Кованое железо — популярный материал, используемый в декоративных и функциональных целях в различных условиях. Его темный, черноватый вид заставляет многих людей предполагать, что кованое железо всегда черное. Однако ответ на вопрос, является ли кованое железо действительно черным или нет, немного сложнее.
Кованое железо — это железо, которое нагревается и обрабатывается кузнецом или другим ремесленником для придания ему формы различных предметов. Оно отличается от чугуна, который формируется путем заливки расплавленного железа в форму. Кованое железо имеет волокнистую внутреннюю структуру из-за нагрева и ковки или изгиба в форму.
Традиционно кованое железо изготавливалось непосредственно из железной руды. Руду нагревали в печи, чтобы извлечь железо, затем кузнец обрабатывал железо, пока оно еще было податливым, для создания различных инструментов, мебели, перил и многого другого. Современное кованое железо часто изготавливается из железного лома или чугунных чушек, которые переплавляются и очищаются перед обработкой.
Кованое железо имеет низкое содержание углерода, обычно менее 0,08% по весу. Оно также содержит очень низкие уровни других примесей, таких как сера, фосфор, кремний и марганец. Этот состав придает кованому железу хорошие рабочие свойства, а также делает его устойчивым к ржавчине и коррозии.
Вот таблица, показывающая типичный состав кованого железа:
| Элемент | Вес, % |
|---|---|
| Железо | 98,82 – 99,26% |
| Углерод | 0 – 0,08% |
| Марганец | 0 – 0,03% |
| Фосфор | 0 – 0,04% |
| Кремний | 0 – 0,1% |
| Сера | 0 – 0,05% |
Как видно из таблицы, кованое железо в основном представляет собой чистое железо с очень небольшим содержанием углерода или других элементов. Это придает ему мягкую, волокнистую структуру и ковкость при нагревании и обработке.
Свежеобработанное кованое железо непосредственно из кузницы имеет темно-серебристо-серый вид. Это естественный цвет чистого металлического железа. Однако цвет быстро начинает меняться по мере взаимодействия кованого железа с кислородом в воздухе.
При нормальной температуре окружающей среды кованое железо медленно окисляется, образуя на своей поверхности тонкую пленку черного оксида железа, или магнетита (Fe3O4). Это черное оксидное покрытие со временем утолщается, темнея поверхность железа. Всего через несколько дней кованое железо приобретет матово-черный оттенок.
Таким образом, хотя необработанное, чистое кованое железо на самом деле светло-серое, черное оксидное покрытие, которое оно образует, придает ему знакомый темно-черный оттенок.
Поскольку черный цвет кованого железа возникает из-за поверхностного окисления, лежащую под ним сталь можно сохранить в ее первоначальном сером тоне с помощью химической конверсионной обработки или покрытий. Одним из распространенных методов является обработка кованого железа фосфорной кислотой. Это преобразует поверхность в черный фосфат железа, останавливая дальнейшее окисление.
Нанесение прозрачного акрилового лака или воскового покрытия сразу после фосфатирования также может защитить металл и сохранить его более светлый внешний вид после обработки. Однако большинство кузнецов позволяют кованому железу естественным образом окисляться до привычного черного цвета.
В то время как чистое кованое железо становится черным от поверхностного окисления, различия в составе могут повлиять на окончательный цвет. Сплавы кованого железа с более высоким содержанием углерода будут темнее после окисления по сравнению с чистым низкоуглеродистым железом. Другие легирующие элементы, такие как марганец, также влияют на окончательный тон.
Чугун, который имеет более высокое содержание углерода около 2% - 4%, становится более темным серо-черным при окислении по сравнению с кованым железом. Между тем, небольшое количество никеля (0,5% - 1%) в сплавах железа придает более бледный серый цвет.
Так что, хотя почти все кованое железо приобретает черный цвет поверхности, точный оттенок может варьироваться в зависимости от конкретного состава и производственного процесса.
Опытные кузнецы могут использовать тепло для изменения цвета и текстуры поверхностей кованого железа. При нагревании кованого железа образуются тонкие оксидные слои, дающие диапазон цветов в зависимости от температуры. Этот процесс называется огневым шелушением.
Вот цвета, которые можно получить при разной температуре:
| Температура | Цвет оксида |
|---|---|
| 300°F – 600°F | Бледно-желтый |
| 600°F – 800°F | Золотисто-коричневый |
| 800°F – 1000°F | Фиолетовый |
| 1000°F – 1200°F | Темно-синий |
| Более 1400°F | Черный |
Тщательно контролируя температуру, кузнец может создавать разноцветные покрытия на железе. Однако эти тонкие термические оксиды не обеспечивают защиты от дальнейшего окисления. Поэтому без герметика цвета временны и возвращаются к черному цвету по мере окисления железа.
Когда кованое железо выглядит темно-черным, а не серым, темный цвет обусловлен несколькими факторами:
Сочетание оксидов железа, карбидов железа, конверсионных покрытий и черных покрытий создает фирменный черный вид кованого железа. Хотя это и не естественный цвет, он стал ожидаемым внешним видом железных декоративных предметов и мебели.
Поскольку голое кованое железо, оставленное на воздухе, окисляется до черного цвета, многие железные детали получают дополнительную краску или порошковое покрытие. Это делается в декоративных целях и для обеспечения дополнительной защиты от коррозии.
Окрашенное или покрытое порошком кованое железо может быть любого цвета в зависимости от используемого пигмента. Черный — распространенный выбор, поскольку он гармонирует с естественным черным окислением железа. Но другие цвета, такие как зеленый, белый или бронзовый, также популярны для железной мебели, заборов, перил и произведений искусства.
Нижнее железо все равно окисляется до черного цвета, но слой покрытия скрывает это. Царапины или сколы на покрытии обнажают черную поверхность железа ниже.
В сухом виде кованое железо сохраняет свое черное оксидное покрытие и противостоит дальнейшей коррозии. Но воздействие влаги может привести к образованию красного оксида железа (ржавчины), повреждающего поверхность.
Легкая поверхностная ржавчина может лишь частично повредить черный оксидный слой, что приведет к пятнистому черному и оранжевому виду. По мере того, как ржавчина со временем проникает глубже, она может полностью заменить черный цвет на красновато-коричневые цвета ржавчины.
Сильно проржавевшее кованое железо теряет свою первоначальную черную отделку. Восстановление требует удаления ржавчины и повторного окисления или повторной полировки поверхности, чтобы восстановить черный цвет.
Хотя кованое железо ассоциируется с черным цветом, изначально оно представляет собой сероватый металл. Именно естественные процессы окисления со временем придают железу его знакомый черный оттенок. Опытные мастера могут поощрять различные временные цвета с помощью тщательной термической обработки. Но стабильный, долговечный цвет выветренного кованого железа всегда будет классическим глубоким черным.