03136290070-77

در ساعات اداری

09130000162

بررسی جامع تفاوت آهن، فولاد و چدن

آهن به عنوان پر مصرف‌ترین فلز در دنیا به حساب می‌آید که تقریباً برای ساخت همه‌ اجسام فولادی از آن استفاده می‌شود و دلیل آن چیزی جز قیمت ارزان و در عین حال استحکام بالای آن نمی‌باشد. اولین استفاده‌های بشر از این فلز به ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد برمی‌گردد. این فلز به دلیل ماهیتی که دارد در برابر اکسیژن مقاومتی نداشته و دچار اکسید می‌شود که در نتیجه آن یک لایه قرمز بر روی سطح فلز تشکیل می‌شود.

آهن چیست؟

آهن اغلب به صورت اجسامی با سطح صاف و مایل به رنگ خاکستری مشاهده شده اما در واقع این فلز در ابتدا در پوسته زمین به صورت سنگ آهن از معدن آن استخراج می‌شود. این فلز به عنوان اصلی‌ترین عنصر سازنده هسته زمین و ششمین عنصر از لحاظ فراوانی می‌باشد که نقش اساسی در زندگی بشر دارد و به صورت گسترده در پوسته زمین یافت می‌شود.

آهن به عنوان پر مصرف‌ترین فلز در دنیا به حساب می‌آید که تقریباً برای ساخت همه اجسام فولادی از آن استفاده می‌شود و دلیل آن چیزی جز قیمت ارزان و در عین حال استحکام بالای آن نمی‌باشد. اولین استفاده‌های بشر از این فلز به ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد برمی‌گردد. این فلز به دلیل ماهیتی که دارد در برابر اکسیژن مقاومتی نداشته و دچار اکسید می‌شود که در نتیجه آن یک لایه قرمز بر روی سطح فلز تشکیل می‌شود.

سنگ آهن در ابتدا دارای ناخالصی‌هایی می‌باشد که خواص مکانیکی این فلز رابطه مستقیمی با درصد خلوص آن دارد. برای جداسازی ناخالصی از آهن دو شیوه وجود دارد. در روشی سنگ آهن را به داخل کوره بلند با سقف مقعر مانند برای منعکس کردن گرما از سطح فلز انتقال می‌دهند. ظرف کوره بلند دارای دمای ۲ هزار درجه سانتیگرادی است.

در این قسمت فلز را در دمای ۲ هزار درجه سانتیگراد به روش کاهش با کربن استخراج کرده و آهن خالص را جداسازی می‌نمایند. در کوره بلند بعد از جداسازی ناخالصی، آهن به شکل پودر با ذراتی بین ۶ تا ۲۵ ‌‌میلیمتر و ناخالصی‌ها به صورت تفاله‌هایی تبدیل می‌شوند. در اصل مراحل جداسازی آهن از ناخالصی‌های آن با افزودن آلیاژهایی به آن فرآورده‌های تازه‌ای به دست می‌آید که انواع و کاربردهای متفاوتی دارند. این آلیاژها شامل انواع آهن، انواع چدن و انواع فولاد می‌شود.

  • آهن خام فلزی استخراج شده از سنگ آهن می‌باشد که از ترکیب ۵ درصد کربن و مقادیری مانند گوگرد، سیلیکون و فسفر تولید می‌گردد. بعد از این مرحله است که آهن خام را به چدن یا فولاد تبدیل می‌کنند.
  • آهن ورزیده که به آهن نرم هم معروف می‌باشد میزان کربن موجود در آن کمتر از ۵ درصد است. محصولی انعطاف‌پذیر و در عین حال چکش‌خوار می‌باشد.

تفاوت آهن و چدن چیست؟

همواره چدن با ذوب سنگ آهن و آهن قراضه به دست می‌آید که طی مراحلی آلیاژهای فسفر و گوگرد را در آن حذف می‌کنند. این محصول اغلب در هنگام ذوب آهن در ظرفی فلزی یا ماسه‌ای به دست می‌آید. این فلز حاوی میزانی کم سیلسیوم و بین ۲ تا ۶ درصد کربن می‌باشد. دیگر ترکیباتی مانند گوگرد و فسفر که در آهن موجود می‌باشد در چدن به مقدار قابل توجهی کاهش یافته به همین جهت فلزی بسیار محکم، ترد و شکننده می‌باشد. چدن انواع مختلفی اعم از چدن چکش‌خوار، سفید، خاکستری، گرافیت فشرده و چدن داکتیل دارد.
این محصول به دلیل ظرفیت ماشین‌کاری بالا، نقطه ذوب پایین، قابلیت ریخته‌گری و… به صورت گسترده در صنعت تولید قطعات خودرو، ظروف آشپزخانه، لوله و ماشین کاربرد دارد. البته این قابلیت در همه انواع چدن‌ها به جز نوع داکتیل کاملاً مشهود می‌باشد.

  • چدن چکش‌خوار: برای تولید این نوع چدن مقادیری از منیزیم و سیلیکات آهن را به چدن معمولی اضافه کرده، سپس به مدت زمان زیاد در دمای بالاتر از ۹۰۰ درجه سیلسیوس قرار می‌گیرد. در این دما کاربید آهن تبخیر شده سپس کربن آزاد رسوب می‌شود و به صورت گرافیت در می‌آید و در نهایت چدن چکش‌خوار تولید می‌گردد. این محصول به نسبت قابل توجهی بیش از چدن معمولی خاصیت کششی و چکش‌خواری دارد.
  • چدن سفید: داخل این نوع چدن گرافیت موجود نیست از همین رو فلز سخت، ترد و شکننده به حساب می‌آید. همچنین این محصول در ناحیه مقطع شکست به صورت سفید رنگ و بلورین می‌باشد. این نوع چدن با دارا بودن ترکیبات سمنتیت فلزی بسیار مستحکم و با دمای انجماد بالا می‌باشد.
  • چدن خاکستری: این نوع چدن را حین عملیات انجماد تولید می‌کنند، به این صورت که در حین عملیات انجماد کربن جدا شده و به پولک‌های گرافیت تبدیل می‌شود. در این حالت پولک‌های ایجاد شده به رنگ خاکستری تبدیل می‌شود.
  • چدن داکتیل: چدن داکتیل را با اضافه کردن مقدار کمی منیزیم تولید می‌کنند. ذرات تشکیل‌دهنده این محصول به صورت کروی می‌باشد.
  • چدن با گرافیت فشرده: ذرات تشکیل‌دهنده این نوع چدن به صورت پولک‌های ضخیمی می‌باشد که به یکدیگر متصل‌اند. اگر بخواهیم دقیق‌تر بیان کنیم این محصول حالتی بین چدن خاکستری و چدن داکتیل دارد.

چدن‌های آلیاژی

چدن هایی که تاکنون در مورد آن صحبت شد را می‌توان به صورت پرآلیاژ تولید کرد که شامل چدن سفید آلیاژی، چدن داکتیل آلیاژی و خاکستری آلیاژی می‌باشد. فقط تنها چدنی که نمی‌توان به صورت پرآلیاژ تولید کرد چدن چکش‌خوار می‌باشد که دلیل آن وجود عناصر موجود در آن است.

فولاد چیست و آلیاژهای تشکیل‌دهنده آن کدامند؟

آلیاژ اصلی تشکیل‌دهنده فولاد، آهن بوده با این تفاوت که دارای ۰.۰۰۲ تا ۲ درصد کربن می‌باشد. بنابراین فولاد به آلیاژهایی از آهن اطلاق می‌شود که در هرکدام میزان ۰.۰۲۵ تا ۲ درصد کربن موجود می‌باشد. رفتار فولاد به میزان کربن موجود در این فلز بستگی دارد و متناسب با میزان کربن موجود در آن کاربردهای متفاوتی دارد.

برای مثال از فولاد با ۰.۲ درصد کربن در ساخت ورق فولای، لوله و سیم، از فولاد با ۰.۲ تا ۰.۶ درصد کربن در ساخت دیگ بخار، ریل و در مصارف ساختمانی و از فولاد دارای ۰.۶ تا ۱.۵ درصد کربن برای ساخت فنر، کارد و چنگال و ابزارآلات استفاده می‌کنند. ترکیبی از آلیاژ آهن به همراه کربن می‌‌باشد که دارای مقاومت و استحکام بسیار قابل توجه می‌باشد.

دو شیوه برای ساخت این محصول وجود دارد. در روشی فولاد از آهن خام و سوزاندن کربن اضافی آن به دست می‌آید که در این روش مقدار کربن را تا میزان ۴ درصد کم می‌کنند سپس دیگر آلیاژها را به آن اضافه می‌نمایند. در شیوه‌ای دیگر در کوره‌های قوس الکتریکی آهن اسفنجی را ذوب کرده سپس آلیاژهای دیگر را به آن اضافه می‌کنند.

همانگونه که گفتیم میزان استحکام فولاد به میزان کربن محلول موجود در آن بستگی دارد. قابل ذکر است که با افزایش میزان کربن استحکام فولاد بالا می‌رود ولی مقاومت جوش پایین آمده و محصولی ترد به دست می‌آید. فولاد در ایران در ذوب‌آهن اصفهان، مجتمع فولاد مبارکه اصفهان، مجتمع فولاد خوزستان و آذربایجان تولید می‌گردد. از انواع فولاد می‌توان به فولاد ضد زنگ، فولاد آلیاژی و فولاد نرمه اشاره کرد.

  • فولاد ضد زنگ در ترکیبات خود حاوی آلیاژ کروم می‌باشد.
  • فولاد آلیاژی در ترکیبات خود علاوه بر کربن، وانادیوم، مولیبدن و منگنز را داراست.
  • فولاد نرمه که درصد کربن آن ۱۵ تا ۲۹ درصد بوده و دارای ۲۲۰۰ تا ۲۴۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع تنش تسلیم می‌باشد.

امتیاز بدهید
به اين مقاله امتیاز بدهید
نظرات کاربران
ارسال نظر