تاریخ آخرین تغییرات: 20 دی 1401
آهن فرفورژه یک آلیاژ آهن با محتوای کربن بسیار کم (کمتر از 0.08٪) در مقایسه با چدن (2.1٪ تا 4٪) است. این یک توده نیمه ذوب شده از آهن با ضخامت سرباره فیبری است (تا 2٪ وزنی)، که به آن یک “دانه” چوب مانند می‌دهد که هنگام حکاکی، زنگ زدگی یا خم شدن تا حد شکست قابل مشاهده است. آهن فرفورژه سخت، چکش خوار، انعطاف پذیر، مقاوم در برابر خوردگی است و به راحتی جوش داده میشود، اما جوشکاری الکتریکی دشوارتر است.
قبل از توسعه روش‌های موثر فولادسازی و در دسترس بودن مقادیر زیادی فولاد، آهن فرفورژه رایج‌ترین شکل آهن چکش‌خوار بود. نام فرفورژه به آن داده شد زیرا چکش‌کاری میشد، نورد میشد یا در حالی که به اندازه کافی گرم بود کار میشد تا سرباره مذاب را بیرون بریزد. معادل کاربردی مدرن آهن فرفورژه، فولاد نرم است که به آن فولاد کم کربن نیز می‌گویند. نه آهن فرفورژه و نه فولاد نرم حاوی کربن کافی برای سخت شدن با حرارت دادن و خاموش کردن نیستند.
تاریخچه نام فرفورژه
واژه فرفورژه، فرانسوی است و ماضی کهن فعل «کار کردن» است و بنابراین «آهن فرفورژه» در لغت به معنای «آهن کار شده» است. آهن فرفورژه یک اصطلاح کلی برای این کالا است، اما همچنین به طور خاص برای کالاهای آهنی تمام شده استفاده میشود، زیرا توسط آهنگر ساخته میشود. چدن برخلاف فرفورژه شکننده است و نمی‌توان آن را به صورت سرد و گرم کار کرد، چرا که چدن در صورت ضربه زدن با چکش ممکن است بشکند. در قرن‌های 17، 18 و 19، آهن فرفورژه بر اساس شکل، منشأ یا کیفیت آن با اصطلاحات مختلفی استفاده میشد.
در حالی که فرآیند تولید آهن فرفورژه، مستقیماً از سنگ معدن تولید میشد، چدن یا آهن خام مواد اولیه مورد استفاده در این فرآیند بود. آهن خام و چدن دارای محتوای کربن بالاتری نسبت به آهن فرفورژه هستند، اما نقطه ذوب کمتری نسبت به آهن یا فولاد دارند. چدن دارای سرباره اضافی هست که باید حداقل تا حدی حذف شود تا آهن فرفورژه با کیفیت تولید شود. در ریخته‌گری‌ها، ترکیب ضایعات آهن فرفورژه با چدن برای بهبود خواص فیزیکی قطعات ریخته‌گری رایج بود.
چندین سال پس از معرفی فولاد Bessemer و Hearth steel، نظرات مختلفی در مورد اینکه چه چیزی آهن را از فولاد متمایز میکند وجود داشت. برخی معتقد بودند که این ترکیب شیمیایی است و برخی دیگر معتقد بودند که آهن باید به اندازه کافی گرم شود تا ذوب شود و در نهایت جوش بخورد. از نظر تاریخی، آهن فرفورژه به عنوان “آهن خالص تجاری” شناخته میشد، اما دیگر واجد شرایط نیست زیرا استانداردهای فعلی برای آهن خالص تجاری به محتوای کربن کمتر از 0.008 نیاز دارند.
انواع آهن فرفورژه
Bar iron: یک اصطلاح عمومی است که گاهی اوقات برای تشخیص این نوع فرفورژه از چدن استفاده میشود. این معادل یک شمش از فلز ریخته‌گری شده است، به شکلی مناسب برای جابجایی، ذخیره‌سازی، حمل‌و‌نقل و کار بیشتر در یک محصول نهایی استفاده میشود. میله‌ها محصول معمولی finery forge بودند.
Rod iron: برش خورده از صفحات آهنی تخت با استفاده از یک slitting mill (یک وسیله برای برش صفحات آهنی) همچنین این نوع فرفورژه تامین کننده مواد اولیه برای تیرها، میخ‌ها و انواع سلاح فراهم می‌کرد.
Hoop iron: نوع دیگری از فرفورژه که به فارسی آهن حلقه می‌گوییند، مناسب برای حلقه بشکه‌ها که با عبور Rod iron از دستگاه‌های پرس ساخته می‌شوند.
Plate iron: ورق‌های فرفورژه مناسب برای صفحه دیگ بخار که در گذشته استفاده می‌کردند.
BlackPlate: ورق‌هایی از جنس فرفورژه و نازک‌تر از Plate iron هستند، که از مرحله نورد سیاه عبور می‌کنند.
Voyage iron: مدل دیگری از فرفورژه که شبیه Bar iron باریک و بریده شده به میله‌هایی با وزن خاص است؛ Voyage iron کالایی پرفروش در آفریقا برای تجارت بَرده در اقیانوس اطلس است. تعداد این نوع فرفورژه به تعداد 70تا در هر تن در دهه 1660 به 75 تا 80 تعداد در هر تن در سال 1685 و نزدیک به تعداد 92تا در هر تن در سال 1731 افزایش یافت.
مراحل ساخت فرفورژه با کیفیت در مرور زمان
آهن سخت: فرفورژه در ابتدا به صورت آهن سخت و نشکن بود که به علت همین سختی برای ابزار استفاده میشود.
آهن مخلوط شده: بعد‌ها با پیشرفت فناوری توانستند آهن سخت را با چدن مخلوط کرده تا ویژگی چکش خواری به آن اضافه شود و در گذشته بتوانند از آن برای محصولات بیشتری استفاده کنند.
بهترین آهن: آهن فرفورژه چندین مرحله شمع و نورد را طی کرد تا به مرحله‌ای برسد که (در قرن نوزدهم) به عنوان بهترین کیفیت شناخته میشد.
بهترین کیفیت: سرانجام در اوایل قرن بیست و یکم توسط اعضای کانون وکلای مارکدار ساخته شد و با علامت تجاری سازنده به نشانه کیفیت آن مشخص شد.
عیوب فرفورژه
آهن فرفورژه شکلی از آهن است که حاوی کمتر از 0.10 درصد کربن، کمتر از 0.25 درصد ناخالصی کل گوگرد، فسفر، سیلیکون و منگنز و کمتر از 2 درصد سرباره وزنی است. آهن فرفورژه اگر حاوی گوگرد بیش از حد باشد، در زمان حرارت می‌توانیم شکل مورد نظر خود را به آن بدهیم ولی بعد از سرد شدن با اینکه مقاومت بالایی دارد و ترک می‌خورد. همچنین در صورت داشتن فسفر بیش از حد بسیار شکننده و غیر قابل انعطاف میباشد و در قدیم از این نوع فرفورژه به علت سختی زیاد برای ابزارآلات و سلاح استفاده می‌کردند.
فسفر لزوماً برای آهن مضر نیست، آهنگران باستانی به کوره‌های خود آهک اضافه نمی‌کردند و باعث فقدان اکسید کلسیم در سرباره میشود به همین دلیل برای اضافه کردن اکسید کلسیم مجبور به استفاده از چوب با محتوای فسفر بالا در طول ذوب می‌شدند، که باعث ایجاد فسفر بالاتر (معمولا <.3٪) نسبت به آهن مدرن (<.02-.03٪) میشود.
پیدایش آهن فرفورژه
فرفورژه یک کلمه فرانسوی (Fer Forgé) میباشد که به فارسی گل نرده ترجمه میشود. فرفورژه، یعنی حالت دادن متریال آهن در قالب میلگرد، پروفیل، تسمه، ورق، لوله و… که از آنها در صنایع مختلفی استفاده میشود. حالت دادن آهن در واقع یکی از ویژگی‌های آهن فرفورژه میباشد و اکنون این ویژگی به ما در صنایع مختلف کمک بسیار زیادی میکند.
فرفورژه اولین آهن با قدمت از دوران باستان با حرارت دادن از ذغال سنگ مستقیما تهیه میشد. و در حالی که آهن هنوز گداخته بود، مخلوط آهن و سرباره موجب می‌گردد تا بتوانند بروی آهن عملیات جوشکاری و تراشکاری انجام داد. در اروپا آهن فرفوژه می‌تواند به طور غیر مستقیم از چدن ساخته شود. که یکی از پرکاربردترین روش‌های غیرمستقیم، به نام فرآیند جوش زدن توسط هنری کورت از انگلستان در سال ۱۷۸۴ ساخته شد.
فرآیند تولید فرفورژه در قرن هفدهم
تا پایان قرن هجدهم، آهن فرفورژه از سنگ معدن با استفاده از زغال چوب، با فرآیند شکوفایی ذوب میشد. فرفورژه نیز از آهن خام با استفاده از آهنگری finery forge یا در یک آتشگاه لنکاوی تولید میشد. فلز حاصل، هم از نظر شیمی و هم از نظر محتوای سرباره بسیار متفاوت با فرفورژه‌های امروزی بود.
آهنگری finery forge، آهنگری است که برای تولید آهن فرفورژه از چدن خام بوسیله کربن زدایی در فرآیندی به نام “فینینگ” استفاده میشود که شامل مایع سازی چدن در یک کوره ریزکاری و حذف کربن از چدن مذاب از طریق اکسیداسیون میشود. آهنگرهای زینتی در اوایل قرن 3 قبل از میلاد در چین مورد استفاده قرار گرفتند. فرآیند فورج ریز با فرآیند پودینگ و آسیاب غلتکی جایگزین شد که هر دو توسط هنری کورت در سال‌های 1783-1784 توسعه یافتند، اما تا پس از سال 1800 فراگیر نشدند.
فرآیند تولید فرفورژه در قرن هیجدهم
فرآیند پادلینگ اولین فرآیند در مقیاس بزرگ برای تولید آهن فرفورژه بود. در فرآیند پادلینگ، آهن خام در یک کوره طنین دار تصفیه میشود تا از آلودگی آهن ناشی از گوگرد موجود در زغال سنگ جلوگیری شود. pig iron مذاب به صورت دستی هم زده میشود و آهن را در معرض اکسیژن اتمسفر قرار می‌دهد که آهن را کربن زدایی میکند. همانطور که آهن هم زده میشود، گلوله‌های آهن فرفورژه توسط میله همزن (بازو یا میله رابل) به صورت گلوله‌ها جمع‌آوری میشود و به صورت دوره‌ای توسط پودلر جدا می‌شوند. پادلینگ در سال 1784 ثبت اختراع شد و پس از سال 1800 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. تا سال 1876، تولید سالانه آهن پادل تنها در بریتانیا بیش از 4 میلیون تن بود. در همان زمان، کوره اجاق باز قادر به تولید فولاد با کیفیت مناسب برای اهداف ساختاری بود و تولید آهن فرفورژه رو به کاهش گذاشت.
تاریخچه فرفورژه و جهان غرب
آهن فرفورژه همان «آهن» است که قرن‌هاست مورد استفاده قرار گرفته است و در طول تاریخ غرب جهان تغییر شکل داده است. فرفورژه شکل دیگری از آهن و چدن است که از زمان‌های قدیم در چین استفاده میشد، اما تا قرن پانزدهم به اروپای غربی معرفی نشد. حتی پس از شناخته شدن فرفورژه در اروپای غربی، به دلیل شکنندگی فرفورژه، میشد آن را تنها برای تعداد محدودی از اهداف استفاده کرد. در قرون وسطی، آهن فرفورژه در بلومرهایی (بلومری نوعی کوره متالورژیکی است که زمانی به طور گسترده برای ذوب آهن از اکسیدهای آن استفاده میشد.) که به صورت دستی کار می‌کردند، تولید میشد.
ماده اولیه تولید شده فرفورژه توسط کلیه فرآیندهای غیرمستقیم چدن است، که دارای کربن بالایی است و کربن بالا باعث شکنندگی زیاد میشود و نمی‌توان از آن برای ساخت سخت افزار استفاده کرد.
شروع تاریخچه فرفورژه از کشور چین
در طول سلسله هان (202 سال قبل از میلاد)، فرآیندهای جدید ذوب آهن منجر به ساخت وسایل جدید آهنی برای استفاده در کشاورزی، مانند مته بذر چند لوله‌ای و گاوآهن آهنی شد. علاوه بر این‌ها آهن فرفورژه کم کربن که توسط هوای بیش از حد تزریق شده در کوره‌های گنبدی چین باستان تولید میشود. چینی‌های باستان آهن فرفورژه را حداقل در قرن دوم قبل از میلاد با استفاده از آهنگری ظریف ایجاد می‌کردند، اولین نمونه‌های آهن فرفورژه در محل اولیه سلسله هان در Tieshengguo یافت شد.
تاریخدانان حدس می‌زند که finery forge در دوره قبلی کشورهای غربی (403–221 قبل از میلاد) وجود داشته است، به این دلیل که اقلام فرفورژه از چین مربوط به آن دوره وجود دارد. چین فرآیند ریزکاری شامل مایع کردن چدن در یک کوره ریزکاری و حذف کربن از چدن مذاب از طریق اکسیداسیون را انجام میداد که این فرآیند به تولید فرفورژه ختم میشود. همچنین شواهد تصویری از محصولات فرفورژه از یک نقاشی دیواری مقبره شاندونگ مربوط به قرن اول تا دوم پس از میلاد، و همچنین اشاره‌ای به شواهد مکتوب در متن دائوئیستی قرن چهارم پس از میلاد تایپینگ جینگ وجود دارد که نشان دهنده وجود فرفورژه در کشور چین است.
جمع بندی
ما در این مقاله به تاریخچه فرفورژه که از غرب کره زمینی و کشورهای آسیایی مثل چین سر چشمه گرفت و با پیشرفت علم و تکنولوژی تا اروپا گسترش یافت و در ادامه به انواع و کیفیت فرفورژه در طول تاریخ پرداختیم، امروزه این آهن به عنوان پرکاربردترین و لوکس‌ترین آهن شناخته میشود، از فرفورژه امروزه در بسیاری از خانه‌ها، ساختمان‌های اداری و مسکونی، ویلا‌ها، باغ‌ها و… استفاده میشود.
همچنین کاربرد فرفورژه در درب‌ها، نرده‌های راه‌پله، حفاظ پنجره، کالاهای تزیینی و بسیار از محصولات به علت دادن جلوه زیباتر استفاده میشود. در کنار همه این مزایا شما می‌توانید محصولات فرفورژه را با بهترین قیمت در متالیران پیدا کنید. در صورت اطلاعات بیشتر و راهنمایی کامل‌تر با ما تماس بگیرید.
