمصدر ]

تسمح سبائك الحديد الأبيض عالية الكروم بصب مسبوكات ضخمة (على سبيل المثال، مروحة تزن 10 أطنان) في الرمل، حيث يقلل الكروم من معدل التبريد المطلوب لإنتاج الكربيدات من خلال السماكات الأكبر للمادة. كما ينتج الكروم كربيدات ذات مقاومة رائعة للتآكل. [8] تعزو سبائك الكروم العالية صلابتها الفائقة إلى وجود كربيدات الكروم. الشكل الرئيسي لهذه الكربيدات هو الكربيدات الإتكتيكية أو الأولية M 7 C 3 ، حيث يمثل "M" الحديد أو الكروم ويمكن أن يختلف اعتمادًا على تركيبة السبائك. تتشكل الكربيدات الإتكتيكية على شكل حزم من قضبان سداسية مجوفة وتنمو بشكل عمودي على المستوى القاعدي السداسي. تتراوح صلابة هذه الكربيدات في نطاق 1500-1800HV. [9]

الحديد الزهر القابل للطرق

يبدأ الحديد القابل للطرق كصب حديد أبيض يتم معالجته حرارياً لمدة يوم أو يومين عند حوالي 950 درجة مئوية (1740 درجة فهرنهايت) ثم يتم تبريده على مدار يوم أو يومين. ونتيجة لذلك، يتحول الكربون في كربيد الحديد إلى جرافيت وفيريت بالإضافة إلى الكربون. تسمح العملية البطيئة للتوتر السطحي بتشكيل الجرافيت إلى جزيئات كروية بدلاً من رقائق. نظرًا لنسبة العرض إلى الارتفاع المنخفضة ، فإن الكريات قصيرة نسبيًا وبعيدة عن بعضها البعض، ولها مقطع عرضي أقل مقابل الشق المنتشر أو الفونون . كما أن لها حدودًا غير حادة، على عكس الرقائق، مما يخفف من مشاكل تركيز الإجهاد الموجودة في الحديد الزهر الرمادي. بشكل عام، تشبه خصائص الحديد الزهر القابل للطرق خصائص الفولاذ الطري . هناك حد لحجم الجزء الذي يمكن صبه في الحديد القابل للطرق، لأنه مصنوع من الحديد الزهر الأبيض. [ بحاجة لمصدر ]

الحديد الزهر المطاوع

تم تطوير الحديد الزهر العقدي أو المطاوع في عام 1948، وهو يتكون من الجرافيت على شكل عقيدات صغيرة جدًا، حيث يكون الجرافيت على شكل طبقات متحدة المركز تشكل العقيدات. ونتيجة لذلك، فإن خصائص الحديد الزهر المطاوع هي خصائص الفولاذ الإسفنجي دون تأثيرات تركيز الإجهاد التي قد تنتجها رقائق الجرافيت. وتبلغ نسبة الكربون الموجودة 3-4% ونسبة السيليكون 1.8-2.8%. وتعمل كميات ضئيلة من 0.02 إلى 0.1% من المغنيسيوم ، و0.02 إلى 0.04% فقط من السيريوم المضافة إلى هذه السبائك على إبطاء نمو رواسب الجرافيت عن طريق الالتصاق بحواف مستويات الجرافيت. وإلى جانب التحكم الدقيق في العناصر الأخرى والتوقيت، يسمح هذا للكربون بالانفصال كجسيمات كروية مع تصلب المادة. وتتشابه الخصائص مع الحديد القابل للطرق، ولكن يمكن صب الأجزاء بأقسام أكبر. [ بحاجة لمصدر ]

جدول الصفات المقارنة للحديد الزهر

الصفات المقارنة للحديد الزهر [10]
اسم التركيبة الإسمية [% بالوزن] الشكل والحالة قوة الخضوع [ ksi (0.2% إزاحة)] قوة الشد [ksi] الاستطالة [%] الصلادة [ مقياس برينيل ] الاستخدامات
الحديد الزهر الرمادي ( ASTM A48) C 3.4، Si 1.8، Mn  0.5 يقذف — 50 0.5 260 كتل أسطوانات المحرك ، وعجلات الموازنة ، وعلبة التروس، وقواعد الأدوات الآلية
الحديد الزهر الأبيض C 3.4، Si 0.7، Mn 0.6 طاقم العمل (كطاقم عمل) — 25 0 450 أسطح تحمل
الحديد القابل للطرق (ASTM A47) C 2.5، Si 1.0، Mn 0.55 مصبوب (مُلَحَّن) 33 52 12 130 محامل المحور ، عجلات المسار، أعمدة الكرنك للسيارات
الحديد المطاوع أو العقدي C 3.4، P 0.1، Mn 0.4، Ni  1.0، Mg 0.06 يقذف 53 70 18 170 التروس، أعمدة الكامات ، أعمدة الكرنك
الحديد المطاوع أو الحديد العقدي (ASTM A339) — صب (مخفف بالتبريد) 108 135 5 310 —
النوع الثاني من النيهارد C 2.7، سي 0.6، منغنيز 0.5، ني 4.5، كروم 2.0 صب الرمل — 55 — 550 تطبيقات عالية القوة
النيكل المقاوم من النوع 2 C 3.0، سي 2.0، منغنيز 1.0، ني 20.0، كروم 2.5 يقذف — 27 2 140 مقاومة للحرارة والتآكل

تاريخ

قطعة أثرية من الحديد الزهر تعود للقرن الخامس قبل الميلاد تم العثور عليها في جيانجسو، الصين
نموذج ديوراما لمنفاخ فرن الصهر في عهد أسرة هان
أسد كانجتشو الحديدي ، أكبر عمل فني مصنوع من الحديد الزهر من الصين ، 953 م، فترة تشو اللاحقة
أنابيب الصرف الصحي والتهوية "بدون محور" المصنوعة من الحديد الزهر (DWV)
قيثارة من الحديد الزهر للبيانو الكبير

يمكن إنتاج الحديد الزهر والحديد المطاوع عن غير قصد عند صهر النحاس باستخدام خام الحديد كمادة رابطة. [11] : 47-48 

يعود تاريخ أقدم القطع الأثرية المصنوعة من الحديد الزهر إلى القرن الخامس قبل الميلاد، وقد اكتشفها علماء الآثار فيما يعرف الآن بمقاطعة لوهي ، جيانجسو في الصين خلال فترة الدول المتحاربة . ويستند هذا إلى تحليل البنية الدقيقة للقطعة الأثرية. [2]

نظرًا لأن الحديد الزهر هش نسبيًا، فهو غير مناسب للأغراض التي تتطلب حافة حادة أو مرونة. إنه قوي تحت الضغط، ولكن ليس تحت الشد. تم اختراع الحديد الزهر في الصين في القرن الخامس قبل الميلاد وتم صبه في قوالب لصنع المحاريث والأواني وكذلك الأسلحة والمعابد. [12] على الرغم من أن الفولاذ كان أكثر مرغوبية، إلا أن الحديد الزهر كان أرخص وبالتالي كان يستخدم بشكل أكثر شيوعًا للأدوات في الصين القديمة، بينما تم استخدام الحديد المطاوع أو الفولاذ للأسلحة. [2] طور الصينيون طريقة لتليين الحديد الزهر عن طريق إبقاء المسبوكات الساخنة في جو مؤكسد لمدة أسبوع أو أكثر من أجل حرق بعض الكربون بالقرب من السطح من أجل منع الطبقة السطحية من أن تكون هشة للغاية. [13] : 43 

في أعماق منطقة الكونغو في غابات وسط أفريقيا، اخترع الحدادون أفرانًا متطورة قادرة على درجات حرارة عالية منذ أكثر من 1000 عام. وهناك أمثلة لا حصر لها على اللحام واللحام بالحديد الزهر التي تم إنشاؤها في بوتقات وصبها في قوالب. وقد تم استخدام هذه التقنيات لاستخدام الأدوات والأسلحة المركبة ذات الشفرات المصنوعة من الحديد الزهر أو الفولاذ وداخلية مرنة من الحديد المطاوع الناعم. كما تم إنتاج الأسلاك الحديدية. وقد أدلى المبشرون الأوروبيون الأوائل بشهادات عديدة عن شعب لوبا الذي صب الحديد الزهر في قوالب لصنع المعاول. وقد تم إنجاز هذه الابتكارات التكنولوجية دون اختراع الفرن العالي الذي كان الشرط الأساسي لنشر مثل هذه الابتكارات في أوروبا وآسيا. [14]

انتقلت تقنية الحديد الزهر إلى الغرب من الصين. [15] لاحظ القزويني في القرن الثالث عشر وغيره من المسافرين لاحقًا صناعة الحديد في جبال البرز إلى الجنوب من بحر قزوين . هذا قريب من طريق الحرير ، وبالتالي فإن استخدام تقنية الحديد الزهر المستمدة من الصين أمر يمكن تصوره. [15] عند تقديمه إلى الغرب في القرن الخامس عشر، تم استخدامه للمدافع والطلقات . بدأ هنري الثامن (حكم 1509-1547) في صب المدافع في إنجلترا. سرعان ما طور عمال الحديد الإنجليز باستخدام أفران الصهر تقنية إنتاج مدافع الحديد الزهر، والتي على الرغم من أنها أثقل من المدافع البرونزية السائدة، إلا أنها كانت أرخص بكثير ومكنت إنجلترا من تسليح بحريتها بشكل أفضل.

كانت الأواني المصنوعة من الحديد الزهر تُصنع في العديد من أفران الصهر الإنجليزية في ذلك الوقت. وفي عام 1707، حصل أبراهام داربي على براءة اختراع لطريقة جديدة لصنع الأواني (والغلايات) أرق وبالتالي أرخص من تلك المصنوعة بالطرق التقليدية. وهذا يعني أن أفران كولبروكديل الخاصة به أصبحت مهيمنة كمورد للأواني، وهو النشاط الذي انضم إليه في عشرينيات وثلاثينيات القرن الثامن عشر عدد صغير من أفران الصهر الأخرى التي تعمل بالفحم .

كان استخدام المحرك البخاري لتشغيل منفاخ النفخ (بشكل غير مباشر عن طريق ضخ الماء إلى عجلة مائية) في بريطانيا، بدءًا من عام 1743 وتزايد في خمسينيات القرن الثامن عشر، عاملاً رئيسيًا في زيادة إنتاج الحديد الزهر، الذي ارتفع بشكل كبير في العقود التالية. بالإضافة إلى التغلب على القيود المفروضة على طاقة المياه، فإن النفخ بالبخار الذي يعمل بالماء أعطى درجات حرارة أعلى للفرن مما سمح باستخدام نسب أعلى من الجير، مما أتاح التحويل من الفحم (الذي كانت إمدادات الخشب غير كافية له) إلى فحم الكوك. [16] : 122 

استمر صانعو الحديد في ويالد في إنتاج الحديد الزهر حتى ستينيات القرن الثامن عشر، وكان التسليح أحد الاستخدامات الرئيسية للحديد بعد عصر الترميم .

الجسور المصنوعة من الحديد الزهر

بدأ استخدام الحديد الزهر لأغراض هيكلية في أواخر سبعينيات القرن الثامن عشر، عندما بنى أبراهام داربي الثالث الجسر الحديدي ، على الرغم من استخدام العوارض القصيرة بالفعل، مثل تلك الموجودة في أفران الصهر في كولبروكديل. وتبع ذلك اختراعات أخرى، بما في ذلك اختراع حصل على براءة اختراعه توماس باين . أصبحت الجسور المصنوعة من الحديد الزهر شائعة مع تسارع الثورة الصناعية . تبنى توماس تيلفورد هذه المادة لجسره المنبع في بيلدواس ، ثم لقناة لونجدون أون تيرن ، وهي قناة مائية في لونجدون أون تيرن على قناة شروزبري . وتبع ذلك قناة تشيرك وقناة بونتيسيليت ، وكلاهما لا يزال قيد الاستخدام بعد عمليات الترميم الأخيرة.

كانت أفضل طريقة لاستخدام الحديد الزهر في بناء الجسور هي استخدام الأقواس ، بحيث تكون كل المواد مضغوطة. الحديد الزهر، مثل البناء مرة أخرى، قوي جدًا في الضغط. الحديد المطاوع، مثل معظم أنواع الحديد الأخرى وحتى مثل معظم المعادن بشكل عام، قوي في الشد، ومتين أيضًا - مقاوم للكسر. يمكن اعتبار العلاقة بين الحديد المطاوع والحديد الزهر، لأغراض هيكلية، مماثلة للعلاقة بين الخشب والحجر.

استُخدمت الجسور ذات العارضة المصنوعة من الحديد الزهر على نطاق واسع بواسطة السكك الحديدية المبكرة، مثل جسر ووتر ستريت في عام 1830 في محطة مانشستر النهائية لسكة حديد ليفربول ومانشستر ، ولكن المشاكل المتعلقة باستخدامه أصبحت واضحة للغاية عندما انهار جسر جديد يحمل سكة حديد تشيستر وهولي هيد عبر نهر دي في تشيستر مما أسفر عن مقتل خمسة أشخاص في مايو 1847، بعد أقل من عام من افتتاحه. كانت كارثة جسر دي ناجمة عن التحميل المفرط في منتصف العارضة بواسطة قطار عابر، وكان لا بد من هدم العديد من الجسور المماثلة وإعادة بنائها، غالبًا من الحديد المطاوع . كان الجسر مصممًا بشكل سيئ، حيث تم ربطه بأشرطة من الحديد المطاوع، والتي كان يُعتقد خطأً أنها تعزز الهيكل. تم وضع مراكز العوارض في حالة انحناء، مع شد الحافة السفلية، حيث يكون الحديد الزهر، مثل البناء ، ضعيفًا جدًا.

ومع ذلك، استمر استخدام الحديد الزهر بطرق هيكلية غير مناسبة، حتى كارثة جسر تاي للسكك الحديدية عام 1879 التي ألقت بظلال من الشك على استخدام هذه المادة. فقد تم صب العروات الأساسية لتثبيت قضبان الربط والدعامات في جسر تاي بشكل متكامل مع الأعمدة، وقد فشلت في المراحل الأولى من الحادث. بالإضافة إلى ذلك، تم صب فتحات البراغي أيضًا ولم يتم حفرها. وبالتالي، نظرًا لزاوية مسودة الصب، تم وضع الشد من قضبان الربط على حافة الفتحة بدلاً من توزيعه على طول الفتحة. تم بناء الجسر البديل من الحديد المطاوع والصلب.

ومع ذلك، حدثت انهيارات أخرى للجسور، بلغت ذروتها في حادث سكة حديد نوروود جانكشن عام 1891. وفي نهاية المطاف، تم استبدال آلاف الجسور المصنوعة من الحديد الزهر تحت السكك الحديدية بأخرى معادلة من الفولاذ بحلول عام 1900 بسبب القلق الواسع النطاق بشأن الجسور المصنوعة من الحديد الزهر تحت شبكة السكك الحديدية في بريطانيا.

المباني

كانت الأعمدة المصنوعة من الحديد الزهر ، والتي كانت رائدة في مباني المطاحن، سبباً في تمكين المهندسين المعماريين من بناء مبانٍ متعددة الطوابق دون الحاجة إلى الجدران السميكة للغاية المطلوبة للمباني المصنوعة من الطوب بأي ارتفاع. كما أنها فتحت مساحات أرضية في المصانع، وخطوط رؤية في الكنائس والقاعات. وبحلول منتصف القرن التاسع عشر، كانت الأعمدة المصنوعة من الحديد الزهر شائعة في المستودعات والمباني الصناعية، جنباً إلى جنب مع عوارض الحديد المطاوع أو الحديد الزهر، مما أدى في النهاية إلى تطوير ناطحات السحاب ذات الإطارات الفولاذية. كما استُخدم الحديد الزهر أحياناً في الواجهات الزخرفية، وخاصة في الولايات المتحدة، ويوجد في حي سوهو في نيويورك العديد من الأمثلة . كما استُخدم أحياناً في المباني الجاهزة الكاملة، مثل مبنى الحديد التاريخي في واترفليت، نيويورك .

مصانع النسيج

كان استخدام آخر مهم في مصانع النسيج . كان الهواء في المطاحن يحتوي على ألياف قابلة للاشتعال من القطن أو القنب أو الصوف الذي يتم غزله. ونتيجة لذلك، كانت مصانع النسيج معرضة بشكل مثير للقلق للاحتراق. كان الحل هو بنائها بالكامل من مواد غير قابلة للاشتعال، ووجد أنه من المناسب تزويد المبنى بإطار من الحديد، معظمه من الحديد الزهر، ليحل محل الخشب القابل للاشتعال. كان أول مبنى من هذا القبيل في ديثرينغتون في شروزبري ، شروبشاير. [17] تم بناء العديد من المستودعات الأخرى باستخدام أعمدة وعوارض من الحديد الزهر، على الرغم من أن التصميمات المعيبة أو العوارض المعيبة أو التحميل الزائد تسببت أحيانًا في انهيار المباني وفشل الهياكل. [ بحاجة لمصدر ]

خلال الثورة الصناعية، استُخدم الحديد الزهر على نطاق واسع أيضًا في تصنيع الإطارات والأجزاء الثابتة الأخرى للآلات، بما في ذلك آلات الغزل والنسيج لاحقًا في مصانع النسيج. أصبح الحديد الزهر مستخدمًا على نطاق واسع، وكانت العديد من المدن بها مصانع لإنتاج الآلات الصناعية والزراعية. [18]

انظر أيضا

مكواة الوافل المصنوعة من الحديد الزهر، مثال على أواني الطهي المصنوعة من الحديد الزهر

مراجع

  1. ^ كامبل، إف سي (2008). عناصر علم المعادن والسبائك الهندسية . ماتريالز بارك، أوهايو: إيه إس إم إنترناشيونال. ص. 453. رقم ISBN 978-0-87170-867-0.
  2. ^ abc Wagner, Donald B. (1993). Iron and Steel in Ancient China . BRILL. pp. 335–340. ISBN 978-90-04-09632-5.
  3. ^ كراوس، كيث (أغسطس 1995). الأسلحة والدولة: أنماط الإنتاج والتجارة العسكرية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 40. ISBN 978-0-521-55866-2.
  4. ^ السجل الكهربائي ومرجع المشتري. شركة مرجع المشترين. 1917.
  5. ^ هاري تشاندلر (1998). علم المعادن لغير المتخصصين في علم المعادن (طبعة مصورة). ASM International. ص 54. ISBN 978-0-87170-652-2.مقتطف من الصفحة 54
  6. ^ abc Gillespie, LaRoux K. (1988). استكشاف أخطاء عمليات التصنيع وإصلاحها (الطبعة الرابعة). SME. ص 4-4. ISBN 978-0-87263-326-1.
  7. ^ لجنة، A04. "طريقة اختبار لتقييم البنية الدقيقة للجرافيت في المسبوكات الحديدية". doi :10.1520/a0247-10.{{cite web}}:CS1 maint: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  8. ^ كوبيرنيك؛ بانكراتوف (11 مارس 2021). "كربيدات الكروم في الطلاءات المقاومة للتآكل". البحوث الهندسية الروسية . 40 (12): 1013-1016. doi :10.3103/S1068798X20120084. S2CID  234545510. تم الاسترجاع في 29 سبتمبر 2022 .
  9. ^ زيتين، هافا (2011). "تأثير البورون والمعالجة الحرارية على الخصائص الميكانيكية للحديد الزهر الأبيض للاستخدام في التعدين". مجلة أبحاث الحديد والصلب، الدولية . 18 (11): 31-39. doi :10.1016/S1006-706X(11)60114-3. S2CID  137453839.
  10. ^ ليونز، ويليام سي. وبليسجا، جاري جيه. (المحرران) الدليل القياسي لهندسة البترول والغاز الطبيعي ، إلسيفير، 2006
  11. ^ Tylecote, RF (1992). تاريخ علم المعادن، الطبعة الثانية . لندن: Maney Publishing، لصالح معهد المواد. ISBN 978-0901462886.
  12. ^ فاغنر، دونالد ب. (مايو 2008). العلم والحضارة في الصين: المجلد 5، الكيمياء والتكنولوجيا الكيميائية، الجزء 11، علم المعادن الحديدية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 159-169. رقم ISBN 978-0-521-87566-0.
  13. ^ تيمبل، روبرت (1986). عبقرية الصين: 3000 عام من العلم والاكتشاف والاختراع . نيويورك: سايمون وشوستر.استنادًا إلى أعمال جوزيف نيدهام>
  14. ^ بوكوم، حمادي، محرر (2004)، أصول علم المعادن الحديدية في أفريقيا، باريس: دار النشر اليونسكو، ص 130-131، رقم ISBN 92-3-103807-9
  15. ^ ab Wagner, Donald B. (2008). Science and Civilisation in China: 5. Chemistry and Chemical Technology: part 11 Ferrous Metallurgy . Cambridge University Press, pp. 349–51.
  16. ^ Tylecote, RF (1992). تاريخ علم المعادن، الطبعة الثانية . لندن: Maney Publishing، لصالح معهد المواد. ISBN 978-0901462886.
  17. ^ "Ditherington Flax Mill: Spinning Mill, Shrewsbury – 1270576". Historic England . تم الاسترجاع في 29 يونيو 2020 .
  18. ^ [ بحاجة لمصدر ]

قراءة إضافية

  • هارولد ت. أنجوس، الحديد الزهر: الخصائص الفيزيائية والهندسية ، باتروورثس، لندن (1976) ISBN 0408706880 
  • جون غلواغ وديريك بريدجواتر، تاريخ الحديد الزهر في العمارة ، ألين وأونوين، لندن (1948)
  • بيتر ر. لويس، جسر السكة الحديدية الجميل لنهر تاي الفضي: إعادة التحقيق في كارثة جسر تاي عام 1879 ، تيمبوس (2004) ISBN 0-7524-3160-9 
  • بيتر ر. لويس، كارثة على نهر دي: عدو روبرت ستيفنسون في عام 1847 ، تيمبوس (2007) ISBN 978-0-7524-4266-2 
  • جورج ليرد، ريتشارد جوندلاش وكلاوس روهريج، دليل الحديد الزهر المقاوم للتآكل ، ASM International (2000) ISBN 0-87433-224-9 
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على الوسائط المتعلقة بـ الحديد الزهر .
  • علم المعادن في الحديد الزهر، جامعة كامبريدج
  • الهندسة الجنائية: كارثة جسر تاي. أرشيف 23 مارس 2023 على موقع واي باك مشين .
  • الجسور الاسبانية المصنوعة من الحديد الزهر


تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=حديد_الزهر&oldid=1253479474"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate