冶金考古,鐵器文物保護(編輯修改稿)
2025-01-19 03:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 夾雜物，并制成所需要的形狀。 用這種方法得到的是含碳很低的熟鐵，質(zhì)地疏松，孔隙中夾有礦石本身存在的氧化物，稱為塊煉鐵 (Bloomery Iron )?；瘜W反應較慢，取出固體產(chǎn)品需要扒爐，產(chǎn)量低，費工多，勞動強度大。 塊煉鐵 是鐵礦石在較低溫度下用木炭在固態(tài)條件下還原得到的，鐵礦石中雜質(zhì)元素的不均勻性常帶入塊煉鐵產(chǎn)品中，塊煉鐵產(chǎn)品含碳 %，顯示 純鐵素體 組織；含有較多的氧化亞鐵 鐵橄欖石共晶夾雜 ，夾雜物中 磷、硫、錳、硅等含量波動較大 ，這是原礦石中成分分布不均勻造成的，有的還含有 1%3%銅的氧化物。以上是判定塊煉法制品重要的冶金學特征。 2. 生鐵冶煉 (高溫液態(tài)還原法 )：較高大爐體，木炭作燃料和還原劑。較高溫度： 1200℃ ，氧化充分還原并吸炭，成為熔融的生鐵 (鐵炭合金 )，以液態(tài)從爐中放出，直接澆鑄成器或鑄成錠塊后供重熔使用。渣鐵分離較好、質(zhì)地勻凈，雜質(zhì)較少；煉爐可半連續(xù)操作，熱能利用較好，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益較高。 生鐵冶煉過程中還原生成的固態(tài)鐵吸收碳以后，熔點隨之降低。純鐵的熔點為 1534℃ ，當含碳量達 %時熔點降至 1380℃ ，含碳量 %時熔點最低 (1146℃) 。隨著溫度升高，鐵吸收碳的速度加快，當鼓風技術(shù)改進，使爐溫提高到11001200 ℃ 以上，就得到液體狀態(tài)的生鐵。 3. 韌性鑄鐵冶煉 黑心韌性鑄鐵： 白心韌性鑄鐵： 4. 鋼的冶煉 鋼的含碳量介于生鐵和熟鐵之間， 含碳量小于 % 的為低碳鋼 . 介于 % ～ % 之間的為中碳鋼 . 大于 % 的為高碳鋼。所謂煉鋼 .就是控制生鐵中的含碳量使之達到鋼的要求，同時去除危害鋼性的雜質(zhì) S、 P 等。 兩種技術(shù)： （ 1） 在固體狀態(tài)下完成的塊煉鐵滲碳成鋼； （ 2） 鐵礦石先在冶鐵豎爐中煉出生鐵，再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼。 三 . 鐵器文物的結(jié)構(gòu) 從文物保護的角度來看，鐵器的結(jié)構(gòu)可分為以下三類： 鐵素體：具有體心立方點陣的鐵 (α鐵或 δ鐵 )或其固溶 體。熔解碳的能力很低，含碳量小于 %。其延展性 (塑性、韌性 )良好而強度較 低。通常形成海綿狀的帶孔結(jié)構(gòu)，抗腐蝕能力較差。 鐵素體＋滲碳體 (Fe3C) ：鐵碳共晶組織中含碳量 %之間。其中滲碳體分布不均勻。滲碳體晶體與鐵素體之間有嚴重的扭曲現(xiàn)象，形成微裂間隙，故其抗腐蝕能力差。 鐵素體＋滲碳體 (Fe3C)＋石墨體：滲碳體在高溫下，或長時間加熱的條件下，會逐漸分解成鐵素體與石墨體，因此，片狀的石墨還是團絮狀石墨，結(jié)構(gòu)都是層狀，層與層之間的間距是有害分子進入鐵器內(nèi)部的通道，所以，具有這種結(jié)構(gòu)的鐵器在抗腐蝕方面亦有缺陷。 總之，各種鐵碳合金，它們的結(jié)構(gòu)多帶有微孔和腐蝕通道。另外，鐵器表面不同的金相組織，也會引起電化學腐蝕，這些都是造成鐵器腐蝕的內(nèi)在因素。 四 . 鐵器文物的腐蝕原因及產(chǎn)物 鐵器與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學、電化學作用而引起的破壞和材料的失效現(xiàn)象叫做鐵器的腐蝕。鐵的腐蝕在金屬中是最為突出的。鐵器腐蝕后，鐵的質(zhì)地改變，比重減輕，結(jié)構(gòu)疏松，失去了原有的硬度和韌性 ,嚴重時鐵質(zhì)酥解。 （一）鐵器的腐蝕原因 1. 鐵碳合金的結(jié)構(gòu) 鐵素體、鐵素體 +滲碳體、鐵素體 +石墨體 +少許滲碳體三種形式。每一種形式都是不耐腐蝕的。內(nèi)部或有 海綿狀的帶氣孔結(jié)構(gòu)、或有微裂間隙、或有層與層之間的間距 .容易吸附水分、積聚雜質(zhì)和污染物，各種氧化性、氯化性、硫化性的有害氣體容易侵入 .使鐵器表面引起化學腐蝕和電化學腐蝕，這是造成鐵器腐蝕的內(nèi)在因素之一。 2. 鐵的化學性質(zhì) 3. 環(huán)境影響 地下、海水、空氣。陰極氧去極化。氧的傳遞過程和速度不相同：在空氣中的氧是通過電解質(zhì)薄層水膜；海水中的氧是通過電解質(zhì)本體；土壤中的氧是通過土壤微孔作通道。只有金屬表面形成水膜，電化學腐蝕作用才能產(chǎn)生。 （二）鐵器文物的腐蝕產(chǎn)物 氧化物： Fe3O4, Fe2O3, Fe2O3nH 2O, FeO(OH)， FeO 鐵的硫化物和氯化物： FeS, Fe3S4, FeCl2, FeCl3H 2O,FeCl36H 2O。 鐵的碳酸鹽： FeCO Fe（ HCO3） 2 鐵的硫酸鹽： Fe2(SO4)35H 2O、 Fe(SO4)4H 2O 鐵的磷酸鹽： Fe2PO42H 2O、 Fe3（ PO4） 28H 2O 另外還有 SiO2 、 Ca(HPO4) 2 和銹層中沒有腐蝕盡的滲碳體( Fe3 C)等。 （三）鐵器的有害銹和無害銹 無害銹：結(jié)構(gòu)堅硬、穩(wěn)定。在鐵器表面形成薄而致密的黑褐色氧化物，可防止鐵器進一步腐蝕。磷酸鐵
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