Матеріали, верстати й машинобудівна технологія

Якщо ми повернемося до 1450…1660 років, то помітимо, що більша частина машин того періоду, виготовлювалась із дерева. І цей матеріал до самого кінця ХVІІІ ст. залишався основним матеріалом для виробництва промислових машин. Метали використовувались тільки для виготовлення деталей машин, які безпосередньо сприймають навантаження, виготовлення ріжучих крайок та інше, які неможливо виготовити з неметалевих матеріалів.

Чавун

Із самого початку зародження металургії чавун виплавляли на деревному вугіллі. Тому масштаби виробництва залежали від лісних ресурсів, що стримувало розвиток металургії в ХVІ столітті.

Але з переходом у цьому ж столітті на кам’яне вугілля (патенти Сімона Стуртевента в 1612 р. і Додлі в 1619 р.) і далі на кокс (Абрагам Дарбі) темпи розвитку чорної металургії збільшились, хоч і не на багато. І тільки з 1760 року цей спосіб виплавки чавуну в Англії став переважним.

Заміна деревного вугілля коксом створювала для виплавки чавуну визначену вигоду. Далі за роками:

1748 рік. Абрагам Дарбі почав виплавляти на коксі кувальне залізо. Процес визначався складністю й малою продуктивністю.

1784 рік. Корт удосконалив спосіб Абрагама, використавши віддзеркалювальну піч, обладнану так, що метал контактував тільки з полум’ям, але не з вугіллям.

Тепер в англійській чорній металургії було все, що було потрібно для її швидкого розвитку. Виплавка чавуну пішла швидко вгору. В Англії в середині ХІХ століття було виплавлено 3 млн т чавуну, а в кінці – 8 млн тон на рік.

Таким чином, були закладені основи для розвитку залізничного транспорту, будівництва металевих корпусів для суден і створення багатьох машин, про які ми говорили раніше в нашому лекційному матеріалі.

Кування чавуну

У ці ж часи (у кінці ХVІІІ ст.) мали місце важливі події в справі створення машинного обладнання для кування й прокатки в’язкого чавуну. Габарити ковальського молота з гідроприводом, відомого ще з середніх віків, швидко збільшувались.

Зокрема:

1783 рік. Джон Вількінсон побудував свій перший паровий падаючий молот з вагою падаючих частин 7,5 тонн-сил.

1839 рік. Потужний оригінальної конструкції паровий молот було винайдено Насмітом.

1850 рік. На базі винайденого Брамом в 1796 році гідравлічного пресу був створений ще більш потужний ковальський молот.

Прокатка чавуну

У Німеччині невеликі прокатні валки з гідроприводом використовувались для опорядження поверхні поковок ще з початку ХV ст..

Особливо цікавими є роки:

1745 рік. Швед Польхельм створив жолобчасті валки для прокатки штабового чавуну.

1785 рік. Англієць Корт винайшов прокатний стан для виробництва листового або профільного заліза безпосередньо зі зливка без попереднього його оброблення.

1796 рік. Вількінсон був першим, що обладнав прокатний стан паровим приводом.

Сталь

Машини, що з’явились у кінці ХІХ століття (електрогенератор, парова турбіна, двигун внутрішнього згорання, автомобіль і т.п.) могли бути виготовлені із сталі – високоміцного матеріалу.

Для того, щоб використати сталь як конструкційний матеріал, її потрібно було виплавляти з меншими витратами й у достатній кількості.

Хронологія розроблення виробництва сталі:

1856 рік. Генрі Бесемер першим відкрив таку можливість. Він винайшов спосіб перероблення чушкового чавуну в сталь шляхом випалювання з нього домішок за допомогою повітряного дуття в особливій печі, яку стали називати бесемерівським конвертором.

60-ті роки ХІХ століття. Сіменс і французький металург Мартен розробили „мартенівський” спосіб сталеваріння. Піч, в якій сталь одержували шляхом переробки чавуну на підлозі в регенеративнім полум’ї. По прізвищу Мартена називають широко розповсюджені у наші часи сталеплавильні печі й сам процес одержання сталі. Мартенівський спосіб сталеваріння забезпечував одержання сталі при більш контрольованому режимі й кращої якості, ніж бесемерівський спосіб.

1871 рік. Муше винайшов інструментальну сталь, леговану вольфрамом, ванадієм і марганцем, що дозволило обробляти сталь з високими швидкостями різання.

1875 рік. Джілкріст і Томсон розробили „основний” процес, що дозволяв перероблювати більш доступні залізні руди з високим вмістом фосфору, що дозволило подвоїти світові виробничі потужності з виплавки сталі.

1882…1888 рр. Хадфід і Шнейдер винайшли інші сталі.

1898 рік. Тейлор і Уайт винайшли швидкорізальну інструментальну сталь.

1913 рік. Гаррі Брійрлі винайшов нержавіючу сталь.