سلطنت فولاد

هنگامی که استعمال فولاد در جهان متداول شد پیشرفت اقتصادی قرن نوزدهم نیز شروع شده بود و آنگاه که استعمال مبدل بسمر در همه ی ممالک معمول شد لوکوموتیوها در تمام اروپا حرکت می کردند و کشتی های بخار با چرخهای پره دار کم کم جای خود را به کشتی های پروانه ای می دادند. از آنجا که همه ی ماشین ها با فولاد ساخته می شد، هر روز به کارخانه های فولاد ریزی تقاضای بیشتری می رسید و از آنها انتظار ساختمان اجسامی با ابعاد بزرگتر داشتند. از دوران عتیق تا آن روز، فلز، اعم از آهن یا فولاد، به مصرف تهیه ی اجزاء ماشین بخار، ادوات لوکوموتیو و پروانه ی کشتی های اقیانوس پیما نیز می رساندند.
تهیه ی این آلات مدت های مدید در کوره های کوچک و با پتکهایی که به قدرت بازوی آدمی حرکت می کردند انجام می گرفت و از قرون وسطی به بعد انرژی سقوط آب را به این منظور مورد استفاده قرار دادند. اما کم کم دوران ایجاد قطعات عظیم رسید و از جمله پروانه ی کشتی ناپلئون (سال 1852) 5 متر و هشتاد سانتیمتر قطر داشت و می بایست کوره های آهنگری که متناسب با ابعاد این اشیاء باشد ایجاد کنند.
قدرت ضرباتی که بر اشیای کوبیدنی وارد می شد بستگی با وزن پتک داشت و آن نیز متناسب با بازده ضعیف انرژی سقوط آبشارها اختیار می شد. از آنجا که در غالب موارد توانسته بودند ماشین بخار را جانشین انرژی آبشارها سازند پس به چه دلیل به فکر نیفتادند که پتکی ایجاد کنند که حرکت آن به کمک ماشین بخار انجام گیرد؟
حقیقت آن است که فکر ایجاد چنین پتکی در سال 1784 به نظر جیمز وات رسیده بود. از آن پس هموطن او ویلیام دورل William Deverel در سال 1806 و مخترع فرانسوی فرانسو آکاوه francois cave، که در پاریس به ساختن لوکوموتیو اشتغال داشت، در سال 1836 فکر او را از سر گرفتند و درصدد اجرای آن برآمدند، اما چنین به نظر می رسید که هیچ یک از این دو نفر در این راه پایداری نکردند. تاریخچه ی صنعتی این موضوع به واقع از سال 1838 شروع می شود که مدیر یکی از کارگاههای کارخانه ی کروزو Creusot در فرانسه، نمونه ی کوچکی از پتک ماشینی را که ساخته بود به رئیس کارخانه ی اوژن اشنایدر عرضه کرد.
این رئیس کارگاه مهندسی بود به نام فرانسو آبوردون Francois Beurdon (1797-1856) که در انگلستان و امریکا با فنون جدید آشنایی یافته بود.
بسا ممکن است که بوردون بعد از این دوران شاگردی فکر ایجاد پتک ماشینی را از مغز خود خارج کرده باشد. و نیز ممکن است که وی این فکر را از یکی از مهندسین اسکاتلندی، که سابقاً کارخانه های او را در منچستر بازدید کرده بود، اقتباس کرده باشد. زیرا از سال 1844 به محض اینکه پتک ماشینی بزرگ کارخانه های کروزو، که وزن 3000 کیلوگرمی آن از ارتفاع دو متر سقوط می کرد، شروع به کار کرد، مهندس اسکاتلندی با شدت و حرارت شروع به اعتراض کرد و خویشتن را در اختراع آن متقدم دانست.
این مهندس جیمز ناسمیث James Nasmith نام داشت ( 1890-1808) و از بسیاری لحاظ مردی عجیب بود. ابتدا و قبل از همه چیز، استعداد او در مکانیک عملی سزاوار تمجید است زیرا وی در خدمت هنری مائودسلی که سابقاً از او گفتگو کردیم شاگردی کرده و مهندس شده بود. پتک ماشینی او بدون تردید بر آنکه بوردون ساخته بود مزیت بسیار داشت و مثال زیر دقت آن را به ما معلوم می دارد: «یک روز، ضمن آزمایشی که به طور رسمی از این دستگاه به عمل می آمد، ناسمیث یک گیلاس شامپانی بر روی سندان گذاشت و در آن تخم مرغی قرار داد و آنگاه پتک را با چنان طمأنینه ای پایین آورد که پوست تخم مرغ شکسته شد، اما به گیلاس خدشه ای وارد نشد» آنگاه قطعه ای از آهن به وزن سی تن را که در کوره تفته کرده بودند بر روی سندان نهاد و پتک 2500 کیلوگرمی را با سقوط آزاد رها کرد (1)...»
و هر کس خوب درک می کند که در نتیجه ی برخورد این دو جسم عظیم فنجان های چای در فاصله ی 500 متری از کارخانه، به لرزه در آمدند!
نکته ی دیگری که ناسمیث را مورد توجه ما قرار می دهد آن است که به محض اینکه، از برکت پتک ماشینی خود و نیز در نتیجه ی اختراع نوعی چکش بخار که برای کوبیدن تیر در زمین به کار می رفت، صاحب ثروت سرشاری شد، مطلقاً کار صنعت و معاملات را به کنار گذاشت و مابقی عمر را با فراغ خاطر صرف دانش نجوم کرد... این استاد فلزکار به راستی مرد عاقلی بود: بعد از آن که از فعالیت در کارخانه هایی که پر از ماشین و سروصدا بود کنار گرفت، دستور داد که رصد خانه ای برایش به پا کردند و با دقت بسیار به مطالعه در حرکات ماه پرداخت.
پتک ماشینی به زودی تبدیل به وسیله ی اساسی کارگاههای عظیم آهنگری شد، اما طولی نکشید که در مجاورت آن رقیب جدی و مبارزی شروع به فعالیت کرد. زیرا در سال 1861 هاسول Haswell انگلیسی اولین ماشین فشار هیدرولیک را ساخت و تأثیر این دستگاه چنان بود که در مواردی می توانست فشاری برابر 15000 تن اعمال کند.
مسلماً صنعت فقط اکتفا به این ماشینهای عظیم نمی کرد، زیرا در مقام عمل آنچه که مورد احتیاج بود منحصر به ساختن پروانه ی کشتی یا قطعات لازم برای لوکوموتیو نمی گردید. اهل صنعت در عین حال احتیاج به اوراق فلزی، به میله های آهنی و فولادی، به سیم، به رایل و میخهای دو گوشه پرچ و غیره داشتند. برای رفع این احتیاجات از مدتها قبل ماشین های ورقه کردن فلزات و ماشین های حدیده را آماده کرده بودند. اما در ضمن اجرای سفارشات لازم گردید که این ماشین ها را به صورت متفاوت در آورند، با احتیاجات تطبیق دهند، قدرت آنها را زیاد کنند، تا بتواند قطعات عظیم فولاد را پیش بکشد و آن را تبدیل به یک سلسله محصولات متفاوتی سازد که مورد احتیاج اهل صنعت بوده است.
در حقیقت از مدتها قبل ماشین های ابزار زاد و ولد بسیار کرده و صورتهای مختلف پیدا کرده بودند. گردونه ی قدیمی و ماشین تراش اصلاح شد و تکمیل گردیده بود و اکنون گردونه ی جدیدی به نام گردونه ی رولور به کار می بردند و اختصاص آن این بود که می توانستند یک سلسله ابزارهای مختلف، و با موارد استعمال متفاوت را سوار کنند که موجب سهولت بسیار در انجام کار می شد.
دستگاه تراش فلز، اره های مدور، دستگاههای سوراخ کننده ی فلز، رنده های مکانیکی، دستگاه مجوف کننده ی لوله ها و دستگاههای صیقل دهنده همگی به وسیله ی تسمه های متحرک به کار می افتادند و مجموعه ی این تسمه ها متصل به محوری می شدند که برای هر کارگاه منحصر به فرد بود و خود آن به کمک ماشین بخاری حرکت می کرد.
اختراعات مهمی که به تدریج در این عهد انجام گرفت بی شمار است: گال Galle فرانسوی در سال 1829 زنجیرهای مدور با حلقه های مفصل دار را ساخت: کولت Colt امریکائی در سال 1831 رولور Revolver را اختراع کرد، ماشین محاسبه در سال 1834 به وسیله ی بابیج Babbage انگلیسی درست شد، توپ های جدید با لوله های خان دار که پر کردن آنها از طرف کولاس انجام می گرفت در سال 1835 به وسیله ی مون تینی Montigny بلژیکی ابداع شدند، آلات جدید جنگ که از فولاد مذاب می ریختند. در سال 1844 درکارخانه های کروپ به وجود آمدند؛ آسانسوری که با نیروی آب کار می کرد در سال 1854 بدست اوتیس Otis ساخته شد؛ قفل اطمینان در 1855 به وسیله ی ییل Yale اختراع شد؛ آرمسترونگ Armstrong انگلیسی در سال 1860 توپ و برج کشتی را ابداع نمود. تفنگ گراس Gras در سال 1874، توپخانه ی بانژ Bange در سال 1876، میترایوز Mitailleuse، ماکسیم Maxim در سال 1833 و تفنگ مائوزر Mauser در سال 1898 اختراع شدند.
در این مقام فقط به اختصار از شروع فعالیت کشتی های زره دار گفتگو می کنیم: در واقع در سال 1860 هنگام جنگهای داخلی ممالک متحد امریکا بود که زره دار مونیتور Monitor متعلق به شمالیون، بعد از مبارزه ی شدیدی دشمن جنوبی خود مریماک Merrimac را نابود ساخت.
اگر بخواهیم نام تمام اختراعاتی را که از اواسط قرن نوزدهم در نتیجه ی اشاعه ی فولاد میسر گردید و همه ی موارد استعمالی را که این فلز یافت در اینجا ذکر کنیم، مجبور خواهیم شد که تمام موجودی کاتالوگ کارخانه های مهم فلز سازی را عیناً در این کتاب نقل کنیم. اگر چنین تحمیلی را بر خواننده ی این کتاب روا نمی داریم ما را عفو خواهند فرمود، لیکن لازم می دانیم که دو ابداع مهم و اساسی را در این مقام متذکر شویم که در واقع تمام مکانیک دقیق عصر حاضر، از موتور هواپیما گرفته تا ماشین تحریر، مرهون آن می باشد.
شرط اصلی تولید صنعتی عبارت از ایجاد محصولات هم شکل و یکسان می باشد. از قدیم می دانستند که محصول در صورتی به فراوانی تولید می شود که تهیه ی آن را به ماشینی واگذارند و ماشین مزبور محصولات را با قالب و قواره ی واحدی تحویل دهد و نیز مطلع بودند که اسبابهای یدکی ماشین ها را در صورتی می توان به جای هم به کار برد و یا قطعات خراب شده را عوض کرد و قطعه ی دیگری جانشین آن ساخت، که همه ی قطعات مشابه مزبور به طور دقیق، مساوی و یکسان ساخته شوند. به همین دلیل به تدریج که ماشین ها در همه جا رواج می یافتند مجبور شدند که هر قدر که ممکن است در سوار کردن آنها دقت بیشتری به کار برند. ساختمان ماشین های بخار و توپها، به خصوص، صاحبان کارخانه ها را وادار ساخت که در صحت ابعاد آنچه می سازند تا حدود اجزای میلی متر دقت به کار برند. به همین دلیل بود که فلز کار انگلیسی وایت ورث Whit Worth در حدود سال 1856 یک سلسله اسبابهای اندازه گیری تا حداکثر دقت ممکن برای تعیین ابعاد اجزاء ماشین ها به وجود آورد. اما تهیه ی محصولات یکسان و هم شکل جز در اواخر قرن نوزدهم به وضع مؤثر و کاملی انجام نیافت و آن هنگامی بود که مؤسسات مترولوژی Metro logie، از قبیل شعبه ی فنی توپخانه در پاریس، به ساختمان نمونه های قطعی برای واحدها طول اقدام کردند و صنعتگر سوئدی یوهانسون Johansson در سال 1910 نمونه ی واحد طولی ساخت که اشتباه آن در هر دسیمتر از یک هزارم میلی متر تجاوز نمی کرد.
اما ابداع دیگری که باید به افتخار قرن نوزدهم ثبت شود و در دوران ما در همه ی شعب صنایع مکانیکی اهمیت اساسی پیدا کرد مربوط به نکته ای است که در سال 1865 مورد توجه مهندس انگلیسی رابرت موشت Robert Mushet واقع گردید. این شخص در کارخانه های فولاد سازی شفیلد کار می کرد و روزی متوجه شد که بعضی از آلات برنده ای که در این کارخانه تولید می شوند بهتر از بعضی دیگر هستند: این آلات آنهایی بودند که در فولادشان برحسب اتفاق، یا کم و بیش برحسب اراده ی سازندگان مقدار ناچیزی تونگستن Tungstene و منگنز وارد شده بود و درمقابل هوا آبداده شده بودند.
در سالهای بعد از آن بسیاری از فلز کاران این نمود را برای اصلاح کیفیت محصولات خود مورد استفاده قرار دادند. آنگاه در سال 1888 نکته ی مزبور رسماً در تولیدات صنعتی مقام گرفت. زیرا در همین سال استاد فلز کار انگلیسی رابرت هادفلد Robert Hadfield (1858-1940) اصل تهیه ی «فولادهای مخصوص» را از آن نتیجه گرفت. این شخص فولاد منگنزدار تهیه کرد که اختصاص آن سختی و مقاومت بسیار در مقابل سائیده شدن است و بنابراین به خصوص برای تهیه ی ریل های راه آهن مناسب می باشد، و نیز فولادهای سیلیسیوم را شناساند که از سال 1903 به خصوص مورد استفاده صنعت الکتریک قرار گرفت و به وفور استعمال شد.
پیرو این شخص بسیاری دیگر از اهل فن کوشش کردند که بر فولاد، کروم Chrome، نیکل، وانادیوم Vanadium، کبالت و غیره اضافه کنند و به این طریق آلیاژهایی با خواص متفاوت به دست آورند.
هاری بررلی Harry Brearley انگلیسی فولاد کروم دار را اختراع کرد که موجب پیدایش کاردهایی شد که زنگ نمی زنند و همه ی زنان خانه دار نسبت به او حق شناس هستند. شارل ادوارد گییوم Charles- Edouard Guillaume سوئیسی (1938-1861) با افزایش نیکل بر فولاد دو فلزیکی به نام انوار invar (1897) ساخت که تحت اثر حرارت انبساط نمی یابد و دیگری به نام النوار Elinvar (1920) که خاصیت ارتجاعی آن با حرارتش وابسته نیست. آنگاه با افزایش نیکل و کروم، در عین حال، بر فولاد انواع فولادهایی را به دست آوردند که در مقابل حرارتهای شدید مقاومت می کنند و امروزه در ساختمان محصولات شیمیایی و مخصوصاً در تهیه ی توربین موتورهایی که با خاصیت عکس العمل کار می کنند مورد استعمال فراوان دارند. بالاخره اگر امروزه دیگهای گرم قدرت مقاومت در مقابل فشاری معادل 70 کیلوگرم بر هر سانتیمتر مربع و حرارتی معادل 500 درجه را دارند، این ترقی را مرهون فولادهای مولیبدن Molibdene هستند و حال آنکه تا 50 سال قبل از این متوسط فشار 12 کیلوگرم بر هر سانتیمتر مربع و 250 درجه بوده است.
شاید بیهوده نباشد که در این نکته اصرار ورزیم که در ادوار اخیر تاریخ فلز کاری، صورت تجسسات علمی و فنی در این رشته کاملاً تغییر کرده بود. دیگر جایی برای امثال بسمر وجود نداشت که وقت خود را صرف اختراعات اتفاقی و عجیب می کردند و مابین دو اختراع از نوع مزبور درصدد تجسس به منظور اصلاح صنعت فلزکاری برمی آمدند. ترقیات اخیری که حاصل شد همه به دست دانشمندان انجام گرفت. کار خانه ها همه بالاخره برای خود آزمایشگاهی ترتیب دادند و در این آزمایشگاهها جستجوی بهترین روش ها و تهیه ی محصولات جدید را به دست دانشمندان و شیمی دانهای واقعی سپردند. برای ما امکان ندارد که در این جا صورتی از این دانشمندان و فتوحات درخشان ایشان به دست دهیم، لیکن مطالعه در تاریخچه ی این اکتشافات معلوم می دارد که قسمت اعظم دانش عصر به نام متالوگرافی Metallographie بر اساس تدقیق میکروسکوپی در ساختمان ذره ای فلزات به وجود آمده است و بر ما واجب است که نام دو دانشمند را که ایجاد کننده ی این دانش می باشند در اینجا ذکر کنیم: یکی از آنها دانشمند فرانسوی فلوری اوسموند Floris Osmond (1851-1914) بود که در کارخانه های کروزو کار می کرد و دیگری عالم انگلیسی هنری سوربی Henry Sorby (1826-1908) که در آزمایشگاههای شفیلد به تجسس مشغول بود.

پی نوشت ها :

1- رجوع شود به مقاله ی ژبو آیه J. Boyer در مجله ی «لاناتور» شماره ی 15، دسامبر 1947.

منبع: روسو، پی یر، تاریخ صنایع و اختراعات، حسن صفاری، تهران: امیر کبیر، چاپ هشتم، 1390.