آهن عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Fe و عدد اتمی 26 است. آهن فلزی است که در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی قرار دارد. در حالت فلزی ، آهن در پوسته زمین نادر است ، وجود آهن به طور طبیعی بر روی سطح زمین عمدتا به شکل شهاب سنگ محدود می شود. در مقابل ، سنگ معدن آهن از فراوانترین عناصر پوسته زمین است ، سنگ آهن بیشتر به صورت ترکیب با عناصر دیگر همراه است که پس از استخراج از معادن طی فرآیند هایی ناخالصی های سنگ آهن را از آن تفکیک کرده وباعث بالا رفتن عیار آن می شوند. برای تولید آهن قابل استفاده به کوره یا کوره هایی نیاز است که بتوانند دمای معادل 1500 درجه سانتیگراد (2،730 درجه فارنهایت) تحمل کند که این مقدار، حدود 500 درجه سانتیگراد (900 درجه فارنهایت) بالاتر حرارت مورد نیاز برای ذوب مس است.
کاربرد آهن
کاربرد آهن بیشتر از تمامی فلزات است و چیزی نزدیک به 95 درصد فلزات تولید شده در کل جهان را تشکیل میدهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب با مواد دیگر استفاده از آن را بخصوص در صنایع ایی نظیر تولید خودرو ، کشتی سازی ، راه آهن ، ساختمان سازی و …….اجتناب ناپذیر می کند. اما آهن خالص بدلیل پایین بود خواص مکانیکی مانند استحکام و سختی و همچنین واکنش شیمایی آن با هوا که باعث اکسید شدن و یا به اصطلاح زنگ زدن آن میشود کاربرد چندانی ندارد بنابراین تمامی وسایلی که ما می بینیم اعم از بدنه خودرو ، چارچوب تجهیزات ساختمانی ، میز و صندلی و….. از آلیاژ های آهن ساخته شده اند.
به طور کلی آلیاژهای آهن را به دو دسته فولادی و چدنی تقسیم بندی میکنند:
آلیاژ فولاد
فلز آلیاژی است که هسته اصلی آن را عنصر آهن تشکیل میدهد. کربن نیز به بعنوان مهم ترین ماده آلیاژی آن شناخته میشود. هرچه میزان کربن بیشتر باشد استحکام بالا تر رفته ولی با بیشترین شدن استحکام میزان انعطاف پذیری نیز کمتر میشود و باعث ترد شدن و شکنندگی بیشتر آن میشود. عناصر ومواد تشکیل دهنده آلیاژ فولاد : معمولا چیزی نزدیک به ۲ درصد کربن ۳ درصد از آلیاژهای دیگر مانند کروم و منگنز و … 95 درصد مابقی نیز آهن می باشد. به طور کلی فولاد را به دو زیر دسته اصلی فولاد آلیاژی و فولاد ساده کربنی تقسیم بندی می کنند.
فولاد ساده کربنی که بیش از 90 درصد فولاد های تولید شده در این دسته قرار دارند خود به سه دسته تقسیم می شوند :
- فولاد ساده کم کربن : میزان کربن در حد کمتر از 0/25 درصد است
- فولاد ساده کربن متوسط : میزان کربن از 0/25 تا 0/65 درصد است
- فولاد ساده پرکربن : میزان کربن به طور معمول بیش از 0/65 درصد است
فولاد آلیاژی
هماگونه که در ابتدا مقاله ذکر کردیم فولاد خود یک آلیاژ است. اما به دلیل نیاز مواد وعناصر دیگری نیز به آن اضافه گردیده که به محصول بدست آمده فولاد آلیاژی گویند. فولا آلیاژی به دو دسته تقسیم بندی میشود. فولاد کم آلیاژ : کمتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در آن وجود دارد فولاد پر آلیاژ : بیش از ۸ درصد عناصر آلیاژی در محتوای خود داراست
فولاد آلیاژی انواع گوناگونی دارد که ما در اینجا به چند موردی که بیش از همه که استفاده دارند اشاره میکنیم:
- فولاد آلیاژی مولیبیدن دار
- فولاد آلیاژی منگز دار
- فولاد آلیاژی نیکل دار
- فولاد آلیاژی کروم دار
- فولاد آلیاژی تنگستن دار
- فولاد آلیاژی کلبات دار
- فولاد آلیاژی وانادیوم دار
آلیاژ چدن
همانگونه که گفتیم آهن به تنهایی در صنعت کاربردی ندارد برای استفاده به آن مواد وعانصر دیگری اضافه میکنند که مهم ترین آن ها کربن است تا میزانی که کربن تا 2 درصد جرم وزنی را تشکیل دهد به آلیاژ بدست آمده فولا د گویند زمانی که بیش از 2 درصد کربن استفاده شود به آلیاژ بدست آمده کربن چدن است. چدن بین 2 تا 6/67 درصد کربن همراه با عناصر دیگر به ویژه سیلسیم 1 تا 3 درصد است. آنچه مشخص است نحوه تولید چدن وفولاد همانند هم است و تکریباتی که برای ساخت آن ها استفاده می شود شبیه به یکدیگر است. البته لازم به ذکر است که برای مواردی از تکریبات دیگری در ساخت آنها استفاده میشود. تعداد زیادی از افراد در ظاهر چدن را با فولاد اشتباه گرفته و یا هیچ گونه تفاوتی را بین این دو آلیاژ نمی بینند ، در صورتی که تفاوت فاحشی در کاربری این دو فلز آلیاژی حاکم است و مهم ترین تفاوت آن ها میزان کربن استفاده شده در آن هاست.
کاربرد چدن
چدن بدلیل مقاومت بالا در برابر سایش وزنگ زدگی و قابلیت جکش خواری همینطور بدون داشتن حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل میشود قابلیت فوق العاده ایی در ریخته گری و شکل پذیری بالا و قیمت مناسب کابرد فروانی در صنعت دارند به طور مثال: در ساخت پوسته گیبرکس و سیلندر خودرو از چدن استفاده میشود زیرا چدن قابلیت جذب انرژی بالایی دارد و باعث کاهش میزان لرزش و صدا میشود در ساخت ظروف آشپز خانه ، به دلیل تحمل حرارت و فشار بالا نسبت لوله های پلاستیکی از چدن برای ساخت لوله ها وتاسیسات ساختمان استفاده میشود ، ساخت درپوش چاه‌های خیابان اما با گذر زمان در بعضی از صنایع جای خود را به فولاد داده است
انواع چدن به اختصار
1چدن خاکستری
2 چدن سفید
3 چدن مالیبل
4 چدن داکتیل
5 چدن گرافیت فشرده
