لیست قیمت انواع آهن آلات ساختمانی و صنعتی
پرداخت آنلاین

مقالات

تاریخ ارسال :۱۳۹۷/۱۰/۲۳

نگاهی به آهن و فولاد و انواع آن ها

نگاهی به آهن و فولاد و انواع آن ها

دیدن بزرگترین سازه های قرن نوزدهم مثل برج ایفل، مجسمه آزادی و ... شما را به یاد آهن خواهد انداخت. چهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین و حدود 6 هزار سال است که بطور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد. آهن یکی از پرکاربردترین، مقاوم ترین و ارزان ترین فلزهاست. این فلز از پایه های اساسی انقلاب صنعتی به شمار می رود، ولی در زندگی گیاهان و جانوران نیز عنصری ضروری است. وقتی آهن با مقدار کمی کربن ترکیب شود فلزی مقاومتر بنام فولاد حاصل می شود. که امروزه در اغلب وسیله های ساخت بشر بکار می رود. از چاقوسازی گرفته تا ساخت ناوهای جنگی، موشک های فضایی و آسمان خراش ها. می خواهیم نگاهی دقیق تر به این دو فلز باشکوه داشته باشیم تا علت محبوبیت بی بدیل آنها را دریابیم.

  

 

: تصویر اولین پل آهنی که در روستای معروف به پل آهنی در شروپ شر انگلستان واقع شده است. این پل بر فراز رود سورن ریور در سال 1779 و با بکارگیری 384 تن آهن ساخته شده است.

 تصویر اولین پل آهنی که در روستای معروف به پل آهنی در شروپ شر انگلستان واقع شده است. این پل بر فراز رود سورن ریور در سال 1779 و با بکارگیری 384 تن آهن ساخته شده است.

 

 

مشخصات شیمیایی

دلیل اینکه ما خیلی کم آهن خالص میبینیم این است که در معرض هوا سریع با اکسیژن ترکیب می شود. در واقع ضعف اصلی آهن بعنوان مصالح ساختمانی واکنش آن با رطوبت هوا است (زنگ زدگی یا خوردگی) که آن را پوسته پوسته کرده و به رنگ قهوه ای مایل به قرمز درمی آورد و ما آن را زنگ آهن می نامیم. آهن با عناصر دیگری نظیر کربن، گوگرد، سیلیکون، هالوژن ها و کلر نیز واکنش می دهد.

 آهن پس از اکسیژن، سیلیکون و آلومینیوم، چهارمین عنصر فراوان در پوسته سیاره زمین است. و پس از آلومینیوم دومین فلز فراوان جهان محسوب می شود. اما بخاطر واکنش سریع آن با اکسیژن هرگز به صورت خالص بهره برداری نمی شود. (مواردی که از آثار شهاب سنگ ها بدست آمده اند تقریبا تنها موارد کشف شده آهن خالص هستند.)

آهن نیز مانند آلومینیوم بصورت اکسید (ترکیب آهن و اکسیژن) در زیر زمین وجود دارد. اکسید آهن از هفت نوع کانی بدست می آید که عبارتند از:

هماتیت (فراوان ترین کانی آهن)، لیمونیت (به سنگ آهن گِلی یا لجنی هم نامیده میشود)، ژئوتیت، مگنتیت (کانی سیاه)، پیریت، سیدریت، تاکونیت (ترکیبی از هماتیت و مگنتیت)

کانی های مختلف، میزان اهن مختلفی دارند.  هماتیت و مگنتیت حدود 70 درصد، لیمونیت حدود 60 درصد، پیریت و سیدریت حدود 50 درصد آهن دارند.  تاکونیت هم حاوی تنها 30 درصد آهن است.

سالانه در دنیا حدود 1000 میلیون تن سنگ آهن از طریق استخراج زیر زمینی (under the ground mining) و یا سطح زمینی (on the surface mining) بدست می آید. که بیشتر از نصف آن در چین تهیه می شود. نمودار دایره ای زیر سهم کشورهای تولیدکننده آهن خام از میزان تولید سالانه در سال 2017 را نشان می دهد.

 

 

 

 قطعه ای آهنی از یک شهاب سنگ (و خودکاری برای وضوح مقیاس آن). از مجموعه معدنی گروه زمین شناسی دانشگاه Brigham Young University

 

انواع آهن

آهن خالص برای مصارف واقعی بسیار نرم و شکل پذیر است، بنابراین اغلب آهن آلاتی که ما روزانه با آن ها سروکار داریم آلیاژهای آهنی هستند که از ترکیب آهن با عناصر (مخصوصا کربن) بدست آمده اند تا قوی تر و ارتجاعی تر رفتار کنند، مانند فولاد. فولاد آلیاژی از آهن است که حدود 2 درصد آن را کربن تشکیل داده است. در حالیکه سایر اشکال آهن حدود 2 الی 4 درصد کربن دارند. در واقع هزاران نوع آهن و فولاد وجود دارند که تمام آنها درصد کمی از ترکیب شیمیایی شان را عناصر دیگر، غیر از آهن تشکیل میدهد.

آهن خام

آهن خام در اصطلاح انگلیسی (pig iron) نامیده می شود که به معنی آهن خوکی است. این اصطلاح بعلت قطعات کوچک و چاق آن است که به خوک تشبیه شده است. آهن خام از طریق حرارت دادن به سنگ آهن (غنی از اکسید آهن) در کوره های بلند که شبیه یک سیلندر بزرگ هستند و هوای داغ بطور مرتب در آن در گردش است، تهیه می شود. کوره های بلند بسیار عظیم بوده و ارتفاعشان بین 30 تا 60 متر می باشد. که چندین کامیون حاوی مواد خام را در خود جای می دهد و معمولا بطور پیوسته عمل می کند و ممکن است در طول سالها خاموش و یا خنک نشده باشد. درون کوره، سنگ آهن با کک (نوعی زغال سنگ با کربن بالا) و سنگ آهک واکنش شیمیایی می دهد. کک اکسیژن موجود در سنگ آهن را طی فرآیندی که به آن احیا می گویند، می رباید و مایعی نسبتا خالص از آهن برجا می گذارد و در این حین سنگ آهک نیز به زدودن بخش های دیگر سنگ معدنی (شامل رس، ماسه و سنگ های کوچک) کمک می کند. و این بخش های جدا شده و مذاب تشکیل مایعی بنام سربار را می دهد. آهن بدست آمده از کوره های بلند حدود 90 الی 95 درصد حاوی آهن، 3 الی 4 درصد کربن و درصد بسیار کمی از مواد دیگر شامل سیلیکون، منگنز و فسفر (بسته به نوع سنگ معدن بکار رفته) می باشد. آهن خام (Pig Iron) کمی سخت تر از آهن 100 درصد خالص می باشد. ولی هنوز هم برای کاربرد روزمره بسیار ضعیف است.

 

 

چدن (Cast Iron)

یکی از معروف ترین ساختمان های آهنی دنیا، کاخ کنگره در واشینگتن، ناحیه فدرال دارای یک گنبد است که از 4041146 کیلوگرم (معادل حدودا 4 هزار تن) چدن ساخته شده است. چدن از ریخته گری مایع آهن مذاب ساده و خالص در دمای پایین تر از نقطه ذوب آهن خالص، و خنک و سخت شدن آن در مقاطع ساختمانی نظیر لوله، چرخ دنده و یا شاه تیر های بزرگ برای پل های آهنی، تولید می شود. البته استفاده از چدن بعنوان مقاطع ساختمانی در انقلاب صنعتی رایج بوده که فولاد هنوز فراگیر نشده بود. در آن دوره بیشتر سازه ها بعلت ارزان و محکم بودن و همچنین باور به نسوز بودن چدن، با مقاطع فلزی چدنی احداث می شدند که فاجعه های زیادی هم به بار داشته است. امروزه باوجود فولاد و آلیاژهای آن، استفاده از چدن در سازه ها به کل منسوخ شده است. آهن خام (آهن خوکی) در واقع  پایه ای ترین شکل از چدن است که برای تولید فولاد مورد استفاده قرار می گیرد. درصد بالای کربن در چدن آن را فوق العاده سخت و ترد می سازد. کریستالهای بزرگ کربن مانع حرکت کریستال های آهن درون چدن می شوند. چدن دو ضعف بزرگ دارد: اولی سختی و تردی آن است که شکل پذیری آن را حتی وقتی که تحت حرارت قرار دارد، غیرممکن می سازد. دومی هم زنگ زدگی نسبتا آسان آن است. گفتنی است که در واقع انواع مختلفی از چدن وجود دارد که شامل چدن سفید و خاکستری می شود (بخاطر رنگ آنها که ناشی از رفتار کربن داخل آنهاست، این نامگذاری ها انجام شده است.)

گنبد ساخته شده از چدن کاخ کنگره آمریکا واقع در واشینگتن

 

آهن ورزیده (wrought iron)

چدن وقتی حاصل می شود که آهن مذاب درون قالب خنک می شود که به آن آهن ریخته نیز می گویند. آهن ورزیده یا فر فورژه به شکلی کاملا متمایز بدست می آید. آهن ورزیده فلزی متفاوت است که با ترکیب آهن مذاب با مقداری سرباره بدست می آید. و حاصل آن آلیاژی از آهن است که حاوی مقدار بسیار کمی کربن می باشد. آهن ورزیده بسیار نرم تر و شکل پذیرتر از چدن است که با کمی حرارت می توان به راحتی به آن شکل و فرم داد. و همچنین تمایل به زنگ زدگی کمتری نیز دارد. اما امروزه تقریبا تولید این فلز بسیار کم شده است، زیرا تمام قطعاتی که با آهن ورزیده ساخته میشد امروزه از فولاد تولید می شود که بسیار ارزان تر و بادوام تر است. آهن ورزیده در اواسط قرن نوزدهم میلادی قبل از تسلط در ساخت فولاد با ابعاد و مقادیر بزرگ مورد استفاده قرار می گرفته است.

 

انواع فولاد

به توضیح دقیق تر، فولاد یکی دیگر از آلیاژهای آهن است ولی میزان کربن کمتری نسبت به چدن و آهن ورزیده و فلزات دیگری که برای افزودن خواص بیشتر به فولاد اضافه می شوند، دارد. فولاد مانند یک فلز مستقل در نظر گرفته می شود اما نباید فراموش کرد که علیرغم تنوع زیادی که دارد در واقع به اصطلاح "پسر آهن" است که آلیاژهای مختلف و بسیار متنوعی از آن ساخته می شود. با پیدایش فولاد سایر ترکیبات آهن رفته رفته کاربردشان محدودتر شد. فولاد انواع مختلفی دارد که آنها را به چهار گروه اصلی دسته بندی می کنند.

فولاد کربن دار یا فولاد کربنی

بخش اعظمی از تولیدات فولاد (حدود 80 الی 90 درصد) به فولادهای کربن دار اختصاص می یابد. اگرچه حاوی مقدار بسیار اندکی کربن است در بعضی موارد حتی کمتر از 1 درصد، با این حال بعنوان فولادهای کربن دار یا فولاد کربنی شناخته می شوند. همچنین فولادهایی با درصد کربن 1 الی 2 درصد را فولاد پرکربن می نامند که مانند چدن محکم و ترد هستند. فولادهای با کمتر از 1 درصد کربن را نیز فولاد کم کربن می نامند که مانند آهن ورزیده نرم تر و شکل پذیرتر هستند. بخش اعظمی از زندگی روزمره ما با فولاد گره خورده است از بدنه و قطعات و اجزای موتور اتومبیل ها گرفته تا بدنه کشتی های جنگی، از مقاطع و آهن آلات ساختمانی تا قوطی های کنسرو.

فولاد آلیاژی

غیر از آهن و کربن، عناصر دیگری نیز در آلیاژهای فولاد بکار رفته اند، مانند کرومیوم، مس، منگنز، نیکل، سیلیکون یا وانادیوم. در آلیاژهای فولاد این عناصر اضافه هستند که تفاوت ها را رقم می زنند. و باعث تغییر شکل ظاهری یا بهبود خواص فولادهای کربن دار می شوند. عموما فولادهای آلیاژی محکم تر، سخت تر و بادوام تر از فولادهای کربنی هستند.

فولاد ابزار

فولاد ابزار از آلیاژهای مخصوص و سخت فولاد است که برای ساخت ابزارآلات بکار می رود. و از افزودن عناصری مانند مولیبدن، یا تنگستن به آهن و کربن که موجب بالا رفتن سختی و مقاومت آنها در مقابل سائیدگی می شود، بدست می آیند. همچنین برای بالا بردن سختی فولاد ابزار، توسط فرآیندی که به آن برگشت دادن یا تمپر کردن(tempering) می گویند، ابتدا در درجه های بالا به فولاد حرارت می دهند سپس به سرعت خنک می کنند و سپس حرارت می دهند اما این بار با دمای کمتری نسبت به دفعه قبل.

فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل (Stainless Steel):

فولادهایی که بیشتر در مصارف روزمره به شکل قاشق، چنگال، کارد، چاقو و قیچی و ابزارهای جراحی و ... بکار می رود، از این نوع فولاد است که در ایران با نام استیل (نام لاتین فولاد) شناخته می شود. این نوع فولاد حاوی مقادیر زیادی کرومیوم و نیکل است که در مقابل خوردگی و زنگ زدگی و همچنین سایر واکنش های شیمیایی مقاومت بسیار بالایی دارد. و به آسانی صاف و پرداخت و استریلیزه و پاک می شود. مقاومت در برابر زنگ زدگی بعلت پوشش اتم های کرومیوم است که با اکسیژن و رطوبت هوا واکنش می دهد و مانع نفوذ آنها به مغز آهنی و آسیب پذیر این نوع فولاد می شود.


نظرات کاربران

    برای گذاشتن نظر لطفا لاگین کنید. ورود به سایت