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第五章
工业革命中的加速发展
欧洲政治的动荡，将唤起并最终摧毁全球数百万脆弱的人类，使他们一头栽进毁灭性的世界灾难中，是由工业革命期间前所未有的技术进步所煽动的。在第一次世界大战前的几个世纪，我们的星球被海洋和大片未开发的陆地所覆盖，欧洲更大、更有侵略性的社会迅速制定了对土地、水路和资源的殖民统治计划，他们认为这些土地、水路和资源是他们的。原住民的权利几乎没有被考虑到。在欧洲，工程和科学领域正在取得惊人的进步，这些进步将推动战争远远超过古代的马术优势、卓越的剑术、长矛和佩剑军团的数量优势，或者在熟悉的遥远星光下掌握帆布帆的风向。胜利的战利品将属于那些拥有更好技术的人，他们仍然遵循自我膨胀的过程和古老的传统，但最终是通过依靠冶金、新燃料和来自石油、电力和强力炸药的能源的复杂机制。有必要利用冶金和化学科学的巨大进步，精确的金属成型和加工的精度，以及电力知识的优势。数以百万计的人类可以组织整个社区和社会，以通过大规模和良好的同步制造来达到统治对手的唯一目的。战争和军事侵略的策略仍然大致相同，仍然主要由穿着装饰性制服的老人和荷尔蒙分泌不受控制的年轻士兵来完成，其中一些人在早期的战争中幸存下来，但他们无法超越征服和剥削的外衣。仿佛技术和工业最终永久地超越了伦理、道德和外交的范畴。（原文堆了这么多词，就是想掩盖帝国主义侵略殖民其他国家的本质。）在一次操作中铸造30吨熔融钢，在20世纪初已成为现实。
19世纪的高炉使整个西欧和美国的工业能够制造出高等级的钢铁。
到第一次世界大战时，工业革命的骨干力量在冶金科学的大锅里沸腾起来。如果没有金属合金科学的发现和进步，就不会有铁路、机动车、飞机、钢制船舶、道路和桥梁建设、军械设计以及其他工业的发展，在很大程度上是为了征服一个当时被自己的虚荣心和民族主义迷住的人认为是如此广阔和似乎未被征服的世界。发动机、变速箱、车轴、车轮、底盘和其他部件的进步完全依赖于不同金属的组合和硬化（退火、涂层、润滑等）以提高强度和耐久性的发展。如果没有炼钢的科学知识，以及其他金属的合金化，第一次世界大战中使用的大多数武器将不可能被制造出来，无论在之前的几十年里采用了什么巧妙的工艺或流水线做法。在19世纪，在建造铁路、船舶、桥梁以及后来的机动车中使用最多的金属是铁，这是地球表面第四大最丰富的元素。亚述人、巴比伦人、迦勒底人、埃及人、希伯来人和其他古代民族在他们的语言中称铁为"天堂的金属"，因为这种惊人的、强壮的、但可塑性强的物质以流星的形式从天上掉下来，这些流星主要由铁和镍组成。当时人们还没有发现，镍和铁也存在于人们已经跋涉了无数个千年的地面上。埃及人对铁的最初利用可以追溯到公元前年，而印度人早在公元前年就开始用土矿冶炼铁了。除了"天堂的金属"这一概念外，金属，即铁，究竟起源于何处，是一个巨大而神秘的谜题。甚至像亚里士多德这样博学的人也推测，金属是从地下的某种种子生长出来的。公元前年，随着皮革风箱的使用，炼铁的温度可以提高一倍，变成一种红色的可塑性物质，会发出鲜红的光芒，可以被敲打成许多工具和武器。非常早期的冶炼铁矿石的方法是在有足够空气流通的高地上建造一个熔炉。铁矿石被堆放在粘土上的木炭上，周围用石头包围。在16世纪初西班牙北部的加泰罗尼亚开发出卡特兰锻造炉之前，这种原始的方法已经使用了近两千年之久。对从矿石中获取铁的工艺的一个非常重要的贡献是由杜德利在年做出的。他在冶炼中用煤代替木炭，这同时提高了铁的质量，并大大减缓了对森林的破坏，因为为了生产这一过程所需的大量木炭，森林正在被消灭。几乎整整一个世纪后，亚伯拉罕-达比引入了焦炭，它的燃烧温度甚至比煤更高更均匀，而冶炼的做法也迅速得到了改善。木炭仍被用于烧制某些类型的铁，但这只占总产量的一小部分。在亨利-科特于年在英国发明轧机之前，粗钢仍由铁匠敲打出来。接下来最大和最重要的突破之一是由亨利-贝塞默在-年完成的。当时有几种不同的炼钢方法，但所有这些方法都过于昂贵，而且没有一种方法可以进行大量生产。铸铁，也叫生铁，生产起来相对简单，但要摆脱多余的碳是相当困难的。精确控制碳的数量是制造好钢背后的秘密。亨利-贝塞麦开发了一种使用空气吹过生铁的转炉。在那之前，每个人都认为一阵冷空气会冷却铁水。相反，空气提高了温度，在这个过程中燃烧并蒸发了碳和杂质。贝塞麦于年在一篇题为"无燃料的可锻铸铁和钢的制造"的论文中宣布了他的发现。在接下来的几年里，贝西默的专利方法如此成功，以至于他成为百万富翁，并在他居住的英国被封为爵士。(贝塞默卡车后来建在宾夕法尼亚州的格罗夫城，靠近那个时代美国钢铁工业的中心。除了以亨利-贝塞默的发明命名外，该公司与亨利-贝塞默几乎毫无关系）。当亨利-贝塞麦在英国研究他的发现时，肯塔基州埃迪维尔的威廉-凯利也在美国开发了一个类似的工艺。凯利意识到贝塞默在这种冶炼方式上功不可没，因此他在年获得了自己的专利。年后，各家公司在这两项专利下使用这两种几乎相同的方法，而不是相互争夺法律权利，在钢铁生产势在必行的时候，避免了多年的诉讼。到了第一次世界大战，巨大的金属板压力机可以冲压出汽车、卡车和其他机动车的整个顶部，以及大型机械的部件。
贝塞麦转炉可以容纳多达20吨的铸铁。这个过程包括将度的熔融铁水倒入转炉，同时接受15分钟的空气喷发。生铁通常含有3.7%的碳，1.3%的硅，0.05%的硫和0.75%的锰。当铁达到华氏度时，各种杂质被烧掉，变成亮白色。在铁被浇注成锭之前，需要加入正确数量的碳和锰。威廉-西门子爵士开发了一种新的"明炉"，它首先被用于蒸馏锌。到年，这种炉子被法国的马丁公司用来炼钢。明炉法被称为西门子-马丁工艺，它最终成为炼钢的主要方法，主要原因是每个炉子可以容纳吨钢，而且这种方法消除了钢中存在的硫和磷。(今天，许多钢是在电炉中生产的）。在整个欧洲和美国将冶金方面的进展用于国家建设的各类工业发展的同时，德国还集中精力发明和制造新的、更令人敬畏的巨炮形式的火力。制造这些可怕的武器不仅需要巨大的冶金知识，还需要巨大的工厂、机械车间和其他工业力量，这让继承了德国埃森的克虏伯工厂的"大炮王"阿尔弗雷德-克虏伯特别感兴趣。阿尔弗雷德-克虏伯的祖先自15世纪以来一直从事军火生意。在埃森，阿尔弗雷德的父亲弗里德里希-克虏伯于年建造了一个大型锻造厂用于生产钢铁。他的儿子阿尔弗雷德是一位冶金学家，他开发了生产铸钢的方法，其产量与英国熔炉的产量相当。他因在年普法战争中使用的巨大攻城炮而闻名。延续家族传统，为计划对法国和其他欧洲邻国的军事统治而建造了越来越大的火炮，最终以克虏伯的孙女命名的毫米"大贝塔"达到了顶峰。它被认为是在任何战争中使用过的最大口径的公路模型火炮。(在第二次世界大战中也有更大的火炮，但这些火炮需要用铁路车来运输）。在第一次世界大战之前，共建造了五门这样的榴弹炮，总共有九门。为了通过比利时和法国北部进攻法国，首先必须摧毁比利时在列日的堡垒，然后是那慕尔周围的堡垒，随后是法国在莫伯日的堡垒，以及通往巴黎沿途的其他堡垒。一旦M型公路模型被开发出来，整个"大贝尔塔"武器重达47吨，分五部分运输，由拖拉机牵引。这种武器不应该与后面提到的"巴黎炮"相混淆，该炮可以发射直径毫米的炮弹，重达公斤，射程刚刚超过10,米。(有一种更重的炮弹，用于铁路运输的毫米伽马-格拉特型号)。每门炮需要人服务。到年，美国有六座露天高炉每年生产40万吨钢，产能巨大，如当年拍摄的阿拉巴马州恩斯利的这家工厂。
尽管德国军队已于年8月8日进入列日市，但他们无法攻克周围12个堡垒中的任何一个，这些堡垒是在19世纪90年代在布劳尔蒙特将军领导下建造的。8月12日，两门"大贝塔"被召集起来，并在庞蒂斯堡垒上进行了集结和训练。巨大的炮弹撞开了堡垒2.5米厚的混凝土，延迟引信引发了高爆炸药。在24小时内，堡垒变成了废墟，里面的人被炸成了碎片。利用额外的斯柯达毫米和毫米榴弹炮，德国人有条不紊地轰击了其余的堡垒。8月15日，隆鑫堡垒的一个弹药库被一枚毫米炮弹击中，在巨大的爆炸中，有人被埋在由此产生的弹坑中。比利时列日的最后一个要塞投降了，但这给盟军提供了时间来动员和保卫巴黎，在第一次马恩河战役中，由于著名的"出租车队"超过了入侵者，德军在巴黎被拖延了。这成为一个战略教训：在糟糕的道路上以蜗牛般的速度移动的巨大炮兵可以被使用汽车运输的快速、大规模机动所挫败。即使是年3月23日首次使用的所谓巴黎大炮，也无法通过重炮、远程炮和随机轰炸来恐吓整个城市或整个国家。作为一项涉及冶金和金属制造的技术壮举，巴黎大炮可以将炮弹发射到公里的距离。毫米的巴黎炮是由毫米的海军炮发展而来，它使用了一个23.8米长的加长炮管（其中15米有膛线），以达到每秒米的炮口速度。该炮在55度的仰角射击，使用的炮弹重达公斤。炮口速度所产生的高膛压在五次射击后就会磨损炮膛，因此在原来的炮管被重新加工成直径为毫米之前，炮弹都是用弹带圈起来的。可以想象所涉及的金属车床的规模。克虏伯公司制造了六门，斯柯达公司制造了三门这样的火炮，将冶金科学和火炮建造的成就推到了极致，但据当时的媒体报道，尽管在巴黎人嘲笑的城市周围有人因爆炸而死亡，但在战略上几乎没有任何后果。最有意义的是，19世纪和20世纪初钢铁的发展意味着冶金科学的迅速发展，而冶金科学一直是建立在试错的基础上。现代合金钢的发展至少有一个世纪的时间，涉及到优化金属的性能，从大战开始到结束，许多武器和专门的机动车零部件都是用这些金属制造的。镍一直是用于制造合金钢的一种非常普遍的金属。镍含量约为5%，该合金的强度增加，被称为"流星钢"，因为这是每年约有,,枚落入地球的陨石的成分。镍钢已被用于制造转向器部件、活塞、车轴和传动齿轮。铬、钨、钼和钒都是用于制造合金钢的金属。当这四种金属都存在时，就形成了用于切削工具的"高速钢"。钨的熔点非常高，约为6华氏度，用于制造灯泡。铬钢非常坚硬，用于制造金属片，以及高光泽度的表面抛光。钒是所有金属中最硬的，当与铬结合时，它被用来制造齿轮、车轴和弹簧。自从汽车制造出现以来，已经有许多类型的液压机、锻造机和切割机来创造适当的形状，用于制造机动车零部件。在第一次世界大战的日子里，由于高电流（安培）的供应有限，很少有电焊机。然而，在第一次世界大战之前，乙炔火炬已经出现，钎焊和焊接是常见的做法。尽管如此，在当时，车辆最常见的是通过铆钉、螺钉、螺栓和销钉固定在一起。不应低估这些小部件在固定大部件和部分方面的质量是多么重要。即使是在第一次世界大战开始前两年发生的泰坦尼克号的巨大灾难，现在也被部分归咎于将船体板固定在一起的不合格的铆钉，因为一旦这艘"不沉"的船撞上冰山，这些铆钉就会脱落并弹开。通用汽车公司的卡尔-齐默施德（KarlZimmerschied）组织了最早的冶金实验室，对钢铁和其他合金进行微观研究，这是一个重要的实验室。Zimmerschied后来成为雪佛兰的总裁。在显微镜下，钢的"指纹"可以显示它是否经过适当的合金化、硬化和退火处理。随着第一次世界大战在欧洲开始，仅美国汽车工业就使用了美国生产的20%的钢和57%的可锻铸铁，到大萧条时期，每年的总量约为7,,吨。由于铝的使用越来越多（其数量是以铝土矿-水合氧化铝-来自牙买加、巴西、澳大利亚和几内亚等少数几个拥有这种实际数量的自然资源的国家），第一次世界大战后生产的机动车中钢铁的比例明显减少了。尽管铝确实存在，并在第一次世界大战中被少量使用，但需要一个高容量的发电厂将粉末状和纯化的铝土矿提高到华氏度，形成熔融状态，然后在液体材料中传导非常高的电流以提取铝。在这种设施和设备更加方便和充分地提供之前，这阻碍了低成本的铝的生产。当铝在19世纪中期首次被发现和使用时，它比黄金还要昂贵。与铁合金相比，铝的主要优点是重量轻、导电性强、表面氧化快，能形成一层薄薄的"皮肤"，防止褪色和深度分解。(铝是地壳上第三种最丰富的元素，也是总体上最丰富的金属)。通用汽车公司的工厂文献说明了锻造发动机曲轴的任务，这在当时涉及很多手工操作。
除了需要保护所有黑色金属不被氧化（除了不含铁的合金），工程师和设计师还需要考虑到钢，根据其化学构成，可以因重大温度变化而膨胀和收缩。尺寸公差和硬度（脆性、弹性等）的剧烈波动很可能会削弱任何机构部件的结构完整性。与钢相比，铝仅在高温下就会出现更大的膨胀和收缩以及其他成分的变化，特别是在车辆和武器的内部工作中。在第一次世界大战期间，合金钢在制造战争机器和车辆方面有很大的需求。汽车工业公司在年7月解释说。通常情况下，每生产辆汽车需要75吨合金钢。几乎同等质量的汽车可以用每辆汽车23吨或更少的合金钢来生产。在汽车的三个主要部分中，合金实际上是不可缺少的，即变速箱中的冲突齿轮、后轴中的扭转部件和球轴承中使用的球。其他传动齿轮可以用高碳钢制成，如果仔细地进行热处理并保持在较低的限度内，这些齿轮将和现在使用的铬镍齿轮一样好，而且使用寿命几乎一样长。然而，必须承受冲击的齿轮应该由铬钢制成，尽管即使这些齿轮也可以由冶金学家从碳钢中满意地生产出来。每个受到合金钢短缺威胁的汽车公司都在忙于研究是否有可能不使用合金钢的问题。凯迪拉克公司，如果有必要，可以将合金钢减少到34或46公斤的底盘。福特汽车中使用的钢有很大比例是钒，然而通过化学分析，一辆汽车中使用的钒铁量是1%的0.15。变速器制造商就没有这么幸运了，因为他们很难做到每个齿轮组没有10到20毛公斤的镍钢，尽管他们不需要有铬合金。同样的情况也适用于车桥制造商，他们需要比普通外壳硬化钢更多的东西来制造伞形齿轮和差速器以及传动轴。这张年的罕见照片显示了理查德-达吉恩的第二辆蒸汽车在纽约市的街道上行驶，当时大多数蒸汽动力仅限于铁路和船舶。
斯坦利汽船公司是蒸汽汽车制造商中最有实力的公司，它生产的商业汽车，如年的送货快车。
人们经常说，在第一次世界大战期间，"高档"汽车在质量和业务方面遭受了更大的损失，因为他们的产品因配额、限制和材料短缺而变得廉价。总的来说，美国汽车工业被迫吸取教训，它仍然可以制造足够耐用的汽车，而不需要像战争开始前那样需要最高质量的金属部件。在讨论钢铁冶金与工业革命进步的关系时，必须考虑到蒸汽动力的发展。在16世纪，欧洲的各种实验最终导致了现在被认为是第一台实用的蒸汽机，由托马斯-萨维里在年建造，随后由托马斯-纽科门在年建造，但这些原始的发动机几乎只用于从矿井中抽水，不适合用于推进。年，苏格兰工程师詹姆斯-瓦特在伦敦遇到了正在研究蒸汽热力学特性的物理学家约瑟夫-布莱克后，于年为一种更先进的蒸汽机申请了专利，该机主要通过使用独立的蒸汽冷凝器进行改进。-年，居住在法国的尼古拉斯-约瑟夫-库格诺（Nicolas-JosephCugnot）运行了第一台以蒸汽为动力的公路车，并取得了一定程度的成功，试图制造一种军用车辆。他的第二台蒸汽机在巴黎意外地撞破了一堵墙，使他进了监狱。但在其他地方，特别是在英国，发明家们有一段时间遇到了更多对工业先驱精神的接受。美国的奥利弗-埃文斯在年获得了他的第一台蒸汽动力陆上交通工具的专利。年至1年间，詹姆斯-瓦特与马修-鲍尔顿建立了伙伴关系，他的生产车间制造出了比纽科门型更高效的蒸汽机。在英国，瓦特还开发了双作用活塞发动机，在活塞两侧获得蒸汽；后来他对该发动机进行了改造，将往复运动转化为旋转运动，并配备了离心调速器，使蒸汽机以恒定速度运转。瓦特并不是蒸汽机本身的发明者，但他的复杂改进使蒸汽机成为一种动力来源。蒸汽机很快被RichardTrevithick于年在威尔士的Penydarren铁厂安装在第一台机车上。在英国，铁路被称为"马拉车"，当时已经被用于公共交通，通过这种方式，被拴住的动物只是拉着客车沿着牢固的、固定的、预先指定的铁栏杆走，以防止在路线方向上出现不理想的失误和意外的目的地。尽管第一台蒸汽机车对于当时的铁轨来说太重了，但这一发展促使乔治-斯蒂芬森建造了名为Lo