第四十章 可锻铸铁
按照后世的标准,由铁水直接冷却形成的白口铁,除了当做炼钢的原料,并不具备实用的价值。王延兴浇铸许多生铁锭,除了要拿回泉州展示成绩外,也是准备用来炼钢。只不过他能用的炼钢的法子,既不是平炉、也不是转炉,更不可能是电炉,而是苏钢法。
在反射炉中,将生铁块置于熟铁片扎成的铁饼子上空,因为熟铁的熔点高达一千五百度,而生铁的熔点不过一千一百来度,所以,随着炉温的上升,生铁块由黑而红,由红而白,最终化成一滴滴的铁水往下滴时,熟铁片虽然已经被烧成了亮白色,却依旧还是一片一片的样子。铁水顺着铁片之间的缝隙往下流,一边下流,一边和铁片发生冶金反应。
在反应中,生铁中的碳,一部分被烧掉,另一部分则被渗透到熟铁中去,等生铁尽数化成铁水。滴落渗入熟铁片盘后,再保温一段时间,生铁和熟铁中的碳含量得到了较好的中和,一起成为了产量和品质都还过得去的钢。
当然,这个不错,只能是跟同期的钢质相比。毕竟这种冶炼的过程,并不可控,冶炼完成后,得出来的钢的含碳量,也没办法检测。
只能取样做力学检查,间接来表现:将每次练出来的钢,取样,用锻锤打成薄薄的长条,再退火后,检查它们的韧性。含碳低的钢的韧性会相对好一些,反之,刚性会较好……
想做刀剑、甲胄,自然是要用中碳钢或者高碳钢为好。可烧了五十多个熟铁饼子之后,偏偏就是有一大半是低碳钢。
可又能有什么办法呢?
低碳钢就低碳钢吧,比生铁总要好!
自我安慰了一番之后,心里又叹了口气:哎,也许多练练,能熟能生巧吧!王延兴将选拔、培养熟练的苏钢法的工人的任务交给章大炉处理后,把精力转移到了另一个课题之上:可锻铸铁。
可锻铸铁名为可锻,其实并不能用于冷锻加工,只是比灰口铁有更好的韧性罢了。它由白口铁进行高温石墨化退火而来。因为有接近钢的性质,是一种性能相当不错的铸铁。在后世的汽车工业中,就用到许多可锻铸铁作为结构件。唐代当然没有汽车业这个吃钢材的大户,唐代消耗铁器最大的行业是军事。王延兴准备用可锻铸铁来制备军器。当然,不是用来制作刀剑,而是用来制作甲胄!
只是,在没有温控设备的这个年代,想要实现高温石墨化退火,并不简单。要判断炉温,只能通过观察铸件的颜色来大致地判断。
先用铁水浇铸出百余片32开书页大小的薄薄的铸铁片,用耐火转托盘盛好,放入发射炉中,随着火力的逐渐加大,炉内温度渐渐升高,铁片的颜色也渐渐地由暗红,变为赤红,再转为橙黄色,当温度再进一步身高,橙色有趋淡的变化的时候。这个时候,铸件的温度也到了大约900多度。
这便是高温退火所需的温度,维持这个火力,让它们保持橙黄色的状态。当然,木炭的热值不高,需要不断地添加燃料,炉内的温度也会上下起伏波动,所以,退火的效果自然不能跟后世相比。
这种状态,要保持一天一夜。然后,需要将反射炉的温度下降一些,让铁块的颜色变成红色,也就是大概700多度的样子,再保持一个白天,然后就可以出炉冷却了。
算着时间,王延兴过来查看退火的效果。炉头连忙从炉中取出几片已经摊凉的铁片。
看着这些黑漆漆的铁片,罗二和章大炉脸上露出疑惑的神色,他们仅有的热处理的经验,都来自于王延兴的演示,完全不理解。为何要将已经铸好的铁片再丢进去烧烤?而且,一烧便是两天一夜。不说其他,单是这耗费的木炭可就不是少数。
只是之前被王延兴展现出来的手段所慑服,不敢出言质疑。只能依照王延兴的吩咐,将这些其貌不扬的铁片收集起来,呈给王延兴。
看着两个人脸上藏不住的疑惑,王延兴装作没看见的,件起其中的两片,对敲了敲,发出叮叮的脆响,震去面上的浮尘,露出乌青的表面,问道:“你们觉得,某要制作此物为何用?”
两人看了看那铁片的大小,觉得像是菜刀,却没有柄,说是锄头,却没有孔,齐齐地摇了摇头:“某等不知!”
看他们不解,王延兴想跟他们直说,可心中其实也是有些不太确定这次退火到底成不成功,便说道:“那试试便知晓了!”
说罢,王延兴让一旁的杂工找了两块木头,将铁片架在上面,对身侧的朱彤说道:“大个!来!用横刀扎一下,看着用多大的力气才能扎透。”
用横刀扎一下?哦!原来衙内是打算制作甲页!
朱彤也喏了一声,跃跃欲试地看了看这铁片,也就一寸不到的厚度,估摸着应该不太难,拔出横刀,噌地一下朝铁片中央位置扎了下去。
叮……一声金属撞击声下,明显地看到横刀的撞击下,那铁片被压得往下一沉,随着朱彤收力,竟又回复到原状。朱彤有些吃惊地提起横刀,却发现自己这随意的一扎并未能扎透铁片,而只是在上面留下了一个小坑……
朱大个的力气是大家都有所见的,他看似随意的一下,力气不会太小,竟然没有扎透?看来,这次的退火试验是成功了。用这铁片做甲页,应当是够了!
王延兴面露喜色,再次吩咐道:“再用力一些!”
朱彤正在为自己的失手而懊恼呢,闻言再次提起横刀,双手握住刀柄,重重地扎了下去。这次朱彤用足了力,在大力之下,那横刀径直切入铁片,刀尖从铁片背面贯穿而出。可才露出个刀尖,就被卡住,无法前进。
这算是扎透了吗?朱彤可不这么觉得。若是在战场上,这也就是点皮外伤,跟刮擦一个级别,要制敌于死地,至少得穿过去五寸或者一尺才行。
他手上再一用力,将横刀往下压,铁片也被明显压弯了,刀尖却依旧被卡得死死的,没有多透出来一份。
一时间,他有点恼了,用脚踏在铁片上,试图将横刀抽出来,抽了一下,竟然也没有抽动!这刀卡得竟然这么牢?他心里暗暗吃惊,脸上却挂不住了。
他脸上一抽,两个脚都踩了上去,双手握着刀柄,往上猛提,却依旧没有动作。不得已,只能前后摇动,摇了几下,才将横刀拔了出来。拔出之后,又要再扎。
王延兴止住了他:“大个不要扎了,再扎,可要伤到横刀了!”
朱彤脸上一红,停了下来:“衙内!不是某力气小,是这铁片子着实太结实了些!”
“结实才好!”王延兴一脸欣喜道,他捡起被朱彤戳坏的那片甲页和手中那片尚好的甲页,扬了扬,“我正想,要不要把这两片给你,好让你衬在你的甲上呢?”
朱彤登时将适才的不忿丢到一边,大喜地伸出手来道:“那好啊!衙内,可不要骗我!”
看到朱彤这小孩子般的性格,王延兴也是不禁莞尔。不过,也由不得朱彤不欢喜,铁甲可不是一般兵士所能拥有的。
他虽然身为牙兵,也配有锋利的横刀,可身上所穿的甲,也不过是硬皮甲罢了,防一防流矢还行,要遇上横刀猛刺,那也就是个聊胜于无的东西,可若有了这甲页增强,那效果可就不同了。
一旁的胡茂见状,眼盼盼地看过来,明显也是动心了,他弱弱地说道:“衙内,我也有横刀,让我也试试铁甲好不?”
王延兴一听,乐了,可他还没答话呢,朱彤就开腔了:“你这贼猫儿,一边去!就你那力气,还是省省吧!”
胡茂撇撇嘴,知道自己的力气却是比不上朱彤这大个子,可他也不灰心,作势要再说。
王延兴心情大好地说道:“猫儿不要担心!我这次试做这些甲页,本来就是要给你们用的。”王延兴将手里的两片甲页先递给朱彤,“这两片,你先拿着。再留下十片做后续的测试,其余的,罗大匠,你安排几个人,将甲页用沙子擦干净,然后给邹都头送过去吧!让他安排这些甲页的用途!”
这边,罗二依言安排了两个杂工,将剩余片甲页拿去清洗,王延兴拿了十片了,让胡茂包好,叫上章大炉,一起去实验室。
这样整出来的甲页材质到底如何,单凭这么戳一下,只能形成一个能用和不能用的定性的结论,具体的性能如何,还是要通过力学实验来进行测定。当然,就现在这样的条件下,所谓力学实验所能形成的结论,也只是一个粗略的的结果。
王延兴更在意的是,他想要让更多的人,能形成一种通过实验来分析材料性能的思维,学习以数据来说话的方式。
可惜的是,每个人的悟性是不同的,对试验、数字的兴趣也是不同的。那二十几个奴婢中,数学还能过得去的,也就是四个人,在其中挑了一个性子沉稳一点的,叫王忠亭,再搭一个成绩一般,不过字写的还可以的王忠选,协助章大炉和王延路一起做试验,做记录。
只是王延路还要掌管铁场的后勤,事务本来就多,这实验室的事,也只能是暂时兼顾。
无奈之下,王延兴把希望放在了十四岁的王忠亭和十二岁的王忠选身上,就是不知道,自己有没有耐心,等他们慢慢地长大……
冷眼看着,两个小孩用钢锯一点一点地将铁片锯成等宽的条状,然后分别装到粗糙的仪器上进行测试。然后再将数据填写在表格中……
两个小孩都很卖力,虽然他们还不懂自己所做的事情的意义所在,确是足够的认真。
暂时,也只能先这样了。
第一项是硬度测试,将金刚石镶嵌在测量头上,再将测量头压在试件上,再在测量头上加上配重,测量头被压住下行的距离,经过杠杆连接杆,放大到一侧的测表的刻度上,刻度的变化值,便记录下来,作为这个试件的检测值。随机挑选三个位置测量后,取平均值,便是此次检测的硬度值了。
第二项检测值,是抗剪强度,用的是加了不同配重的摆锤撞击固定的试片,以弯折、断裂所用的配重重量作为抗剪强度的测量值……
第三项是新加进去的,拉伸试验。试片一头被粗实的环扣安装在铁质基座上,另一头,也用环扣连接在卡扣上,再将配重加在一比十的杠杆的一头,再将配重端的重量与位移量记录在卷筒上,便可得到拉伸曲线。当然,铸铁的韧性很差,记录曲线也没有意义,只需要记录配重量就可以了;可对钢来说,这个曲线的意义却很大。
好吧……其中的意义,跟这帮人现在说不清楚,先让他们生搬硬套地做试验,记录数据吧。
守着他们将这次的试片的三个试验各做了一遍,过程中也没有出现大的疏漏,便拿了数据跟之前的灰口铁和几次的苏钢样本的数据做比较,跟自己的预想差不多。便点了点头。
看着王延路将记录整理好,又吩咐章大炉便按照这个方法再浇铸一批甲页,观察这种工艺是否稳定,然后就见罗二快步小跑过来:“衙内!邹都头求见!”
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在反射炉中,将生铁块置于熟铁片扎成的铁饼子上空,因为熟铁的熔点高达一千五百度,而生铁的熔点不过一千一百来度,所以,随着炉温的上升,生铁块由黑而红,由红而白,最终化成一滴滴的铁水往下滴时,熟铁片虽然已经被烧成了亮白色,却依旧还是一片一片的样子。铁水顺着铁片之间的缝隙往下流,一边下流,一边和铁片发生冶金反应。
在反应中,生铁中的碳,一部分被烧掉,另一部分则被渗透到熟铁中去,等生铁尽数化成铁水。滴落渗入熟铁片盘后,再保温一段时间,生铁和熟铁中的碳含量得到了较好的中和,一起成为了产量和品质都还过得去的钢。
当然,这个不错,只能是跟同期的钢质相比。毕竟这种冶炼的过程,并不可控,冶炼完成后,得出来的钢的含碳量,也没办法检测。
只能取样做力学检查,间接来表现:将每次练出来的钢,取样,用锻锤打成薄薄的长条,再退火后,检查它们的韧性。含碳低的钢的韧性会相对好一些,反之,刚性会较好……
想做刀剑、甲胄,自然是要用中碳钢或者高碳钢为好。可烧了五十多个熟铁饼子之后,偏偏就是有一大半是低碳钢。
可又能有什么办法呢?
低碳钢就低碳钢吧,比生铁总要好!
自我安慰了一番之后,心里又叹了口气:哎,也许多练练,能熟能生巧吧!王延兴将选拔、培养熟练的苏钢法的工人的任务交给章大炉处理后,把精力转移到了另一个课题之上:可锻铸铁。
可锻铸铁名为可锻,其实并不能用于冷锻加工,只是比灰口铁有更好的韧性罢了。它由白口铁进行高温石墨化退火而来。因为有接近钢的性质,是一种性能相当不错的铸铁。在后世的汽车工业中,就用到许多可锻铸铁作为结构件。唐代当然没有汽车业这个吃钢材的大户,唐代消耗铁器最大的行业是军事。王延兴准备用可锻铸铁来制备军器。当然,不是用来制作刀剑,而是用来制作甲胄!
只是,在没有温控设备的这个年代,想要实现高温石墨化退火,并不简单。要判断炉温,只能通过观察铸件的颜色来大致地判断。
先用铁水浇铸出百余片32开书页大小的薄薄的铸铁片,用耐火转托盘盛好,放入发射炉中,随着火力的逐渐加大,炉内温度渐渐升高,铁片的颜色也渐渐地由暗红,变为赤红,再转为橙黄色,当温度再进一步身高,橙色有趋淡的变化的时候。这个时候,铸件的温度也到了大约900多度。
这便是高温退火所需的温度,维持这个火力,让它们保持橙黄色的状态。当然,木炭的热值不高,需要不断地添加燃料,炉内的温度也会上下起伏波动,所以,退火的效果自然不能跟后世相比。
这种状态,要保持一天一夜。然后,需要将反射炉的温度下降一些,让铁块的颜色变成红色,也就是大概700多度的样子,再保持一个白天,然后就可以出炉冷却了。
算着时间,王延兴过来查看退火的效果。炉头连忙从炉中取出几片已经摊凉的铁片。
看着这些黑漆漆的铁片,罗二和章大炉脸上露出疑惑的神色,他们仅有的热处理的经验,都来自于王延兴的演示,完全不理解。为何要将已经铸好的铁片再丢进去烧烤?而且,一烧便是两天一夜。不说其他,单是这耗费的木炭可就不是少数。
只是之前被王延兴展现出来的手段所慑服,不敢出言质疑。只能依照王延兴的吩咐,将这些其貌不扬的铁片收集起来,呈给王延兴。
看着两个人脸上藏不住的疑惑,王延兴装作没看见的,件起其中的两片,对敲了敲,发出叮叮的脆响,震去面上的浮尘,露出乌青的表面,问道:“你们觉得,某要制作此物为何用?”
两人看了看那铁片的大小,觉得像是菜刀,却没有柄,说是锄头,却没有孔,齐齐地摇了摇头:“某等不知!”
看他们不解,王延兴想跟他们直说,可心中其实也是有些不太确定这次退火到底成不成功,便说道:“那试试便知晓了!”
说罢,王延兴让一旁的杂工找了两块木头,将铁片架在上面,对身侧的朱彤说道:“大个!来!用横刀扎一下,看着用多大的力气才能扎透。”
用横刀扎一下?哦!原来衙内是打算制作甲页!
朱彤也喏了一声,跃跃欲试地看了看这铁片,也就一寸不到的厚度,估摸着应该不太难,拔出横刀,噌地一下朝铁片中央位置扎了下去。
叮……一声金属撞击声下,明显地看到横刀的撞击下,那铁片被压得往下一沉,随着朱彤收力,竟又回复到原状。朱彤有些吃惊地提起横刀,却发现自己这随意的一扎并未能扎透铁片,而只是在上面留下了一个小坑……
朱大个的力气是大家都有所见的,他看似随意的一下,力气不会太小,竟然没有扎透?看来,这次的退火试验是成功了。用这铁片做甲页,应当是够了!
王延兴面露喜色,再次吩咐道:“再用力一些!”
朱彤正在为自己的失手而懊恼呢,闻言再次提起横刀,双手握住刀柄,重重地扎了下去。这次朱彤用足了力,在大力之下,那横刀径直切入铁片,刀尖从铁片背面贯穿而出。可才露出个刀尖,就被卡住,无法前进。
这算是扎透了吗?朱彤可不这么觉得。若是在战场上,这也就是点皮外伤,跟刮擦一个级别,要制敌于死地,至少得穿过去五寸或者一尺才行。
他手上再一用力,将横刀往下压,铁片也被明显压弯了,刀尖却依旧被卡得死死的,没有多透出来一份。
一时间,他有点恼了,用脚踏在铁片上,试图将横刀抽出来,抽了一下,竟然也没有抽动!这刀卡得竟然这么牢?他心里暗暗吃惊,脸上却挂不住了。
他脸上一抽,两个脚都踩了上去,双手握着刀柄,往上猛提,却依旧没有动作。不得已,只能前后摇动,摇了几下,才将横刀拔了出来。拔出之后,又要再扎。
王延兴止住了他:“大个不要扎了,再扎,可要伤到横刀了!”
朱彤脸上一红,停了下来:“衙内!不是某力气小,是这铁片子着实太结实了些!”
“结实才好!”王延兴一脸欣喜道,他捡起被朱彤戳坏的那片甲页和手中那片尚好的甲页,扬了扬,“我正想,要不要把这两片给你,好让你衬在你的甲上呢?”
朱彤登时将适才的不忿丢到一边,大喜地伸出手来道:“那好啊!衙内,可不要骗我!”
看到朱彤这小孩子般的性格,王延兴也是不禁莞尔。不过,也由不得朱彤不欢喜,铁甲可不是一般兵士所能拥有的。
他虽然身为牙兵,也配有锋利的横刀,可身上所穿的甲,也不过是硬皮甲罢了,防一防流矢还行,要遇上横刀猛刺,那也就是个聊胜于无的东西,可若有了这甲页增强,那效果可就不同了。
一旁的胡茂见状,眼盼盼地看过来,明显也是动心了,他弱弱地说道:“衙内,我也有横刀,让我也试试铁甲好不?”
王延兴一听,乐了,可他还没答话呢,朱彤就开腔了:“你这贼猫儿,一边去!就你那力气,还是省省吧!”
胡茂撇撇嘴,知道自己的力气却是比不上朱彤这大个子,可他也不灰心,作势要再说。
王延兴心情大好地说道:“猫儿不要担心!我这次试做这些甲页,本来就是要给你们用的。”王延兴将手里的两片甲页先递给朱彤,“这两片,你先拿着。再留下十片做后续的测试,其余的,罗大匠,你安排几个人,将甲页用沙子擦干净,然后给邹都头送过去吧!让他安排这些甲页的用途!”
这边,罗二依言安排了两个杂工,将剩余片甲页拿去清洗,王延兴拿了十片了,让胡茂包好,叫上章大炉,一起去实验室。
这样整出来的甲页材质到底如何,单凭这么戳一下,只能形成一个能用和不能用的定性的结论,具体的性能如何,还是要通过力学实验来进行测定。当然,就现在这样的条件下,所谓力学实验所能形成的结论,也只是一个粗略的的结果。
王延兴更在意的是,他想要让更多的人,能形成一种通过实验来分析材料性能的思维,学习以数据来说话的方式。
可惜的是,每个人的悟性是不同的,对试验、数字的兴趣也是不同的。那二十几个奴婢中,数学还能过得去的,也就是四个人,在其中挑了一个性子沉稳一点的,叫王忠亭,再搭一个成绩一般,不过字写的还可以的王忠选,协助章大炉和王延路一起做试验,做记录。
只是王延路还要掌管铁场的后勤,事务本来就多,这实验室的事,也只能是暂时兼顾。
无奈之下,王延兴把希望放在了十四岁的王忠亭和十二岁的王忠选身上,就是不知道,自己有没有耐心,等他们慢慢地长大……
冷眼看着,两个小孩用钢锯一点一点地将铁片锯成等宽的条状,然后分别装到粗糙的仪器上进行测试。然后再将数据填写在表格中……
两个小孩都很卖力,虽然他们还不懂自己所做的事情的意义所在,确是足够的认真。
暂时,也只能先这样了。
第一项是硬度测试,将金刚石镶嵌在测量头上,再将测量头压在试件上,再在测量头上加上配重,测量头被压住下行的距离,经过杠杆连接杆,放大到一侧的测表的刻度上,刻度的变化值,便记录下来,作为这个试件的检测值。随机挑选三个位置测量后,取平均值,便是此次检测的硬度值了。
第二项检测值,是抗剪强度,用的是加了不同配重的摆锤撞击固定的试片,以弯折、断裂所用的配重重量作为抗剪强度的测量值……
第三项是新加进去的,拉伸试验。试片一头被粗实的环扣安装在铁质基座上,另一头,也用环扣连接在卡扣上,再将配重加在一比十的杠杆的一头,再将配重端的重量与位移量记录在卷筒上,便可得到拉伸曲线。当然,铸铁的韧性很差,记录曲线也没有意义,只需要记录配重量就可以了;可对钢来说,这个曲线的意义却很大。
好吧……其中的意义,跟这帮人现在说不清楚,先让他们生搬硬套地做试验,记录数据吧。
守着他们将这次的试片的三个试验各做了一遍,过程中也没有出现大的疏漏,便拿了数据跟之前的灰口铁和几次的苏钢样本的数据做比较,跟自己的预想差不多。便点了点头。
看着王延路将记录整理好,又吩咐章大炉便按照这个方法再浇铸一批甲页,观察这种工艺是否稳定,然后就见罗二快步小跑过来:“衙内!邹都头求见!”
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