بوته ریختگری

settingsآهن و فلزات آهنی، اساس مقاطع فولادی ، آهن ، چدن وفولادهستند.سنگ آهن، مبنای ساخت و تولید آهن و فولاد می باشد. با گداختنسنگ آهندر کوره های آهن گدازی ، آهن خام تولید می گردد و با آهن خام نیز آهن معمولی ، چدن و فولاد را می سازند ، در واقع چدن و فولاد آلیاژهایی از آهن هستند.

settings پرکاربردترین این محصولات ، فلزات آهنی هستند و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهند. آهن فلزی سنگین ، درخشان و خاکستری رنگ است که از سنگ معدن آهن استخراج می گردد . چدن و فولاد نیز از آهن خام یا همان سنگ آهن تولید می گردد و با توجه به قیمت پایین و مقاومت بالای ترکیبات آهن، استفاده از آنها در صنایع مختلف اعم از ساختمانها ، اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ مقرون به صرفه بوده و توجیه اقتصادی دارد.


آهن در صنعت ساختمان به صورت مقاطع فولادی دیگر مانند

میلگرد،تیرآهن،ورق سیاه گالوانیزه رنگی روغنی،نبشی،ناودانی،میخ، پیچ و مهره و ... به کار می رود .

جهت آشنایی با تفاوت آهن، فولاد و چدن نیاز است ابتدا آشنایی اجمالی با هریک از این فلزات و ساختار تولید شده آنها داشته باشیم.

settingsسنگ آهن

سنگ آهن را برای تولید آهن، فولاد و چدن ، در کوره های گداز حرارت داده و محصول خام را می سازند. سنگ آهن مخلوطی از اکسیدهای این عنصر، نمک های معدنی ، سنگ آهک ، سیلیس ، آلومین و ... می باشد . از چهار نوع سنگ می توان در کوره آهن گدازی استفاده نمود.

1- هیدروکسیدها
2-
اکسیدها
3-
کربنات
4-
سولفور

سنگ آهن مغناطیسی با مگنتیت که ۶۸ درصد وزنش آهن دارد و سنگ آهن سرخ یا هماتیت که ۶۰ درصد وزنش این عنصر را دارد، در دسته هیدروکسیدها قرار می گیرند و در تولید فلزات مورد استفاده قرار می گیرند.
سنگ آهنی لیمویی تا قهوه ای که 50 درصد وزنش این عنصر را دارد و در دسته اکسیدها قرار میگیرند.
سنگ آهن را پس از استخراج از معدن در سنگ شکن خرد کرده و با انجام عملیاتی خاص آن را برای ورود به کوره آماده می کنند .در ادامه شما را با انواع آهن خام آشنا خواهیم کرد .

settingsانواع آهن خام

کربن ، عامل تفاوت انواع آهن و فلزات آهنی است. میزان کربن در آهن نیز، خاصیت و ویژگی آهن، فولاد و چدن را مشخص می سازد. میزان کربن در آهن خام زیاد است بنابراین ترد بوده و قابلیت چکش خواری و نورد شدن نخواهد داشت زیرا در اثر ضربه خرد می شود ، کربن همچنین دمای ذوب فلزات را نیز کاهش می دهد .

از انواع آهن خام، آهن خالص و آهن معمولی می باشد که میزان کربن آنها از آهن خام کمتر است.

settingsآهن معمولی ( آهن)
این آهن حدود 2 درصد کربن دارد و از طریق کربونیزاسیون آهن خام به همراه مقداری آهن قراضه در کوره به دست خواهد آمده ، دمای ذوب آن پایین و حدود 1130 درجه سانتی گراد بوده ، آهن در هوای نمناک زنگ می زند بنابراین نیاز به ضد زنگ و پوشش های محافظ دارد ، این فلز مصارف متعددی در صنایع مختلف ، ساخت ماشین آلات صنعتی و نیز ساختمان سازی دارد .

settingsآهن خالص ( آهن نرم آهن ورزید(

این آهن فقط 0.02 درصد کربن دارد و به دلیل مخلوط شدن مقداری سرباره با آن حالت فیبری به خود دارد ، دمای ذوب آن نسبتا بالا و حدود 1540 درجه سانتی گراد می باشد به همین علت جوشکاری با آن امکان پذیر نیست ، آهن خالص انعطاف پذیر است و مقاومت کششی بالایی دارا می باشد ، مقاومت آن در برابر خوردگی نیز زیاد است و همچنین آهن خالص مصرف ساختمانی ندارد بلکه از آن در ساخت چدن و فولاد استفاده می شود .

آهن خام بر اساس ساختارهای کریستالی خود، به دسته های زیر تقسیم بندی می شود.

settingsآهن خام سفید :
آهن خام سفید، در اثر سرد شدن آهن خام در سرعت زیاد تولید می شود و به این دلیل سفید است که کربن آن در سردشدن سریع، به گرافیت تبدیل نمی شود و رنگ آن روشن ( سفید نقره ای ) باقی می ماند. از آهن خام سفید در ساخت فلزات و فولادسازی استفاده می کنند. مقدار سیلیسیم در آهن خام سفید کم است و جنس آن سخت و ترد می باشد ، سطح شکسته آن نیز دارای دانه های ریز و روشن می باشد .

settingsآهن خام خاکستری :
آهن خام خاکستری، در اثر سرد شدن آهن خام در سرعت پایین تولید می شود و به این دلیل خاکستری است که کربن آن در سردشدن آهسته، به گرافیت تبدیل می شود و رنگ آن تیره باقی می ماند . از آهن خام خاکستری در ساخت چدن استفاده می شود. مقدار سیلیسیم در آهن خام خاکستری زیاد می باشد ، ترد نیست و از آهن خام سفید نرم تر است ، سطح شکسته آن نیز دارای دانه های درشت و خاکستری می باشد.

settingsآهن خام نیمه خاکستری :

جنس این آهن خام مابین آهن خام سفید و خاکستری است و در ساختن فولاد و چدن سخت به کار می رود.

settingsچدن چیست ؟

چدن، از آهن خام خاکستری تولید می شود که با مقداری قراضه آهن در کوره های مخصوص، ذوب می گردند تا مقداری از کربن آن بسوزد و ناخالصی هایی نظیر گوگرد و فسفر که خصوصیات آن را تا حد زیادی تحت تاثیر قرار می دهند ، به صورت سرباره خارج گردد ، حال فلز مذاب باقی مانده که حاوی مقداری منگنز نیز می باشد ، چدن نام دارد .
آلیاژهای چدن، آهن ، کربن ، منگنز و سیلیسیم است. منگنز چدن را سخت می کند و سیلیسیم هم سبب می شود که کربن چدن به صورت گرافیت در آید. میزان کربن در چدن 3.5-2 درصد وزن آن بوده و جنس چدن بستگی به سرعت سرد شدن و نیز جنس آهن خامی دارد که در ساخت آن مصرف می شود. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می‌باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند ، چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده می‌باشد ، چدن حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می‌شود قیمت نسبتا پایین و نیز ویژگی های چدن سبب استفاده از آن در صنایع مختلف شده است ، در صنعت ساختمان از چدن برای ساخت لوله های آب و فاضلاب ، نرده ، کف پوش ، یراق آلات و ... استفاده می شود .

settingsخواص چدن

چدن نیز به مانند آهن خام ، بدون حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل می شود ، ازاین رو قابلیت چکش خواری خوبی را دارا نمی باشد ، چدن سخت و شکننده است ، مقاومت آن در برابر آتش بیشتر از فولاد بوده و دیر زنگ می زند ، هریک متر چدن به ازای هر یک درجه افزایش دما ، 0.01 میلی متر افزایش طول خواهد داشت.

settingsانواع چدن

چدن نیز همانند آهن، انواع مختلفی دارند و همه آنها در برابر فشار مقاومت بالایی دارند.

settingsچدن سفید :
چدن سفید، در اثر سرد شدن چدن خام در سرعت زیاد تولید می شود و به این دلیل سفید است که کربن آن در سردشدن سریع، به گرافیت تبدیل نمی شود و رنگ آن روشن ( سفید نقره ای ) باقی می ماند. از چدن سفید در ساخت وسایل کوچک استفاده می کنند. مقدار سیلیسیم در چدن سفید کم است و جنس آن سخت و ترد می باشد به طوریکه قابل سوهان کشیدن نیست. سطح شکسته آن نیز دارای دانه های ریز و روشن می باشد .

settingsچدن خاکستری :
چدن خاکستری، در اثر سرد شدن چدن خام در سرعت پایین تولید می شود و به این دلیل خاکستری است که کربن آن در سردشدن آهسته، به گرافیت تبدیل می شود و رنگ آن تیره باقی می ماند. از چدن خاکستری در ساخت لوله های چدنی ، ناودانی ، پروفیل پنجره ، درپوش های چدنی کف خیابان ها ، شبکه چدنی ، یراق آالت و ... استفاده می کنند. چدن خاکستری نرم تر از چدن سفید است، جنس آن سخت و شکننده بوده و قابلیت چکش خواری دارد. سطح شکسته آن نیز دارای دانه های درشت و تیره می باشد .

settingsچدن نیمه خاکستری :
جنس آن بین چدن سفید و چدن خاکستری است.

settingsچدن سخت :
برای ساخت چدن سخت ، چدن را گرم کرده وسپس سطح خارجی آن را زود سرد می کنند و اجازه می دهند که داخل آن به آهستگی خنک گردد ، بدین ترتیب سطح آن چدن سفید و مغز آن چدن خاکستری بوده این چدن دیر ساییده می شود و از آن برای ساخت لوله های زیر دال پل ها استفاده می شود.

settingsچدن نرم :
برای این که مقاومت چدن در برابر ضربه بالا رود و بتوان آن را چکش کاری کرد ، تکه های چدن سفید و نیمه خاکستری را به همراه مقداری گرد سنگ اکسید آهن حرارت می دهند تا بخشی از کربن آن بسوزد ، تردی آن کم شده و نرم شود ، از این چدن در ساخت وسایل کوچک نظیر یراق در و پنجره ، کلید و قفل ، شیر آب و ... استفاده می کنند.

settingsفولاد چیست؟

فولاد یکی از معروف ترین آلیاژهای موجود است که بین 1.5-0.2 درصد کربن دارد. آهن خام سفید را با مقدار قراضه آهن ذوب می کنند تا کربن خود را از دست بدهد و برخی از ناخالصی های آن نیز به صورت سرباره خارج شود و فولاد را تولید می نمایند. در حال حاضر تقریبا 50 درصد تولید کنونی فولاد در دنیا از آهن قراضه است. فولاد از پرمصرف ترین فلزات آهنی است. عناصر موجود در فولاد، کربن ، سیلیسیم ، کرم ، گوگرد و فسفر می باشد .

settingsخواص فولاد

settingsفولاد به علت قابلیت شکل پذیری و مقاومت زیاد خود ، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی به حساب می آید ، خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژدهنده موجود در آن بستگی دارد.

انبساط حرارتی :با افزایش دما تا 100 درجه، فولاد 2 درصد منبسط می شود.
قابلیت شکل پذیري :فولاد را می توان به هر شکل دلخواهی در آورد.
قابلیت اتصال :با استفاده از اتصال خشک (پیچ و مهره یا تا کردن) و اتصال تر (جوشکاري) می توان قطعات مختلف فولادي را به یکدیگر متصل کرد.
اکسیداسیون :فولاد در برابر رطوبت و نمک ها به سرعت زنگ می زند و یا پوسیده می گردد. براي مقابله با زنگ زدگی فولاد می توان عناصري نظیر کرم، مس، وانادیم و نیکل را به آلیاژ آن اضافه کرد. همچنین براي جلوگیري از زنگ زدگی فولاد، می توان سطح آن را قلع اندود (حلبی)، روي اندود (آهن سفید) و یا با مواد آلی و پلاستیکی رنگ کرد.
settingsمقاومت هاي مکانیکی :مقاومت کششی فولادهاي مختلف متفاوت است. امروزه مقاطع مختلف فولاد را براساس مقاومت کششی آنها به نام ST33 ، ST37 ، ST45 ، ST50 ، ST52 نامگذاري می کنند. مقاومت فشاري، برشی، خمشی، ضربه اي و سختی فولادهاي مختلف بر حسب آلیاژ آن ها متفاوت است. خواص مکانیکی فولاد را می توان با عملیات مختلف گرمایی و سپس سرد کردن تحت شرایط مختلف، تغییر داد. سرد کردن فولاد می تواند به صورت سریع در آب یا روغن و یا به آهستگی به وسیله دستگاه خنک کننده یا در هوا صورت گیرد. تاثیر هریک از این روش ها بر فولاد متفاوت خواهد بود.

settingsانواع فولاد

کلی ترین دسته بندی برای فولاد بر حسب میزان کربن در آن است که بدین شرح است:

settingsفولاد نرم :
درصد کربن در این فولاد حداقل و حدود 0.2 درصد می باشد ، این فولاد را نمی توان در ابزار سازی به کار برد بلکه از آن برای ساخت پیچ و مهره، سیم خاردار ، چرخ دنده، لوله ، ورق فولادی و تیرهای فولادی مورد استفاده در سازه ساختمان ها استفاده می کنند.

settingsفولاد متوسط :
درصد کربن در این فولاد بین 0.6 -0.2 درصد می باشد ، این فولاد در ساخت ریل ، دیگ بخار و ماشین آلات به کار می رود.

settingsفولاد سخت :
درصد کربن در این فولاد زیاد و بین 1.5-0.6 درصد است ، از این فولاد برای ساختن ابزارآلات ، مته ، فنر، کارد و چنگال و ... استفاده می کنند ، همان طور که اشاره شد با افزودن برخی عناصر به فولاد ، فولادهای ویژه ای جهت مصارف خاص تولید می شود ، از جمله فولاد ضد زنگ ، فولاد مقاوم در برابر آب و هوا، فولاد مقاوم در برابر گرما و... .

settingsتفاوت آهن ، فولاد و چدن

در تمامی کارهای صنعتی همانند جوشکاری، ماشین کاری، مهندسی مواد و .... توانایی شناختن چدن از آهن از موضوعات پر اهمیت در صنعت ساخت و تولید می باشد.

آهن:آهن از فولاد کم کربن تولید می شود. کیفیت این نوع آلیاژ توسط درصد کربن و منگنز پایین مشخص می گردد. (کربن کمتر از 0.08 درصد و منگنز کمتر از 0.06 درصد)

فولاد :آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم ، کروم ، تیتانیم ، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. بیشترین حد کربن در فولاد، تقریباً ۲ درصد می باشد.

چدن:چدن آلیاژي از آهن و کربن است که عموما 3 تا 5 درصد کربن و 1 تا 3 درصد سیلیسیم دارد. میزان کربن چدن، از فولاد بیشتر است. چدن ها گروه مهمی از آلیاژهای ریخته گری هستند.
فولاد را در گذشته به صورت آلیاژي از آهن و کربن توصیف می کردند اما امروزه با وجود برخی از مهم ترین انواع فولاد نظیر فولادهای (Interstitial- Free(IF و فولادهاي زنگ نزن فریتی نوع 409 که در آنها کربن یک ناخالصی است که مقدار آن در حد چند جزء در میلیون است، دیگر نمی توان از توصیف آلیاژ آهن و کربن براي فولاد استفاده کرد. طبق تعریف، فولاد باید شامل حداقل 50 % آهن و یک یا چند عنصر آلیاژي دیگر باشد. این عناصر معمولا شامل کربن، منگنز، سیلیسیم، نیکل ، کرم ، وانادیم، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم و آلومینیوم هستند.

نقطه ی ذوب چدن پایین تر از نقطه ذوب آهن است.

چدن نسبت به آهن در مقابل خوردگی آسیب پذیر تر می باشد.

چدن بسیار خشک تر و خمش ناپذیرتر از فولاد و آهن می باشد.

در اینجا چند نکته ساده برای فهمیدن تفاوت بین چدن و آهن قابل ذکر است:

1- نگاه کردن به سطح دو فلز :سطح فلز آهن به رنگ خاکستری تیره و براق می باشد. فلز چدن ( چه چدن سفید چه چدن خاکستری) سطحی مات و کدر و رنگی خاکستری دارد.

2- تست جرقه (Spark Test) :در صورت وجود دستگاه سنگ رو میزی تست جرقه (Spark Test) را انجام می دهیم. با قرار دادن لبه ای از دو فلز زیر سنگ رومیزی و نگاه کردن به جرقه آن می توان تا حدی به ماهیت آن دو فلز پی برد.
-
اگر طول جرقه ها کم ، رنگ آن قرمز ، و نوک جرقه ها برفکی شکل باشد فلز چدن است.
-
اگر طول جرقه ها زیاد، رنگ آن سفید، و نوک جرقه ها چنگالی و سوزنی شکل باشد فلز آهن (فولاد کم کربن) است.

3- تست برادهچدن فلزی ترد است. پس براده ی آن نیز ترد و شکننده است. در صورت وجود دستگاه تراش یا فرز می توانیم قسمتی از یک نمونه فلز را ماشینکاری کنیم. اگر براده ناپیوسته باشد فلز چدن و اگر براده پیوسته باشد فلز آهن است. برای انجام این تست حتما نیازی به دستگاه تراش یا فرز نیست. با یک قلم تیز نیز می توان این آزمایش را انجام داد. به طوری که سعی کنیم یک لایه ی نازک از روی فلز برداریم. اگر لایه مانند نوار برداشته شد فلز آهن و اگر براده ها بسیار ریز برداشته شدند. فلز چدن است.

4- رنگ فلز ذوب شده آنها :
 
نمونه را زیر مشعل قرار داده و تا رسیدن به نقطه ذوب صبر می کنیم. در لحظه ذوب شدن رنگ فلز می تواند در تشخیص نوع آن به ما کمک کند:
اگر رنگ فلز گداخته شده قرمز باشد، فلز چدن است.
اگر رنگ فلز گداخته شده سفید باشد، فلز آهن است.