第701章前沿技術（2）
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第701章 前沿技術（2）
關於軸承的問題，仍需要配套的磨床與加工設備，用以制造滾珠、滾針與內外圈，尤其是測量量具和熱處理工藝，尤其是熱處理與裝配工藝對軸承至關重要。
而在化石燃料驅動力與金屬切削機床成熟之前，金屬加工部分仍然只能以手工完成，即便是滾磨工作，只能以人力或是畜力、水力風力，一切可用的動力去完成。
軸承的原理很簡單，但要做好，具備最基本的周期壽命，熱處理和鋼材，都是重要很大問題。前者可以湊合，但後者湊合不起來。
去年砡工派在歲當郡發現了錳礦，無疑提供了錳鋼的可能。但直到兩月前，永興城才解決彈簧鋼材問題，為此先後調撥了十八萬貫錢，用一百斤的試驗爐煉廢一百二十多缸鐵水，才摸索出高碳彈簧鋼工藝，用於解決彈簧所需鋼材。
同時還在進行的炮鋼冶煉已經持續兩年之久，先後投入六十餘萬貫錢，至今沒有正式成果，不禁讓人感到絕望。前後試來試去，只有添加有銅鎳白銅的低銅鎳合金鋼耐受性更強，
而銅鎳白銅與銅鋅白銅、銅鋅鎳白銅，最大的區別在於銅鎳白銅質地非常堅硬，傳說中的隕鐵，本質就是一種含有鎳的鐵元素。
掌握這一規律，進行對比試驗，便可輕易篩選出只含有鎳的白銅，而無需通過金相實驗和化學試驗，再判別其是否含有鎳。
當然，如果銅鎳白銅偶爾會有其他伴生物出現，但情況較少，伴生物或是鉛、鋅，或是銀、錫，無論那種，其冶煉後的金屬標本硬度較軟，通過簡單的硬度試驗，即可篩選。
然問題卻是鎳元素密度與銅幾乎一致，且鎳金屬惰性強，無法在冶煉中通入空氣進行氧化，也無法使用炭還原原理，使之還原分離，因此也就無法通過密度法分離鎳和銅，在沒有冶煉催化劑或電解、酸解措施下，很難以冶煉手段使之與銅分離，而鎳合金與鎢化合物都有個特點，其合金的熔點較低。
鎳的熔點高於一千四百五十度，銅的熔點高於一千度，銅鎳白銅的熔點低於一千度，這意味著鎳合金的熔點比銅低。
當熔點較高的鎳，與熔點低的金屬形成合金之後，鎳銅合金的熔點隨之變低，想要通過密度溫差法提煉鎳將很困難，而鎳的密度與銅大致相當，因此單純依靠冶煉獲非常困難。
而分布於自然界的鎳礦資源百分之九十以白銅形勢存在，要獲取鎳元素，多數情況下只能用白銅，少數情況也會出現鎳銀礦，但情況並不多見。
因此當鐵水中銅含量過高時，令鋼材的耐壓性會顯著降低。但銅太少，將使得鋼材變的很硬而變脆。如果有鉻元素，可以通過調控鉻元素中和鈍化猛和鎳的硬度。
鉻元素兼具高硬度和高韌性特點，是鉛的主要伴生物，但鉻的提取極為困難，至少當下很困難，無法以傳統冶煉法分離。
而添加化學還原劑，則需要極高的溫度，將鉛和鉻分別還原，不僅推升冶煉所需的溫度和焦炭，而且鉛、鉻的蒸發氣體有毒性。
而含鉛較高的鉻元素對鋼材品質有害，百裏燕嘗試過紅鉛礦後，便放棄了使用鉻鉛的打算，仍然需要等待化工的配套發展。
在銅無法提取幹凈，而沒有鉻元素情況下，最終只能無奈以銅元素調和鎳、錳的特性。
銅是低成本煉取性能較高合金鋼的傳統替代手段，通過減少鉻的使用，添加銅元素，改善金屬材料的性能。
然而銅的性能並不如鉻元素在高級合金中的優勢，鉻元素的提取和冶煉當下十分困難，且成本高昂，以犧牲少數性能指標而降低成本，無疑是是可行的。
正如航母甲板所用鋼材，千分之三的銅含量，多不行，少也不行，就是那麽一點，才恰到好處，但要做到這個精度，金屬冶煉過程受高溫影響，金屬本身存在汽化揮發，因此千分之三的含量其實很難控制，即便是近現代，能冶煉航母鋼的國家一只手都數的過來。
於是在向鋼水中添加銅鎳白銅之前，必須先以較低的爐溫，利用礦石部分銅鎳元素分離，並未形成天然合金的特點，用鎳熔點比銅高得多的原理，將部分銅分離出白銅礦石。
由於銅鎳白銅的鎳含量少於銅，因此多數銅元素無法在自然環境下，與礦體中的鎳元素充分融合為合金，因此銅鎳白銅礦石冶煉之初通過溫度差法，將大量單晶體的銅元素剝離，而剩下的都是含鎳量較高的銅鎳合金。
此時所剩銅鎳因密度相近，原子纏繞緊密而新成的合金，在沒有電解或酸解工業化規模提取鎳的情況下，只能以化學冶煉劑還先原銅，形成銅化合物亦或者純銅。
由於銅和鎳的密度相仿，極難令鎳或銅因密度而沈澱，無法沈澱，以鎳的特性會很快與銅再次形成合金。
因此可利用鎳熔點比銅高的特性，通過降低爐溫，減少鎳的液態流動性，而銅的流動性高於鎳，此時只需打開爐門，將爐中熔融液體引出，在冶煉劑的還原分離起效，而未再次形成合金的相對時間內，卸出部分熔融液體，流的最快的會是銅，而流的最慢的將是鎳。
當爐溫降低至無法繼續提供高溫流動性時，關閉爐門，繼續回溫，爐內剩餘的大量金屬，鎳的含量將顯著提升。而爐外的銅水和鎳水會因為溫度降低與流動性的改變，形成銅和鎳的金屬固體。
兩者均含有銅鎳元素，但鎳固體的銅含量顯著會下降，而銅固體的鎳含量則大幅降低，取銅含量降低後的鎳固體回爐再煉，可逐步分離一些銅元素。
由於銅鎳合金容易形成的特點，始終無法全部分離。合金將隨著銅的不斷減少，而越發難以分離，而成本也將急劇攀升。
於是這部分的鎳和銅形成鎳含量較高的高鎳白銅，經過初級冶煉銅鎳白銅，再投入鐵水中冶煉，從而煉取銅鎳鐵基合金。
整個冶煉過程純粹只能依靠數學推算和時間掌控元素的比例和冶煉時間，最終如何取舍，如何調配配方，都需要人工試驗，以找出最佳配方。
在沒有金相試驗和實驗室設備的當下，只能以一爐一爐的原始窮舉法探尋技術規律。
這等辦法也是無奈下的土法，由於技術超前，基礎薄弱，必然導致技術跨度過大，而由此帶來的時間、金錢、失敗的風險成本成倍增加。
百裏燕以能解決問題為宗旨，在此前提下保證成本、質量以及效率的相對平衡的取舍。
當然，知識的預知性提供了對鎳、錳、銅在材料領域的預先認知，從某程度上而言，減少了必要的探索過程。
當然，如果成功，所得到的收益，將極大的超過預期，對政治、軍事、經濟領域的影響將是不可估量的。
在攤子已經全面鋪開的情況下，再上馬錳鋼探索項目，情況顯然不會太樂觀，尤其是永興城的財政支出，每年以百萬單位計算。百貨堂和永興侯府每年進項雖多，但六成以上都扔在了永興城。
此外國庫仍不充裕，錢坊剛剛盈利，鹹王並沒有投資技術研發和教育推廣的打算，而更多在指望永興城自己養活自己。
顯而易見，永興城這個下金雞蛋的母雞，每年的收益巨大，如果再讓國庫貼錢，鹹王當然是想不通的，更別說是文武百官。
當然，如果退而求其次，完全可以最低的代價，賺取最高的利益回報，攢下驚人的財富，就此做個安樂侯。
但百裏燕相信，真理永遠在大炮的射程之內，沒有軍事鬥爭準備，富足的生活都是奢談。
花費巨資攻關炮鋼，其科研意義遠大於軍事意義。籍此可以令砡工派和永興工匠明白冶金的真正意義，其二積累經驗和數據，為日後建立相關的學科和門類打下基礎，因此這筆錢和時間的花費是值得的。
而且由炮鋼冶煉過程中得出的一批的合金材料多達上百種，冶煉工藝都有完整記錄，並非一無所獲，經過篩選和剔除，完全可以選擇其中金屬性能符合其他領域需求的鋼材工藝配方。
十二月下旬，永興西城鐵水開爐，十門十六斤炮陸續下線，經過七天砂箱保溫和自然冷卻，花費四天去砂打磨探傷，探明缺陷剔除廢品，然後送入磚窯之內回火消除應力，在此之後還需露天堆放兩月，自然消除潛在可消除應力，最後進行第二次全面探傷和試炮。
通過金屬和非金屬的敲擊，辨別金屬材質不同部位的異常聲響，可以籍此大致判斷鑄件內部的鑄造缺陷和瑕疵，最大程度避免熱試炮發生事故。
而保溫冷卻、回火和自然應力消除，都是保障火炮通過全部驗收之後，降低炸膛事故的必要技術措施。
如果是近現代，完全可以使用大型鍛壓機消除材料缺陷，或是放射性探傷儀。
而事實上，當下對熱處理仍停留在金屬材質軟硬的層面，對金屬內部肉眼不可見的應力一無了解。
如長孫國早前鑄炮，都是剛剛凝固不久，炮身滾燙發紅，直接拆毀砂箱強行冷卻，冷卻後直接試炮，發生炸膛的概率也就高得多。
每門新炮出廠前，無一例外需要經過三十次預熱試炮，五十次熱試炮，五十次淋雨試炮
預熱炮是在火炮作戰前的第一次發射，是危險系數最大的發射操作，尤其是熱帶使用的火炮拉到寒帶使用，炸膛往往出現在頭幾炮的預熱。
熱試炮可檢驗火炮連續發射時的穩定狀態和極限狀態，淋雨試炮檢驗火炮惡劣條件下熱脹冷縮的耐受力。
以長孫國火炮為例，其火炮對驟冷驟熱的雨水極為敏感，炮身熱脹冷縮之間加劇材料的應力變化，高壓之下引發炸膛。
這與其冶煉工藝，以及添加有生鐵有關，其他諸侯國火炮同樣都有此種現象。為解決這一問題，長孫國的作法是加厚了火炮壁厚，並增加銅箍，以增強耐壓值。
但永興城的鋼炮對雨水浸潤的耐受性卻是要高得多，至目前為止，還沒出現冷熱不均，而導致的炸膛事故。
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關於軸承的問題，仍需要配套的磨床與加工設備，用以制造滾珠、滾針與內外圈，尤其是測量量具和熱處理工藝，尤其是熱處理與裝配工藝對軸承至關重要。
而在化石燃料驅動力與金屬切削機床成熟之前，金屬加工部分仍然只能以手工完成，即便是滾磨工作，只能以人力或是畜力、水力風力，一切可用的動力去完成。
軸承的原理很簡單，但要做好，具備最基本的周期壽命，熱處理和鋼材，都是重要很大問題。前者可以湊合，但後者湊合不起來。
去年砡工派在歲當郡發現了錳礦，無疑提供了錳鋼的可能。但直到兩月前，永興城才解決彈簧鋼材問題，為此先後調撥了十八萬貫錢，用一百斤的試驗爐煉廢一百二十多缸鐵水，才摸索出高碳彈簧鋼工藝，用於解決彈簧所需鋼材。
同時還在進行的炮鋼冶煉已經持續兩年之久，先後投入六十餘萬貫錢，至今沒有正式成果，不禁讓人感到絕望。前後試來試去，只有添加有銅鎳白銅的低銅鎳合金鋼耐受性更強，
而銅鎳白銅與銅鋅白銅、銅鋅鎳白銅，最大的區別在於銅鎳白銅質地非常堅硬，傳說中的隕鐵，本質就是一種含有鎳的鐵元素。
掌握這一規律，進行對比試驗，便可輕易篩選出只含有鎳的白銅，而無需通過金相實驗和化學試驗，再判別其是否含有鎳。
當然，如果銅鎳白銅偶爾會有其他伴生物出現，但情況較少，伴生物或是鉛、鋅，或是銀、錫，無論那種，其冶煉後的金屬標本硬度較軟，通過簡單的硬度試驗，即可篩選。
然問題卻是鎳元素密度與銅幾乎一致，且鎳金屬惰性強，無法在冶煉中通入空氣進行氧化，也無法使用炭還原原理，使之還原分離，因此也就無法通過密度法分離鎳和銅，在沒有冶煉催化劑或電解、酸解措施下，很難以冶煉手段使之與銅分離，而鎳合金與鎢化合物都有個特點，其合金的熔點較低。
鎳的熔點高於一千四百五十度，銅的熔點高於一千度，銅鎳白銅的熔點低於一千度，這意味著鎳合金的熔點比銅低。
當熔點較高的鎳，與熔點低的金屬形成合金之後，鎳銅合金的熔點隨之變低，想要通過密度溫差法提煉鎳將很困難，而鎳的密度與銅大致相當，因此單純依靠冶煉獲非常困難。
而分布於自然界的鎳礦資源百分之九十以白銅形勢存在，要獲取鎳元素，多數情況下只能用白銅，少數情況也會出現鎳銀礦，但情況並不多見。
因此當鐵水中銅含量過高時，令鋼材的耐壓性會顯著降低。但銅太少，將使得鋼材變的很硬而變脆。如果有鉻元素，可以通過調控鉻元素中和鈍化猛和鎳的硬度。
鉻元素兼具高硬度和高韌性特點，是鉛的主要伴生物，但鉻的提取極為困難，至少當下很困難，無法以傳統冶煉法分離。
而添加化學還原劑，則需要極高的溫度，將鉛和鉻分別還原，不僅推升冶煉所需的溫度和焦炭，而且鉛、鉻的蒸發氣體有毒性。
而含鉛較高的鉻元素對鋼材品質有害，百裏燕嘗試過紅鉛礦後，便放棄了使用鉻鉛的打算，仍然需要等待化工的配套發展。
在銅無法提取幹凈，而沒有鉻元素情況下，最終只能無奈以銅元素調和鎳、錳的特性。
銅是低成本煉取性能較高合金鋼的傳統替代手段，通過減少鉻的使用，添加銅元素，改善金屬材料的性能。
然而銅的性能並不如鉻元素在高級合金中的優勢，鉻元素的提取和冶煉當下十分困難，且成本高昂，以犧牲少數性能指標而降低成本，無疑是是可行的。
正如航母甲板所用鋼材，千分之三的銅含量，多不行，少也不行，就是那麽一點，才恰到好處，但要做到這個精度，金屬冶煉過程受高溫影響，金屬本身存在汽化揮發，因此千分之三的含量其實很難控制，即便是近現代，能冶煉航母鋼的國家一只手都數的過來。
於是在向鋼水中添加銅鎳白銅之前，必須先以較低的爐溫，利用礦石部分銅鎳元素分離，並未形成天然合金的特點，用鎳熔點比銅高得多的原理，將部分銅分離出白銅礦石。
由於銅鎳白銅的鎳含量少於銅，因此多數銅元素無法在自然環境下，與礦體中的鎳元素充分融合為合金，因此銅鎳白銅礦石冶煉之初通過溫度差法，將大量單晶體的銅元素剝離，而剩下的都是含鎳量較高的銅鎳合金。
此時所剩銅鎳因密度相近，原子纏繞緊密而新成的合金，在沒有電解或酸解工業化規模提取鎳的情況下，只能以化學冶煉劑還先原銅，形成銅化合物亦或者純銅。
由於銅和鎳的密度相仿，極難令鎳或銅因密度而沈澱，無法沈澱，以鎳的特性會很快與銅再次形成合金。
因此可利用鎳熔點比銅高的特性，通過降低爐溫，減少鎳的液態流動性，而銅的流動性高於鎳，此時只需打開爐門，將爐中熔融液體引出，在冶煉劑的還原分離起效，而未再次形成合金的相對時間內，卸出部分熔融液體，流的最快的會是銅，而流的最慢的將是鎳。
當爐溫降低至無法繼續提供高溫流動性時，關閉爐門，繼續回溫，爐內剩餘的大量金屬，鎳的含量將顯著提升。而爐外的銅水和鎳水會因為溫度降低與流動性的改變，形成銅和鎳的金屬固體。
兩者均含有銅鎳元素，但鎳固體的銅含量顯著會下降，而銅固體的鎳含量則大幅降低，取銅含量降低後的鎳固體回爐再煉，可逐步分離一些銅元素。
由於銅鎳合金容易形成的特點，始終無法全部分離。合金將隨著銅的不斷減少，而越發難以分離，而成本也將急劇攀升。
於是這部分的鎳和銅形成鎳含量較高的高鎳白銅，經過初級冶煉銅鎳白銅，再投入鐵水中冶煉，從而煉取銅鎳鐵基合金。
整個冶煉過程純粹只能依靠數學推算和時間掌控元素的比例和冶煉時間，最終如何取舍，如何調配配方，都需要人工試驗，以找出最佳配方。
在沒有金相試驗和實驗室設備的當下，只能以一爐一爐的原始窮舉法探尋技術規律。
這等辦法也是無奈下的土法，由於技術超前，基礎薄弱，必然導致技術跨度過大，而由此帶來的時間、金錢、失敗的風險成本成倍增加。
百裏燕以能解決問題為宗旨，在此前提下保證成本、質量以及效率的相對平衡的取舍。
當然，知識的預知性提供了對鎳、錳、銅在材料領域的預先認知，從某程度上而言，減少了必要的探索過程。
當然，如果成功，所得到的收益，將極大的超過預期，對政治、軍事、經濟領域的影響將是不可估量的。
在攤子已經全面鋪開的情況下，再上馬錳鋼探索項目，情況顯然不會太樂觀，尤其是永興城的財政支出，每年以百萬單位計算。百貨堂和永興侯府每年進項雖多，但六成以上都扔在了永興城。
此外國庫仍不充裕，錢坊剛剛盈利，鹹王並沒有投資技術研發和教育推廣的打算，而更多在指望永興城自己養活自己。
顯而易見，永興城這個下金雞蛋的母雞，每年的收益巨大，如果再讓國庫貼錢，鹹王當然是想不通的，更別說是文武百官。
當然，如果退而求其次，完全可以最低的代價，賺取最高的利益回報，攢下驚人的財富，就此做個安樂侯。
但百裏燕相信，真理永遠在大炮的射程之內，沒有軍事鬥爭準備，富足的生活都是奢談。
花費巨資攻關炮鋼，其科研意義遠大於軍事意義。籍此可以令砡工派和永興工匠明白冶金的真正意義，其二積累經驗和數據，為日後建立相關的學科和門類打下基礎，因此這筆錢和時間的花費是值得的。
而且由炮鋼冶煉過程中得出的一批的合金材料多達上百種，冶煉工藝都有完整記錄，並非一無所獲，經過篩選和剔除，完全可以選擇其中金屬性能符合其他領域需求的鋼材工藝配方。
十二月下旬，永興西城鐵水開爐，十門十六斤炮陸續下線，經過七天砂箱保溫和自然冷卻，花費四天去砂打磨探傷，探明缺陷剔除廢品，然後送入磚窯之內回火消除應力，在此之後還需露天堆放兩月，自然消除潛在可消除應力，最後進行第二次全面探傷和試炮。
通過金屬和非金屬的敲擊，辨別金屬材質不同部位的異常聲響，可以籍此大致判斷鑄件內部的鑄造缺陷和瑕疵，最大程度避免熱試炮發生事故。
而保溫冷卻、回火和自然應力消除，都是保障火炮通過全部驗收之後，降低炸膛事故的必要技術措施。
如果是近現代，完全可以使用大型鍛壓機消除材料缺陷，或是放射性探傷儀。
而事實上，當下對熱處理仍停留在金屬材質軟硬的層面，對金屬內部肉眼不可見的應力一無了解。
如長孫國早前鑄炮，都是剛剛凝固不久，炮身滾燙發紅，直接拆毀砂箱強行冷卻，冷卻後直接試炮，發生炸膛的概率也就高得多。
每門新炮出廠前，無一例外需要經過三十次預熱試炮，五十次熱試炮，五十次淋雨試炮
預熱炮是在火炮作戰前的第一次發射，是危險系數最大的發射操作，尤其是熱帶使用的火炮拉到寒帶使用，炸膛往往出現在頭幾炮的預熱。
熱試炮可檢驗火炮連續發射時的穩定狀態和極限狀態，淋雨試炮檢驗火炮惡劣條件下熱脹冷縮的耐受力。
以長孫國火炮為例，其火炮對驟冷驟熱的雨水極為敏感，炮身熱脹冷縮之間加劇材料的應力變化，高壓之下引發炸膛。
這與其冶煉工藝，以及添加有生鐵有關，其他諸侯國火炮同樣都有此種現象。為解決這一問題，長孫國的作法是加厚了火炮壁厚，並增加銅箍，以增強耐壓值。
但永興城的鋼炮對雨水浸潤的耐受性卻是要高得多，至目前為止，還沒出現冷熱不均，而導致的炸膛事故。
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