Het smeedbare ijzer wordt uit het ruwijzer verkregen, indien men aan het ruwijzer een gedeelte van de koolstof onttrekt, het ijzer wordt hierdoor zachter en smeedbaar. Naarmate aan het ruwijzer meer of minder koolstof onttrokken wordt, verdeelt men het smeedbare ijzer in:
a. Smeedijzer
Op deze pagina zullen we het enkel hebben over smeedijzer.
Het smeedijzer heeft een lager koolstofgehalte dan het staal, het is eveneens minder hard. Men noemt een smeedbaar ijzer 'staal', indien het zich merkbaar laat harden.
Naar da wijze waarop het smeedijzer uit het ruwijzer verkregen wordt, onderscheidt men 2 soorten smeedijzer:
- 1. welijzer
- 2. vloeiijzer
Voor het verkrijgen van het welijzer uit het ruwijzer bestaan 2 methoden. Volgens de eerste en oudste methode, het frisschen, wordt het ruwijzer, nadat het met houtskool en hamerslag vermengd is, op een open haard gesmolten. Bij deze methode verkrijgt men het zeer door slakken verontreinigde welijzer in kneedbare toestand. Door het ijzer te hameren en walsen wordt het zoveel mogelijk van deze slakken gezuiverd.
De tweede, tegenwoordig de meest gebruikte methode, is de Puddel-methode.
Bij deze methode wordt het ruwijzer in een vlamoven gesmolten en, terwijl er voortdurend lucht over de gesmolten massa geblazen wordt, wordt dezemet ijzeren staven omgeroerd. Hierdoor oxideert een gedeelte van de koolstof en het ijzer. Er ontstaat ijzeroxyduloxid, dat door het omroeren met de weke ijzermassa vermengd wordt en door het in aanraking komen met de koolstof verandert in kooloxid. Het in het ijzer aanwezige silicium en phosphorus oxideert eveneens. Door hameren en walsen wordt de in de vlamoven bereide massa, de loepe genaamd, tot staven en platen uitgesmeed. Door deze bewerking wordt het ijzer van de daarin nog aanwezige slakken zoveel mogelijk gereinigd.
Vloeiijzer
Het vloeiijzer wordt niet zoals het welijzer in kneedbare maar in vloeibare toestand verkregen.
Voor de bereiding van vloeiijzer zijn zeer hoge temperaturen nodig. In het jaar 1855, slaagde de Engelsman Bessmer er voor het eerst in om vloeiijzer in grote hoeveelheden te verkrijgen. Volgens zijn methode, de Bessemer-methode genaamd, wordt het meestal reeds gesmolten ruwijzer gebracht in grote peervormige smeltkroezen (converter), deze is vanbinnen met vuurvaste klei bekleed. Door de gloeiende massa wordt een sterke luchtstroom geblazen, de koolstof en het in het ijzer aanwezige mangaan en silicium verbranden, hierdoor ontstaat een zo hoge temperatuur, dat de massa in de smeltkroes vloeibaar wordt.
Op deze wijze verkregen smeedijzer wordt daarom steeds vloeiijzer genoemd.
De vloeibare massa, welke vrij van slakken is, wordt uit de smeltkroezen in vormen gegoten. Hierdoor verkrijgt men blokken vloeiijzer, waaruit middel van walsen in gloeiende toestand, de verschillende soorten staaf-, plaat- en profielijzer verkregen worden.
De Bessemer methode wordt ook wel de zure methode genoemd, omdat de smeltkroezen van binnen met vuurvaste klei (kiezelzure kleiaarde) bekleed zijn. Uit ruwijzer, dat een hoog gehalte van phosphorus bezit, kan volgens deze methode geen bruikbaar vloeiijzer verkregen worden, daar de phosphorus in het ijzer blijft zitten. Het smeedbare ijzer wordt door een groot gehalte aan phosphorus broos, het kan, zoals men dat noemt, koud gebroken worden, het is dan in de techniek onbruikbaar.
Vele Duitse ijzerertsen bevatten tamelijk veel phosphorus.
In het jaar 1879 lukte het ene Thomas om een methode te vinden, waardoor uit het phosphorus houdende ruwijzer een bruikbaar vloeiijzer te verkrijgen. Volgens deze methode vermengt men het ruwijzer met gebrande kalk en bekleedt men de smeltkroezen (converter) met gebrande dolomiet in plaats van met vuurvaste klei, zoals bij de Bessemer methode. Dolomiet is een steensoort, die in hoofdzaak bestaat uit koolzure kalk en koolzure magnesia, dit wordt op verschillende plaatsen in Duitsland gevonden en wordt ook in de gewone bouwkunde gebruikt Door de grote hitte in de smeltkroes, welke evenals de Bessemer methode verkregen wordt, door het doorblazen van lucht, verbrandt de phosphorus en verkrijgt men calcium- en magnesiumphospaat. Deze phosphaten, welke in de vloeibare massa als slakken aanwezig zijn, scheiden zich van deze af, zij worden de Thomasslakken genoemd. Worden deze slakken gemalen, dan verkrijgt men het zogenaamde Thomas-phospaatslakkenmeel, een veel gebruikte kunstmest.
De Thomas methode wordt ook wel de basische methode genoemd, omdat de smeltkroezen van binnen bekleed zijn met dolomiet.
De derde methode, waardoor vloeiijzer verkregen wordt, is de Siemens-Martin methode. Het door deze methode verkregen vloeiijzer noemt men het Siemens-Martainvloeiijzer. Met deze methode verkrijgt men zeer goed vloeiijzer.
Volgens deze methode wordt een mengsel van ruwijzer, smeedijzer en ijzererts op de haard van een met Siemens-regeneratief gasvuur voorziene vlamoven samengesmolten. Door de verbranding van de generatorgassen verkrijgt men de vereiste hoge temperatuur waarin het ijzer vloeibaar wordt.
Bij de methode van Martin onderscheidt men de "zure" en de "basische" methode, naar gelang de oven met kiezelzure kleiaarde of met gebrande dolomiet bekleed is, bij de basische methode wordt terug gebrande kalk aan het ijzer toegevoegd.
Eigenschappen van het smeedijzer
Omdat het smeedijzer armer aan koolstof is, is het veel weker dan het gietijzer. Het smeedijzer, zowel het wel- als het vloeiijzer, gaat bij het verwarmen langzamerhand over in een kneedbare toestand, waarin het zich door hameren en walsen gemakkelijk laat bewerken en vormen, men zegt dat het ijzer smeedbaar is, daarom noemt men zowel het wel- als het vloeiijzer dikwijlssmeedijzer. Hoe rijker het ijzer aan koolstof is, des te minder laat het zich smeden, gietijzer is in 't geheel niet meer smeedbaar.
Het smeedijzer, meer in het bijzonder het welijzer, heeft de eigenschap, dat het geweld of geslacht kan worden. Worden twee stukken welijzer witgloeiend gemaakt en op elkaar gelegd, dan kunnen ze door hamerslagen tot een geheel verenigd worden, dat is geweld worden. Daar de oppervlakten der groeiende stukken spoedig door de lucht aangetast worden (oxideren), bestrooid men de welplaatsen met een zogenaamd laspoeder. Hierdoor wordt een dun laagje van slakken gevormd, dat het ijzer tegen oxidatie beschermt. Dit laagje wordt door het hameren weggeperst.
Als laspoeder gebruikt men: zand, borax, alkalin, zwaarspaath enz.
Twee aaneengewelde stukken welijzer moeten op de welplaats even sterk zijn als op de andere plaatsen. De welbaarheid verminderd, naarmate het koolstofgehalte van het ijzer toeneemt, gietijzer laat zich in 't geheel niet wellen.
De smelttemperatuur van het smeedijzer is 1400 en hoger. Dit is dus hoger dan de smelttemperatuur van het gietijzer.
Bij het verwarmen krijgt het smeedijzer verschillende kleuren, bij +/- 1300 witgloeiend, bij 1400 of hoger begint het te smelten.
De uitzettingscoëfficiënt van smeedijzer is niets groter dan die van gietijzer, zij bedraagt voor n graad 0,00001235.
Het smeedijzer is minder bestand tegen het roesten en de inwerking van zuren dan het gietijzer en wel minder, naarmate het koolstofgehalte lager wordt.