《读书小扎》百漱流央

2、冶金篇第二

　　（古代炼铁似乎争议较多，以下大概……看看就好）

　　一.成分：铁碳合金，Fe ―C

　　二.性能

　　生铁：含碳量大于2%的铁碳合金，质硬，脆，塑性差。

　　熟铁：含碳量小于0.02%的铁碳合金，质软，塑性好，延展性好，可以拉成丝。

　　Fe熔点：1538℃

　　铁器何以大行？
　　――在制钢技术发明以前，作为新产品，（块炼铁）制工具硬度不如青铜，（白口生铁）铸礼器又黑不溜秋，缺乏耀眼的光泽。铁欲大行于世，必须等待时机，而这一时机到来的标志应该是：处于地表易采易炼的氧化铜矿已不敷使用，铸铁的生产成本已大为降低，生产力的发展又急需大量的工具。

　　三.冶炼法

　　1.块炼铁法――中原地区最早出现的人工冶铁法，冶铁史始于块炼铁。

　　块炼铁：是铁矿石在较低温度（1000℃左右）下从固体状态被木炭还原的产物,所以质地疏松,还夹杂有许多来自矿石的氧化物,例如氧化亚铁和硅酸盐.这种块炼铁在一定温度下若经过反复锻打（就是那种电视里常听到的叮叮叮的声音）,便可将夹杂的氧化物挤出去,机械性能就改善了。

　　原料来源：山中开采及民间征收，铁矿石.三氧化二铁

　　方法：一般是在平地或山麓挖穴为炉（其实炉有地炉、平地筑炉和竖炉3种），装入高品位的铁矿石和木炭，点燃后，鼓风加热。当温度达到1000℃左右时，矿石中的氧化铁就会还原成金属铁，而脉石成为渣子。由于矿石中其它未还原的氧化物和杂质不能除去，只能趁热锻打挤出一部或大部，仍然会有较多的大块夹杂物留在铁里。由于冶炼温度不高，化学反应较慢，加之取出固体产品需要扒炉，所以产量低，费工多，劳动强度也大。与生铁不同，块炼铁含碳极低，质地柔软，适于锻造成形。由于块炼铁在锻打前疏松多孔，故也被称为海绵铁。

　　说白了，就是烧完后叮叮叮地打杂质。这种块炼铁是海绵状的固体块，不够硬！于是强大的古人（约春秋时期，存疑，但不晚于战国末期）折腾出了淬火工艺！

　　2.淬火

　　火与水合为淬。――《汉书·天文志》
　　《太康地记》：“汝南西平有龙泉水，可以淬刀剑，特坚利，故有龙泉之剑，楚之宝剑也。

　　上面两句话差不多完美地解释了淬火怎么做。
　　然后淬火为什么增加硬度呢，不是改变成分，而是改变结构，为了快速冷却到马氏体相变区，得到更多的马氏体，马氏体的性能比珠光体好，所以要进行淬火。（天知道那是什么东西辣，查了一下感觉大概就是石墨和金刚石这般结构不同，成分相同结构不同而使硬度大大的不同。括号是我猜。别理会我。）

　　3.生铁冶炼法

　　生铁冶炼采用的是“高温固态还原法”，是使它的炉温达到1150℃-1300℃，在这种炉温下，通过被还原生成的固态铁吸收碳，降低其熔点，从而得到液态的生铁，液态生铁可以直接浇铸成器。

　　注意：比起块炼铁，这是巨大的进步，有液态意味着塑性upup，不像块炼铁打打打，打剑什么的就算了，打个刑鼎这种形状蜿蜒的就要醉倒了。

　　设备：竖式炼炉。（这提高了炉温，使液态生铁得到可能）

　　→竖炉炼铁技术：竖炉炼铁是一种经济而有效的炼铁方法，从上边装料，下部鼓风，形成炉料下降，和煤气上升的相对运动。燃烧产生的高温煤气穿过料层上升把热量传给炉料。其中所含一氧化碳同时对氧化铁起还原作用。这样燃烧的热能和化学能同时得到比较充分的利用。下层的炉料被逐渐还原以至溶化，上层的炉料便从炉顶徐徐下降，炉料被预热而能达到更高的温度。中国是世界最早使用竖炉炼铁的国家。春秋末年已经使用竖炉冶铸生铁了，开始一般采用木炭用原料。

　　然而问题又来了，生铁虽然坚硬，但韧性较差，性脆易折。于是又有了生铁柔化技术，此技术同样应该战国已有。

　　4.铸铁柔化技术

　　生铁虽然坚硬，但韧性较差，性脆易折。如果在高温下将铸铁件长时间进行加热，使其化合碳发生变化，就可以改变它的材质和性能。其中有一种方法叫铸铁柔化处理，通过这种处理的铸铁叫可锻铸铁。

　　按照热处理条件的不同，铸铁柔化处理技术又可以分为两种工艺：一种是在氧化气氛下对白口铸铁件进行退火脱碳处理，使之成为白心可锻铸铁；另一种是在中性或弱氧化气氛下，对白口铸铁件进行长时间高温退火处理，使之成为黑心可锻铸铁。

　　以上是百度百科，然而悲剧的是看不懂了，不怕，我们看其他的――

　　首先，铸铁的分类

　　根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为 ――

　　白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。

　　灰口铸铁碳全部或大部分以片状石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。

　　麻口铸铁碳一部分以石墨形式存在，类似灰口铸铁；另一部分以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁。断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上也很少应用。

　　根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为 ――

　　灰口铸铁铸铁中石墨呈片状存在。

　　可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在。它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的。其机械性能（特别是韧性和塑性）较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁。

　　球墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在。它是在铁水浇注前经球化处理后获得的。这类铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日。

　　这么讲完之后，有没有一种醍醐灌顶的感觉？

　　――并没有。

　　那么我们来猜一猜吧，（对，以下都是个人猜测，不要当真，谁叫我连百度都看不懂了呢@_@我们已经知道那个时候生铁主要是白口铸铁。白口铸铁，我猜应该差不多是现在所说的亚共晶白口铁，碳含量为2.11％―4.3％，所以增加韧性就是要脱碳。脱碳，我能想到的是让炭氧化，而退火是控制其缓慢冷却使其内部结构达到一种较好的状态。应该就是让它缓慢冷却以便氧化……吧？

　　拓展：说起退火，冶炼有四把火，下面是来自360的详述：

　　退火：就是将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺，其实质是将钢加热奥氏体化后进行珠光体转变。

　　退火目的和作用
　　(1)降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工;
　　(2)细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，均匀钢的组织成分，改善钢的性能或为以后的热处理作准备;
　　(3)消除钢中的内应力，以防止变形或开裂。

　　淬火：将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。

　　淬火目的和作用
　　淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体(或贝氏体)转变，得到马氏体（或贝氏体）组织，然后配合以不同温度的回火，获得所需的力学性能。

　　(注: 淬火态工件不允许直接投入现场使用，通常在此之后必须实时进行1——2 次或以上之回火加工，以调整其组织及应力等。

　　回火：钢件淬硬后，再加热到低于Ａｃ１点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
　　回火目的和作用
　　(1)合理地调整力学性能，使工件满足使用要求；
　　(2)稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的尺寸、 形状不变；
　　(3)降低或消除淬火内应力，以减少工件的变形并防止开裂。

　　来自：dongchang > 《工藝》

　　铁钢不可分，块炼铁、生铁优化过程其实就是往钢靠拢的过程，所以下一章，古代炼钢法。