הרצאת מבוא
מבוא קצר לקורס ברזל
מכל החומרים שבני האדם מכירים (מעל 120 מיליון!) תופס הברזל מקום ראשון בחשיבותו. תארו לעצמכם עולם שהברזל נעלם ממנו.עולם כזה מחזיר אותנו לתקופת האבן. כל הטכנולוגיה שלנו תלויה בברזל בצורה מוחלטת. אין אפילו מוצר שימושי אחד בסביבתנו שאינו עשוי מברזל או מיוצר בעזרת ברזל. בגלל חשיבותו,פותחו במשך השנים שיטות רבות להפקה ולעיבוד הברזל. חלק משיטות אלו קלות ללמידה ושימוש (והן גם זולות) , ואותן נלמד במהלך הקורס.
מהו ברזל? ברזל הוא יסוד מתכתי נפוץ. סימנו הכימי הוא Fe ,משקלו הסגולי הוא 8. טמפרטורת ההתכה שלו היא 1600 מעלות צלזיוס , צבעו אפור והוא בעל מוליכות חום וחשמל בינונית. הוא נפוץ מאוד על קליפת כדור הארץ ומהווה את רוב גרעין כדור הארץ. ניתן לערבב אותו עם חומרים אחרים לקבלת סגסוגת.
מברזל מפיקים פלדה שהיא סגסוגת של ברזל עם פחמן. בשפת הדיבור אנחנו מבדילים בין הברזל הרך יחסית לבין הפלדה הקשה יותר. לאמיתו של דבר,כל הברזל שאנחנו פוגשים הוא פלדה שכן ברזל נקי הוא חומר רך מכדי לייצר ממנו מוצרים. העירבוב בין "ברזל" לבין "פלדה" נפוץ בכל השפות וגם אנחנו לא נימלט ממנו.
הברזל חיוני לקיום חיים בגלל יכולתו להקשר לחמצן. הוא הרכיב בדם הקושר את החמצן בריאות ומוליך אותו לתאי הגוף. חוסר ברזל נקרא אנמיה וזוהי מחלה הגורמת לעיפות כרונית.
ראשית תקופת הברזל באיזורנו ארעה בממלכה החיתית לפני כ 3000 שנה. הממצאים הקדומים ביותר הם פגיונות ותכשיטים ששרדו בקברי אצילים במצריים. תעלומה ארכיאולוגית מענינת היא השאלה איך גילו החיתים את הברזל. אין לכך עדיין תשובה.
הפקת הברזל בעולם הקדום -ועד סוף ימי הביניים נעשתה על ידי חימום ממושך של עפרת ברזל בתנור עשוי חימר, בעזרת פחמי עץ. את האש מלבים בעזרת מפוח המופעל ביד. כמות הברזל המופקת בדרך זו היא קטנה, 2-3 ק"ג בלבד, ומכאן גם מחירו היקר.
מומלץ מאוד לצפות בסרט smelting iron in Africa ביו טיוב. הסרט עוקב באופן מדויק אחרי התהליך,מיצור הפחם ועד יצור מעדר ע"י נפח מקומי.
נפחות היא הטכניקה היחידה שבה ניתן היה לייצר כלי ברזל מאז גילויו ועד סוף ימי הבינים. הנפח מחמם את הברזל בתוך כירת פחמים, אוחז בו במלקחים ומעצב אותו בעזרת פטיש על גבי סדן. הוא מלבה את האש בעזרת מפוח (מכאן נובע שם המקצוע.) החימום מחליש את החומר ומאפשר לנפח לעצב אותו כרצונו. בסיום העבודה הנפח מקרר את הברזל במים ומחזיר אותו לקשיותו המקורית. נראה שבעולם הקדום נפחות היה מקצוע מוערך למדי. נפחים מוזכרים באגדות עם וגם במיתולוגיה היוונית קיים אל מיוחד לנפחים. שמו הפייסטוס. במיתולוגיה הרומית הוא נקרא וולקן והנפחיה שלו נמצאת במעמקי הר הגעש. ניתן לחלק את עם הנפחים לשלושה סוגים:
נפחי הכפר: אחראים לרוב הטכנולוגיה החקלאית. הם מייצרים מגלים,חרמשים,פרסות, סכינים וחלקי מחרשות.,גלגלי עגלות וכו'.
נפחים עירונים: מייצרים בעיקר כלי עבודה לבעלי המקצוע השונים: פטישים וצבתות לנגרים, פטישים ואזמלים לסתתים, מסמרים, צירים ובריחים לבנאים ,מספריים, סכינים ועוד ועוד.
נפחי השליטים מתמחים בעיקר ביצור נשק: חרבות, כידונים, שריונים, קסדות וכל מה שהורג. יחודם הוא בכך שעיקר עבודתם הוא בפלדה. נפחי השליט התמחו גם בנפחות דקורטיבית. מעקות וסורגים מסוגננים הם חלק מהפגנת העושר של השלטון.
נפחות בימינו.למרות שנפחות היא נחלת העבר, היא ממשיכה להתקיים בצורות שונות. נפחות תחביבית חיה ובועטת בכל העולם. נפחות שימור מתקיימת בגלל הצורך לשמר ולתחזק בניינים היסטורים. גם התעשיה משתמשת בטכניקות נפחיות,למשל ע"י כבישת פלדה מלובנת לחלקי מכונות.
חיסום והרפיה: כשמקררים פלדה מלובנת קירור מהיר,במים או בשמן ,מתגבשים אטומי הברזל סביב אטומי הפחמן במבנה פנימי קריסטלי. מתקבלת פלדה בעלת סדר פנימי ולכן קשה יותר. התהליך נקרא חיסום. אם מלבנים פלדה ומקררים אותה באיטיות, המבנה הפנימי נשאר חסר סדר ולכן רך יחסית. הפעולה נקראית הרפיה או ריפוי.
ניתן להרפות פלדה קשה לצורך עיבוד ועיצוב ואז להקשות אותה מחדש. נהוג להוסיף לפלדה (במהלך היצור) חומרים נוספים המקנים לה תכונות מיוחדות לפי הצורך. חומרים אלו מייצרים מבנה פנימי רשתי בנוסף לגבישי ולכן גם רמת קושי גבוהה יותר.
קימים מאות סוגי פלדה. נסקור כמה מהן: פלדת מנגן היא פלדה הקרויה על שם התוסף מנגן. היא עמידה בפני מכות ולכן משמשת ליצור פסי רכבת, סדנים וחלקי מכונות . פלדת קפיצים היא פלדה פחמנית בעלת "זכרון" . היא נוטה לחזור לצורתה המקורית גם אחרי שהופעל עליה כח מכני (הלוואי עלינו). חשיבותה בבנית מכונות –עצומה. נירוסטה: פלדה שנוספו לה כ 20 אחוזי ניקל וכרום ולכן אינה מחלידה. משמשת למשל ביצור ציוד למטבח. פלדה עמידה לשחיקה משמשת לבנית מערבלי בטון ,ציוד לעבודות עפר, מחרשות וכו. פלדת כלים משמשת לבנית כלי עבודה, פלדה ימית לבנית אוניות וכו' וכו'. חשוב לזכור שיצור פלדה איננו מכוון רק ליצור פלדות קשות. בחלק מן המקרים דווקא חומר רך הוא יתרון, למשל ביצור קופסאות שימורים.
מומלץ לצפיה: Bethlehem steel ביו טיוב.תאור מרתק של תהליך יצור פלדה.
יציקת ברזל. עם גילוי פחם האבן בגרמניה בסוף ימי הביניים ,נוצרה האפשרות לחמם את הברזל לטמפרטורה של מעל 1600 מעלות ולהתיך אותו לנוזל. החומר המתקבל נקרא יצקת או ברזל יציקה. זהו ברזל שחור חסר גמישות, שביר ובלתי ניתן לעיבוד. ניתן לייצר ממנו סירים, מחבתות ותנורי חימום. גם תותחים יוצרו ממנו בעבר מאין חומר טוב ממנו.(כדאי לבקר בעכו).
המהפכה התעשיתית הוא כינוי לתהליך שהחל בסוף המאה ה17 באנגליה, והגיע לשיאו במאה ה 19 בכל רחבי אירופה וצפון אמריקה. בעיקרו זהו תהליך של הפיכת התעשיה למרכז החיים הכלכליים של העולם המערבי. התוצאות החברתיות של התהליך הן מחרידות: התפוררות החברה הכפרית, הווצרות שכונות עוני סביב מרכזי התעשיה, הווצרות תעשית העבדות והתפשטות הקולוניאליזם - בעיקר כדי לספק לתעשיה שווקים וחומרי גלם. פלדה היא החומר המרכזי שסביבו נעה המהפכה התעשיתית.
בשנת 1856 רשם הנרי בסמר פטנט מהפכני ליצור פלדה מברזל יציקה ובכך הפך את הברזל לחומר הזול והנפוץ שאנחנו מכירים. היום התעשיה מיצרת מוצרים מפלדה בעזרת מכונות מפלדה. מכרות הפחם והברזל הם מקור לעושר אגדי לבודדים ומקור סבל ומוות למיליונים. המייצג הבולט של התקופה הוא מנוע הקיטור. מפתחו העיקרי הוא גיימס וואט ב 1736. התאמת המנוע לשימוש באניות וברכבות "צימצמה" את העולם במידה רבה ואיפשרה תנועת אנשים ורעיונות מסביב לגלובוס. כמעט כל השיטות לעיבוד ברזל הן ירושה מהמהפכה התעשיתית: ניסור, קידוח , חריטה , כרסום, ליטוש ויציקה.
מומלץ לצפיה: זמנים מודרניים של צרלי צפלין.
הברזל כחומר בניה. הצורך לבנות במהירות אולמות עבודה גדולים ומוארים ללא עמודים גרם להתפתחות שיטות יציקה של קונסטרוקציות שהורכבו באתרי הבניה וכוסו בלוחות זכוכית. הבניה נעשתה מלבני חימר אדומות שגם הן יוצרו במכונות. אלו הם שלושת החידושים שהולידה המהפכה התעשיתית בתחום הבניה. באמצע המאה ה19 פותח באנגליה מלט מסוג חדש. הוא נקרא צמנט פורטלנד. התברר שלמלט זה יש מקדם התפשטות טרמית השווה בדיוק לזה של הפלדה. הדבר מאפשר לצקת בטון על גבי רשתות פלדה ולקבל חומר העמיד היטב בלחצים. זהו הבטון המזוין המשמש חומר בניה עיקרי עד היום. הבנין המוכר ביותר מתקופת המהפכה התעשיתית הוא מגדל אייפל. מומלץ לבקר בפאריס.
איפה מיצרים פלדה? בכל מקום שיש בו קירבה בין מכרות פחם למכרות ברזל. במינסוטה שבאר"הב, בשוודיה, בספרד, באוקראינה, ברוסיה, בסין, בהודו ובדרום אפריקה. זוהי תעשיה מזהמת ביותר ורוב מדינות אירופה ויתרו עליה מזמן.
מיחזור פלדה. למזלנו פלדה מתמחזרת היטב ללא הפחתת איכות. גם זו היא תעשיה מזהמת ולכן היא מתבצעת בעיקר בעולם השלישי. מיחזור אניות למשל מתרחש בעיקר בהודו ובבנגלדש במשחטות אוניות שהן סוג של גיהנום מודרני .
מומלץ לצפות בסרט the wire nest המתאר את הנעשה במשחטה כזו בממומבאי.
ברזל מהמדף: לטכניקות שירשנו מהנפחים ומהמהפכה התעשיתית התווספו מאז עוד יכולות רבות. החשמל והמחשבים שיפרו מאוד את יכולתנו ליעל ולדייק את עבודתנו. הופעת הריתוך החשמלי לסוגיו והופעת המסור החשמלי הפכו את מקצוע המסגרות למעין חייטות. חומר מן המוכן באלפי צורות מחכה לנו על המדפים במחסן הברזל. כשנדע לחתוך ולרתך אותו נוכל לצאת לדרך.
בהצלחה לכולנו!
