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    待到皇帝离开之后,徐乐池仿佛打开了新世界的大门,他迫不及待的通宵投入研究工作之中。

    首先他要解决的难题,就是用于制作蒸汽机的钢材。

    之前模型机用的是“炒钢法”铸造,其实,还有另一种冶炼技艺,“灌钢法”。

    灌钢法,发明于东汉末年,即,将生铁(含碳量>2.1%)与熟铁(含碳量<0.02%)混合,并加热到生铁熔点之上,相互熔融混合成为“钢”。

    这样冶炼出来的钢,硬度和韧性平衡,在现代学术名为高碳钢。

    “灌钢法”的横空出世,让中原冷兵器遥遥领先全世界一千多年,17世纪以前,世界各国仍然使用的熟铁低温冶炼的办法。

    这就是为什么,中原王朝一直压着草原政权虐杀的根本原因。

    不管是硬度还是韧性,或者锋利程度,用“灌钢法”制造出来的武器,在对拼中占据极大的优势。

    “灌钢法”从东汉末年,发展到明朝,技术已经相当进步。

    在宋朝,就出现了两种不同的工艺。

    例如生铁陷入法、生铁覆盖法,在《天工开物》中有详细的记载。

    到了明朝中期,更是发明出“生铁浇淋法”,即“待其极熟,生铁欲流,则以生铁于‘熟铁’上,擦而入之。”

    由于是江苏工匠所创,因此又被称之为“苏钢”。

    “生铁浇淋法”,即便到了现代,1956年炼钢厂依旧采用类似操作。

    就明朝炼制出来的钢强度,西方要到18世纪中期才追得上,而蒸汽机出现在17世纪末。

    知道早期蒸汽机,为什么无法大范围铺设应用吗?

    因为他们只能用落后的“炒钢法”锻造出来的熟铁,以此制作成蒸汽机。

    熟铁有个严重问题,因为熔点高(1538°c),而生铁的熔点(1130-1200°c)又太低,极大的增加了锻造难度,成本实在太高了。

    最初的蒸汽机,只能在工厂中使用,而且体型巨大。

    为了寻求突破,法拉第只能日以继夜的研究乌兹钢。

    虽然最终没能造出乌兹钢,不过摸索出了高碳钢的冶炼方法,再次完善了坩埚炼钢法。

    而华夏,早在东汉时期就已经知道利用“灌钢法”冶炼更先进的高碳钢了。

    所以,你还觉得明朝时期的冶炼工艺,很落后吗?

    所以,你还认为,在明朝制造蒸汽机,最大的困难是钢铁强度吗?

    真正受钢铁强度制约发展的,应该是机械镗床和火器的发展。

    .......

    在制作蒸汽机模型机的时候,工部里熟练“灌钢法”的老工匠请假还乡了。

    徐乐池当初向皇帝表述的工艺难题是,熟铁锻造有点麻烦,并非钢材强度不够,或者耐热不行。

    那么问题来了,用“灌钢法”锻造出来的高碳钢,能用来制造蒸汽机吗?

    答案是肯定的,当然可以。

    但是,从现代回来的朱祁钰却知道,高碳钢虽然在常温下很硬,但是一旦温度到达200c就不行了。

    所以第二代蒸汽机在工作一段时间后,不得不熄火降温。

    改善钢材最好的办法,就是将多种金属材料混合制作成合金。

    朱祁钰将这个想法告知徐乐池,是希望对方能广开思路。

    科学的进步,需要日复一日的实验探索。

    如果徐乐池真的研究出来合金的冶炼方法,那么火器的威力也能极大增强。

    徐乐池本来就是一个犟种,他如果要做,就必须做到极致。

    哪怕他刚进工部时是个菜鸟,依旧能在一年时间内,成长为技术工匠。

    事实证明,放弃学医,干什么都会成功。

    弃医改行这条赛道强得可怕!

    徐乐池让人找来多种矿石,像炒菜一样,将其添加进铁水中炼制,每出现一个样品,都会做详细的记录。

    就这样,一个月时间过去了。

    工部外围的废铁早已堆积成山。

    徐乐池双目通红,他懊恼的扯了扯头发,发现手中攥住一束发丝,拿起铜镜的时候,他愣了愣。

    他变秃了,也变强了。

    在日以继夜的加班研究中,一次巧合,他将铸铁与钨矿石合体,竟然意外的冶炼出钨钢?

    钨钢,又名高速钢,这是一种绝佳的刀具钢材,以耐高温、硬度极强着称。

    即便刀片旋转切割至火红,依旧强度不减。

    在研究过程中,因为有些矿石的熔点极高,其他工匠不得不想方设法的改造锅炉,提高燃烧温度,调配风箱。

    牵一发而动全身,一项科技研究,会带动其他科技的发展。

    .......

    很快,三个月过去了。

    徐乐池暂时没有发现第二种合金,他只能放弃。

    于是,他开始投身于另一项工程。

    “先前陛下曾说过,掏空打孔不一定非要人力。”

    “那,不用人工,该用什么呢?”

    下雨了——

    徐乐池和多名工匠抓耳挠腮的坐在屋檐下。

    这个科研小组一共有二十人,都是大明全国159府中最出色的民间打铁匠,被朝廷高薪聘请的。

    徐乐池并非一个人在战斗。

    因为月俸给得出乎意料的高,因此这帮铁匠干得特别起劲,动力十足。

    他们的工资,甚至能比肩朝廷二品官员。

    如果放在过去,你跟我说,地位卑微的打铁匠能赚那么多钱?鬼才信。

    突然,其中一名铁匠激动的指了指地面。

    “徐侍郎,你看!”

    “???”

    徐乐池顺着对方所指望去,只见一滴滴雨水落入了小坑中。

    “什么意思?”

    “水,水滴石穿!”

    其他工匠听闻后,当即眼神一亮。

    对哦,可以利用水排,尝试驱动机械打孔。

    水排,在建武七年(公元31年)由杜诗所创,比西方早了一千多年。

    最初运用于炼钢鼓风器,利用水力通过曲柄连杆机构将回转运动,转变为连杆的往复运动。

    这是一项汉人的伟大发明,在机械工程史上,划上了浓墨重彩的一笔。

    因为最初的鼓风装备多为人力,后来发展成用马驴等牲畜。

    徐乐池不顾大雨滂沱,直接跑出去。

    “走,我们跟上!”

    “徐侍郎,撑伞呀,小心风寒。”

    在此之前,没有想到用水排,是因为两者根本不搭边。

    现在有了思路,徐乐池赶紧寻找顺天府境内湍急的河流。

    问题来了,他发现动力不够。

    于是,又安排下属在工部搭建出人工河流。

    其中一名擅长制作机械装置的工匠,绘制出图纸,三日后,一台崭新的铁制机械,出现在众人面前。

    实验证明,水排确实可以应用于打孔,还能通过控制水流速度,来控制机械的快慢开停。

    不过徐乐池又发现了新的问题,刀具的制作,应该用什么金属呢?

    生铁太脆,熟铁难以定型。

    没办法,他们只能将目光放在新式合金上,惊喜发现,居然是最匹配刀具的金属?

    镗床的问世,让大明的工业进程,又迈了一大步。

    最先解决的难题是,枪炮的制造。

    在过去,枪管和炮管的内部膛线,都是人工刻画的。

    如今有了镗床,更省时省力之外,还能提高质量。

    “真是一件完美的艺术品呀!”

    徐乐池和二十名铁匠,目光灼灼的盯着镗床。

    这是诞生在他们手中的智慧结晶!

    ......

    花费了整整三个多月的时间,徐乐池终于解决了当时提出来的两大难题。

    接下来,便是用最新工艺,制作第六代蒸汽机模型机。

    考虑到工作时的耐热性,于是用钨钢制作机身,尽管钻孔打磨费了些时间,好歹是完成了。

    不过,徐乐池他们很快就发现第三个难题。

    蒸汽机无法实现长时间的往复运动,听到奇怪异响后,就会渐渐停下来。

    “究竟是哪里出现问题呢?”徐乐池环绕四周,低头认真查看。

    因为镗床的诞生,气密性得到极大的改善。

    那徐乐池他们,能理解蒸汽机是怎么产生往复运动的吗?

    当然可以。

    蒸汽机的动力原理,与双腔风箱的工作原理类似。

    其中最关键的一个配件,就是换向阀,正是有了这玩意,才能实现双向两冲程。

    当高压蒸汽进入气缸后,会推动气缸活塞向右运动,活塞就会通过曲轴连杆结构使飞轮旋转。

    而飞轮的旋转又会带动连杆,使得内部换向阀从右到左运动。

    如此一来,换向阀会阻止高压蒸汽的进入,同时气缸内部的进气口和排气孔形成通路,使气缸的蒸汽从排气孔排出,同时释放气缸内的压力。

    《天工开物》记载有一种炼铁炉,是通过并联风管与手动挡板调节气流分配。

    这不就是与蒸汽机相类似的工作原理吗?

    早在汉朝时期出现的双作用皮橐,通过推拉活塞交替开启左右风道,实现连续送风,运用的正是单向阀。

    所以,理性思考后,不禁要问。

    华夏古代在明朝之前,明明就已经诞生出蒸汽、双腔风箱、换向阀、活塞运动、高低气压、齿轮、弹簧、曲杆连轴等等科学技术。

    但是,偏偏就是没有整合出来蒸汽机呢?

    为什么呢?

    真的很令人费解。

    .......

    徐乐池与二十名铁匠展开激烈的讨论。

    “目前来看,气缸的密封是没有问题的,方才我观察过,并没有漏气。”

    “那为什么不能长久进行往复运动呢?”

    “呃,我个人觉得,会不会是气(压)力不够?”

    徐乐池点点头:“有可能。”

    “来来来,我们再试几次。”

    徐乐池在一旁记录着实验数据,他发现,再次启动后,蒸汽机就会不可避免的发出异响,随后动作渐渐缓慢停止,比先前的运动时间还要短!

    “刺耳的响声,你们听出来是源自哪里的吗?”

    “应该是内部。”

    “没错,我也觉得是里面,仿佛有什么阻碍。”

    将蒸汽机拆解之后,众人震惊的发现,装在活塞顶部的木头,膨胀变形了。

    “原来是它!”

    由于他们思维固化,还是用的双作用皮橐里面活塞材质,也就是木头。

    完全没有考虑到,在高温的作用下,木头是会热胀冷缩的。

    “不行,必须换种材质!”

    “那应该用什么?”

    “橡实子?”

    他们口中的橡实子,便是天然橡胶,一种从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工而成的材料。

    “有没有橡实子?”徐乐池环顾一周,问道。

    “工部什么没有啊?”

    “快,拿过来,装上去。”

    很快,一坨橡胶在工匠细致入微的分割下,被安装在活塞顶部。

    徐乐池用手抽动尝试一番,明显发现压强更甚,不禁脸色一喜。

    将木头替换成橡胶之后,蒸汽机的运动速度明显更快!

    惊讶的是,持续时间竟然也变久了?

    然而,三刻钟后,居然再次停止运转?

    众人将蒸汽机拆解,发现气缸内部的橡胶已经融化,怪不得会把活塞运动卡住。

    天然橡胶的熔点很低,通常在60c左右。

    而蒸汽机在工作室,内部温度通常维持在100c-250c之间。

    徐乐池懊恼的摇摇头,满脸失望:“橡实子不行。”

    而这时,却有另一名工匠,提出一个灵魂拷问。

    “橡实子早已融化,为何蒸汽机还能保持运动?”

    这句话,顿时引起众人深思。

    徐乐池自顾自的喃喃道:“或许,我们都错了,小看了蒸汽的力量。”

    活塞,根本不需要别的添加物,哪怕是纯金属,也能正常运动。

    为了验证这个想法,第三次改造模型机后,直接什么都不装。

    果然,成功了!

    只要蒸汽不断,机械就能无休止的保持运转!

    “不不不,或许,我们还可以换种金属。”

    目前活塞还是用的铸铁。

    为了减轻活塞重量,将动力改到极致,他们又在琢磨新的材料。

    很快,便看上了银这种金属材质。

    银的密度是10.53克g\/cm3,铜的密度是8.92g\/cm3,而铁7.8g\/cm3,因为p (密度)= m(质量)\/V(体积),所以,在同等质量下,银的体积最小。

    而且,银的熔点通常在960.5c至961.93c之间,符合耐热的条件。

    还有,银的导热系数429 w\/m·K,铜的导热系数为385 w\/m·K,银的热传导比铜更强。

    西方早期的蒸汽机,活塞材质一开始是铸铁,后来铜活塞逐渐替代了铸铁活塞。

    既然银比铜更好,为什么他们不用银呢?

    有没有一种可能,他们的银矿比较少?

    .......

    五个月后,蒸汽机,成了!

    有参考答案,解题速度就是快!

    不过,蒸汽机还是有完善的地方,比如说,如何加强烧水的压力容器?

    朱祁钰被邀请到工部参观,当他看到那台不停运转,而且越来越快的迷你蒸汽机时。

    目瞪口呆。

    .......

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