materialele şi societatea. scurt istoric al prelucrării fierului

MATERIALELE ŞI SOCIETATEA. SCURT ISTORIC AL
PRELUCRĂRII FIERULUI
Asist. univ. dr. ing. Andi-Cristian Adrianescu
Abstract
The secret of iron making originated with the Hittites in northeastern Asia Minor, around
1400 BC. Within a couple of hundred years the technology was being spread widely through the
Middle East and into barbarian Europe by itinerant ironsmiths.
Fierul a fost cunoscut încă din Neolitic şi Chalcolitic. Omul din Chalcolitic adăuga
minereu bogat în fier pentru a ajuta topirea cuprului. S-a observat atunci că în urma
reacţiei oxidului de fier cu nisipul rezulta un subprodus bogat în fier numit zgură. Aceasta
conţinea în special fier şi dioxid de siliciu. Fierul respectiv însă era foarte poros ( blum sau
burete de fier).
Fig.1. Minereu de fier
Lovirea repetată a acestuia reduce porozitatea şi ajută la separarea siliciului. Blumul
rezultat era aproape fier pur – cunoscut azi sub denumirea de fier forjat, mult mai moale
decât bronzul. Adevărata utilitate a fierului a apărut după descoperirea “fierului bun”[1].
Acesta a fost descoperit accidental de către hitiţi în 1400 Î.C.
Reţeta “fierului bun”[1] :
Încălzirea în cicluri repetate a unei bucăţi de blum în cuptoare cu cărbuni până la
1200 ºC;
Lovirea blumului pentru eliminarea zgurii şi compactare (exact ca fierul forjat);
Se repetă etapele 1şi2.
Explicaţie: În timpul încălzirii în cuptoare cu cărbuni, blumul şi fierul erau expuse
monoxidului de carbon (CO), avea loc o reacţie între fier şi monoxidul de carbon în urma
căruia carbonul difuza în fier.
Rezultat : Un oţel-carbon.

Prin expunerea fierului forjat în cuptoare cu cărbuni pentru încălzire într-o perioadă
scurtă de timp se putea controla adâncimea de penetrare a carbonului. Astfel, când s-a
observat că duritatea porţiunilor respective din bucata de fier era în funcţie de conţinutul de
carbon, efectul de durificare putea fi limitat prin încălzirea în intervale scurte de timp (fig.2
).
Astăzi acest proces este cunoscut sub numele de durificare, iar rezultatul obţinut se
numeşte oţel obţinut prin durificare.
Fig.2. Expunerea fierului forjat în intervale diferite de timp
În Europa anilor 1000 Î.C. prelucrarea fierului cunoaşte noi progrese[3]:
Călirea
o răcirea rapidă a unei piese înroşite de oţel prin introducerea în apă rece sau
alt lichid;
o durificarea considerabilă a oţelului, uneori chiar până la punctul de
fragilizare;
o procesul este descris şi în Odiseea lui Homer.
Revenirea
o Implică reîncălzirea unei piese călite de oţel până la 600 ºC într-un interval
scurt de timp;
o Oţelul devine maleabil şi se elimină fragilizarea; corespunzător scade şi
duritatea.
Fig.3. Pumnal din oţel
În China prelucrarea fierului era asemănătoare ca tehnologie cu ceea ce făceau
hitiţii însă foarte repede aceştia şi-au dezvoltat o metodă proprie[1]:
Cuptoare mari şi puternice ce utilizau suflante orizontale pentru introducerea unor
cantităţi mari de aer:

o Temperatura era cu câteva sute de grade mai ridicată faţă de cuptoarele
europene;
o Reinventate în Europa de vest în secolul XV şi numite furnale.
Creşterea presiunii monoxidului de carbon prin creşterea cantităţii de combustibil –
cărbuni;
Difuzia unei cantităţi mai mari de carbon în fier;
Efectul de aliere coboară punctul de topire al oţelului, astfel acesta poate fi turnat în
matriţe pentru a obţine formele dorite: FIER TURNAT.
Fierul turnat în forme conţine mai mult carbon decât oţelul, se topeşte la o
temperatură mai joasă, iar după solidificare este mai dur datorită efectului de aliere sporit.
Creşte însă fragilizarea astfel că este necesar un alt tratament pentru a elimina ceva carbon.
Chinezii au inventat procesul de încălzire a fierului turnat la 800-900 °C în aer.
Oxigenul oxidează carbonul din fierul turnat (fig.4):
O2 + C → CO2 ,
Astfel, stratul superficial este relativ mai ductil decât fierul turnat, dar mai dur decât
fierul forjat.
Fig.4. Expunerea fierului turnat în intervale diferite de timp
În India cea mai veche „înregistrare” despre prelucrarea fierului se găseşte în cartea
religioasă hindusă Rigveda (cca. 1200 Î.C.) [1].
Specialitatea casei era aici oţelul wootz : mici bucăţi de fier forjat amestecate cu
aşchii de lemn –sursă de C– erau etanşate într-un creuzet de lut şi încălzite în cuptoare mari
– oţelul era lăsat să absoarbă o cantitate mare de C [2]. Oţelul wootz era folosit ca materie
primă pentru cele mai ascuţite săbii şi pumnale. Această tehnică a fost redecoperită de
sirieni care au numit rezultatul oţel de Damasc. Celebrele pumnale de Damasc medievale
erau fabricate prin sudarea prin lovire a mai multor straturi de oţel de Damasc şi fier forjat
(fig.5).

Fig.5. Pumnal de Damasc
În zilele noastre oţelul este obţinut în furnale din minereu prin introducerea unei
cantităţi uriaşe de aer preîncălzit. Furnalele sunt alimentate cu cocs (un derivat al
cărbunelui) şi piatră de var. Rezultă blum-ul pur (exact ca cel amestecat cu zgură obţinut
din topirea cuprului de acum câteva milenii). 2 % din producţia mondială este realizată
astfel. În mare parte însă oţelul este obţinut din fierul turnat, folosind tehnici similare cu
cele chinezeşti din antichitate.
Note bibliografice
[1] Schaffer, J.P., The science and Design of Engineering Materials, McGraw-Hill,
New York, 1998
[2] Srinivasan, S., Ranganathan, S., Wootz Steel: an advanced material of the ancient
world, Department of Metallurgy, Indian Institute of Science, Bangalore,
(www.metalrg.iisc.ernet.in)
[3] ***, A Brief History of MSE, www.crc4mse.org/what/MSE_history.html.