تعریف و تفاوت آهن، چدن و فولاد (قسمت اول)

درمقاله پیش رو قصد داریم مطالب مفصلی درخصوص تعریف و تفاوت آهن و چدن، روش تولید، انواع و کاربردشان بپردازیم. در مقاله بعد به بیان ادامه توضیحات در خصوص فولاد و تفاوت این سه عنصر با یکدیگر خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

آهن چیست

پایه اصلی در تولید فولاد، سنگ آهن است. در ابتدا سنگ آهن را در کوره های مخصوص گداخته و آهن خام تولید می شود. در مرحله بعد به وسیله آهن خام به تولید آهن معمولی، فولاد و چدن می پردازند.

نود و پنج درصد فلزاتی که در جهان وجود دارند، فلزات آهنی هستند. آهن یک نوع فلز با وزن زیاد و رنگ خاکستری است و به دلیل دو ویژگی قیمت مناسب و مقاومت بالا کاربرد زیادی دارد. مثلا در صنایع مختلفی مانند ساخت و ساز، ماشین سازی و صنعت کشتی سازی استفاده می شود.

اشکال آهن مصرفی در صنعت ساخت و ساز

آهن آلات مصرفی در صنعت ساخت و ساز در اشکال مختلف همچون : تیرآهن، ورق گالوانیزه، میلگرد، ناودانی، نبشی و … استفاده می شود.

عامل تفاوت آهن آلات

عامل مهمی که باعث تفاوت در انواع گوناگون آهن آلات و سایر فلزات می شود، کربن است. درواقع این میزان کربن است که ویژگی های فولاد، چدن و آهن را از یکدیگر متمایز می کند. وقتی اندازه کربن موجود در آهن زیاد باشد، همین عامل باعث خاصیت چکش خواری آهن می شود. چون در حالت عادی با خوردن ضربات خرد شده و می شکند.

آهن خام به دو گروه دسته بندی می شود

• آهن معمولی
• آهن خالص

آهن معمولی

در این خصوص می توان گفت که میزان کربن موجود در این نوع آهن دو درصد است. از دیگر ویژگی های آن اینکه دمای ذوب پایینی دارد همچنین این آهن در محیط مرطوب دچار زنگ زدگی می شود. برای جلوگیری از زنگ زدگی از ضد زنگ استفاده می کنند. موارد مصرف این فلز بسیار بالا بوده و تقریبا در تمامی صنایع رد پای آن به چشم می خورد.

آهن خالص

میزان کربن موجود در آهن خالص 0.02 است. این فلز دمای ذوب بالایی دارد، به همین خاطر نمی توان بر روی آن جوشکاری کرد. از دیگر خصوصیات آهن خالص خاصیت انعطاف و کشش پذیری بالا است.

آهن خالص مقاومت زیادی درمقابل خوردگی دارد. این نوع آهن را در ساختمان سازی استفاده نمی کنند بلکه برای تولید فولاد و چدن مصرف می شود.

انواع آهن خام

در یک دسته بندی انواع آهن خام به چند گروه تقسیم می شوند که در ادامه به ذکر آن می پردازیم

• آهن خام سفید
• آهن خام خاکستری
• آهن خام نیمه خاکستری

آهن خام سفید

وقتی آهن خام با سرعت بالا سرد شود، آهن خام سفید به دست می آید. علت نام گذاری این آهن، رنگ سفید نقره ای آن است. از این آهن برای ساخت فلزات مصرف می شود.

آهن خام خاکستری

این مورد برخلاف مورد قبلی است. و چون آهن خام را با سرعت پایین خنک می کنند، آهن خام خاکستری بدست می آید. علت نامگذاری آن، رنگ تیره و خاکستریش می باشد. از موارد مصرف آن اینکه به وسیله این آهن، چدن تولید می کنند. این آهن به نسبت آهن خام سفید، نرم تر است.

آهن خام نیمه خاکستری

جنس این آهن چیزی ما بین دو مورد قبلی است و از آن برای تولید فولاد و چدن استفاده می شود.

چدن چیست

چدن از آهن خام خاکستری به وجود می آید به این صورت که آن را با درصدی از آهن قراضه در کوره به درجه ذوب می رسانند. علت کار این است که کربن موجود در آن سوخته و آلیاژهای اضافه آن همچون فسفر و گوگرد خارج شود. به نتیجه کار که در آن درصدی منگنز هم وجود دارد، چدن گفته می شود.

آلیاژهای موجود در چدن چیست

آلیاژهای موجود در چدن آهن، سیلیسیم، منگنز و … می باشند. از ویژگی چدن اینکه درجه مقاومت بالایی دارد و سخت و شکننده است. قیمت چدن مناسب و صرفه اقتصادی دارد و به همین دلیل پرمصرف است. به عنوان مثال در صنعت ساختمان سازی، به جهت تولید لوله، کف پوش، نرده و …کاربرد دارد.

ویژگی های چدن

چدن بدون آنکه به حالت خمیری دربیاید، از حالت جامد به مایع تبدیل می شود به همین دلیل چدن حالت چکش خواری نداشته و برای اینکار مناسب نیست. زیرا چدن سخت و شکننده است، همچنین مقاومت چدن مقابل آتش از فولاد بیشتر است. و به همین دلیل دیرتر دچار زنگ زدگی می شود. چدن در مقابل فشار درجه استحکام زیادی دارد.

انواع چدن

چدن دارای مدل های متعددی است که در ادامه به توضیح آن می پردازیم

• چدن سفید
• چدن خاکستری
• چدن نیمه خاکستری
• چدن سخت
• چدن نرم

چدن سفید

اگر فرآیند سرد کردن چدن خام، در زمان کم و با سرعت بالا انجام شود، محصول به دست آمده چدن سفید نامیده می شود. دلیل این نام گذاری رنگ سفید آن است. زمانی که فرآیند سرد شدن با سرعت بالا انجام می شود کربن موجود در آن تبدیل به گرافیت نشده و رنگش سفید نقره ای می شود.

میزان آلیاژ سیلیسیم در این چدن اندک است به همین علت چدن سفید حالت سخت و شکننده داشته و قابلیت سوهان کشی ندارد.

چدن خاکستری

این مورد دقیقا برعکس چدن سفید است. یعنی اگر فرآیند سرد شدن چدن خام با سرعت کم انجام شود چدن خاکستری بدست می آید. علت رنگ خاکستری آن این است که در حین سرد شدن با سرعت پایین کربن موجود در آن به گرافیت تبدیل می شود و به همین دلیل رنگ تیره آن باقی می ماند.

از جمله موارد مصرف چدن خاکستری تولید لوله های چدنی، یراق آلات، ناودانی، و … می باشد. این چدن از مورد قبلی نرم تر و سخت و شکننده است ولی مقاومت زیادی در برابر چکش خواری دارد.

چدن نیمه خاکستری

این گزینه چیزی ما بین دو مورد قبلی است.

چدن سخت

مورد دیگر از انواع چدن، چدن سخت است. روش تولید آن بدین شکل است که چدن را داغ می کنند و در مرحله بعدی لایه بیرونی آن را با سرعت بالا سرد می کنند اما در مورد لایه درونی آن هیچ عجله ای به کار نمی برند و داخل آن به سرعت پایین سرد می شود.

پس با اینکار لایه بیرونی آن چدن سفید، و لایه درونی آن را چدن خاکستری تشکیل می دهد. مزیت چدن سخت مقاومت بالای آن در برابر ساییدگی است و برای ایجاد لوله های زیر پل از این چدن استفاده می شود.

چدن نرم

به جهت اینکه حالت شکننده چدن کمتر شده و نرم تر شود و همچنین به دلیل اینکه می خواهند درجه استحکام چدن در مقابل ضربات زیاد شود و قابلیت چکش خواری آن بالا رود، چدن نرم را تولید می کنند.

روش تولید آن بدین شکل است که قسمت هایی از چدن سفید و خاکستری را با میزانی از خاک سنگ اکسید آهن داغ می کنند. اینکار باعث می شود که قسمتی از کربن آن سوخته و شکننده بودن آن نیز کاهش می یابد و چدن نرم حاصل می شود. موارد مصرف آن ایجاد اقلام کوچک، همچون کلید و قفل، شیرآب و … می باشد.

جمع بندی

در این مطلب به بیان توضیحات کاملی درخصوص تعریف آهن و چدن پرداختیم. گفتیم که آهن خام به دو دسته آهن معمولی و آهن خالص تقسیم می شوند. آهن خام نیز خود به سه گروه: آهن خام سفید، آهن خام خاکستری و آهن خام نیمه خاکستری دسته بندی می شود. چدن از آهن خام خاکستری به دست می آید و ویژگی ها و انواع زیادی دارد که در مقاله به طور کامل ذکر شده است.

توضیحات تکمیلی در مورد فولاد، و تفاوت آن با آهن و چدن در مقاله بعدی خدمت شما همراهان گرامی ارائه خواهد شد. با ما همراه باشید.

سوالات متداول