بررسی تفاوت های آهن ، فولاد و چدن

در کل فلز را می توان ماده سخت و محکمی تعریف کرد که می شود آن را صیقل داد و براق کرد ، رسانای برق و گرما است و قابلیت چکش خواری دارد. در صنعت فلزات به 2 دسته فلزات آهنی و فلزات رنگین (غیرآهنی) تقسیم بندی می شوند. فلزات رنگین شامل مس ، روی ، آلمینیوم ، برنج ، فسفربرنز و … می باشند و فلزات آهنی نیز  شامل آهن ، چدن و فولاد هستند. 95 درصد از فلزات تولید شده در جهان فلزات آهنی می باشند که کاربردهای پر شماری در صنایع مختلف از جمله اتومبیل سازی ، ماشین سازی ، ساختمان ها و انواع سازه ها ، بدنه کشتی و … دارند.

در این مقاله به تشریح فلزات آهنی و تفاوت های آنها می پردازیم:

به طور کلی می توان فولاد و چدن را آلیاژهایی از آهن دانست. تمام این فلزات آهنی از سنگ آهن تولید می شوند. ازذوب و جداسازی سنگ آهن ، قراضه و آهن اسفنجی ، آهن خام حاصل می گردد و از آهن خام نیز آهن معمولی ، چدن و فولاد ساخته می شود. عامل مهمی که باعث ایجاد تفاوت و ویژگی های مختلف در آهن ، فولاد و چدن می شود ، میزان کربن آنها است. میزان کربن در آهن خام بالا است ، میزان زیاد کربن باعث ترد شدن آن می شود که در نتیجه قابلیت نورد و چکش خواری نخواهد داشت . همچنین کربن باعث کاهش دمای ذوب فلز می شود.

آهن معمولی:

آهن از طریق کربونیزاسیون آهن خام به همراه مقداری آهن قراضه به دست می آید. مقدار کربن در آهن معمولی 2 درصد می باشد و دمای ذوب آن حدود 113 درجه سانتی گراد است.

گفتیم که چدن ، فولاد و آهن از آهن خام بدست می آید. به طور کلی سه نوع آهن خام سفید ، خاکستری و نیمه خاکستری وجود دارد:

• آهن خام سفید ؛ بر اثر سرد شدن سریع آهن خام بدست می آید. این سرد شدن سریع مانع از تبدیل کربن به گرافیت می شود ، جنس آهن خام سفید سخت و ترد است و میزان سیلیسیم در آن کم است.
• آهن خام خاکستری ؛ بر اثر سرد شدن تدریجی و کند آهن خام بدست می آید. این سرعت پایین در سرد کردن آهن خام ، باعث تبدیل کربن به گرافیت و ایجاد رنگ خاکستری می شود. از آهن خام سفید نرم تر است ، ترد نیست و مقدار سیلیسیم در آن زیاد است.
• آهن خام نیمه خاکستری نیز مابین خاکستری و سفید می باشد که در ساخت چدن و فولاد سخت به کار می رود. 

فولاد:

فولاد از اهن خام سفید بدست می آید به این صورت که آهن خام سفید و مقداری قراضه را ذوب می کنند تا کربن خود را از دست داده و ناخالصی های آن نیز جدا شود. مقدار کربن در انواع فولاد متفاوت است و به طور کلی بین 0.2 الی 1.5 درصد کربن دارد. فولاد ها انواع بسیار مختلفی دارند و می توان آنها را بر اساس فاکتور های متفاوتی دسته بندی کرد . اگر بخواهیم فولاد ها را بر اساس میزان کربن موجود در آن ها تقسیم بندی کنیم شامل 3 دسته فولاد نرم (0.2 درصد کربن) ، فولاد متوسط (0.2 الی 0.6 درصد کربن) و فولاد سخت (0.6 الی 1.5) می شود. می توان با افزودن عناصر مختلف به فولاد ، فولاد های خاصی جهت مصارف مختلف به دست آورد از جمله فولاد های مقاوم در برابر گرما ، در برابر آب و هوا ، ضد زنگ و …، کربن ، سیلیسیم ، فسفر و گوگرد از جمله این عناصر است.

فولاد مهمترین فلز آهنی برای مصارف ساختمانی:

فولاد به دلیل خواص و ویژگی هایی که دارد از مهمترین مصالح ساختمانی به حساب می آید ، برخی از این ویژگی ها شامل موارد زیر است:

-سهولت اتصال ؛ فولاد ها را می توان از طریق جوشکاری و همچنین پیچ و مهره کردن به یکدیگر متصل کرد.

-قابلیت شکل پذیری ؛ فولاد ها به راحتی به شکل های مختلف بدل می شوند.

-مقاومت کششی ؛ مقاومت کششی یا مکانیکی فولاد های مختلف با توجه به آلیاژ های مختلف آنها متفاوت است. بر اساس مقاومت کششی  دسته بندی کرد که اغلب مقاطع فولادی مانند میلگرد ، ورق و … از این دسته فولاد ها تولید می شوند مخصوصا فولاد ST50،ST45،ST37، ST37  می توان فولاد ها را با استانداردهای

چدن:

چدن ها مقاومت بالایی در برابر فشار دارند و جنس آنها سخت است اما مانند آهن خام شکننده می باشند و خاصیت چکش خاری مناسبی ندارند. چدن از آهن خام خاکستری حاصل می گردد به این صورت که آهن خام خاکستری را با مقداری قراضه در کوره های مربوطه ذوب می کنند تا مقداری از کربن خود را از دست بدهد و ناخالص هایی نظیر فسفر و گوگرد از ان خارج شود ، در نهایت چدن تولید می شود که حاوی کمی منگنز است. چدن نیز مانند آهن بر اساس میزان سرد شدن آن به انواع چدن سفید ، خاکستری و نیمه خاکستری تقسیم بندی می شود.

چدن به دلیل قیمت مناسب و ویژگی هایی که برخوردار است ، دارای کاربردهای مختلفی می باشد از جمله ساخت لوله های آب و فاضلاب ، یراق آلات ، شیر آب ، کلید و قفل و… .

اکنون با مطالعه مطالب فوق با ویژگی ها و ماهیت آهن ، چدن و فولاد آشنا شدید ، در پایان برای سهولت در مقایسه ویژگی های هریک و جمع بندی کلی مقاله را مطالعه کنید:

فولاد از آهن مذاب تولید می شود که ابتدا آن را تصفیه کرده و مقدار معینی کربن و باقی عناصر از جمله کروم ، منگنز ، نیکل و … به آن اضافه می شود. چدن از آهن خام بدست می آید. مقدار کربن بیشتر در آن باعث می شود تا در نسبت با آهن و فولاد نقطه ذوب پایین تری داشته باشد و خشک تر از آهن و فولاد نیز باشد. سطح فلز آهن به صورت خاکستری براق و تیره است در حالی که سطح فلز چدن مات و کدر می باشد. براده برداری از چدن به دلیل ترد و شککنده بودن آن به صورت ناپیوسته صورت می کیرد در حالی که فلز آهن به هنگام انجام عمل ماشین کاری به روی آن براده های پیوسته تولید می کند.