فلزات آهنی به فلزاتی می‌گویند که با استفاده از آهن تولید می‌شوند که عبارتند از آهن، چدن و فولاد. برای ساخت چدن و فولاد، سنگ آهن را در کوره گداخته می‌کنند تا آهن خام تولید شود و با استفاده از آن، چدن و فولاد را می‌سازند. با توجه به این موضوع، باید گفت که چدن و فولاد آلیاژهای آهن محسوب می‌شوند که برای ساخت آن‌ها ترکیبی از فلزات مختلف به کار می‌رود و در صورت لزوم، مواد افزودنی غیرفلزی نیز به ترکیب آن‌ها افزوده می‌شود. در ادامه قصد داریم برای توضیح بیشتر تفاوت آهن، فولاد و چدن، این سه فلز کاربردی را بیشتر مورد بررسی قرار دهیم؛ پس با ما همراه باشید.
آهن چیست؟
آهن یک فلز خاکستری-نقره‌ای رنگ است که بلورهای تشکیل‌دهنده آن در حالت خالص نرم هستند اما با اضافه کردن مقداری ناخالصی (برای مثال کربن)، می‌توان استحکام کافی را در آن ایجاد کرد. این ماده به دلیل ویژگی اکسید شدن در معرض رطوبت و اکسیژن، کمتر به شکل خالص مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش استخراج آهن بدین شکل است که در فرایندی با دمای بالا، اکسیژن را از سنگ‌های معدنی از جمله هماتیت و مگنتیت حذف می‌کنند تا آهن بدست آید.
جالب است بدانید که آهن چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین بوده و کارشناسان باور دارند که بیشتر هسته زمین از آهن تشکیل شده است. یک تفاوت آهن، فولاد و چدن این است که سطح آهن به رنگ خاکستری تیره و براق بوده در حالی که چدن سطحی مات و کدر به رنگ خاکستری دارد.
کاربردهای اصلی آهن
آهن یک ماده مهم در رژیم غذایی انسان‌ها است و در سالم بودن ما نقش مهمی ایفا می‌کند؛ اما این تنها کاربرد آهن نیست؛ این فلز در صنایع مختلف کاربردهای متنوعی دارد که در ادامه به برخی از مهم‌ترین آن‌ها اشاره خواهیم کرد:
- آهن در ساخت فولاد به کار می‌رود که در صنعت مهندسی عمران کاربردهای بسیاری داشته و در ساخت تیر، بتن تقویت‌شده و … از آن استفاده می‌کنند.
- آهن برای ساخت فولاد آلیاژی مانند فولادهای کربی با مواد افزودنی از جمله نیکل، کروم، وانادیوم و … کاربرد دارد که از این آلیاژها برای ساخت پل، دکل برق، زنجیر دوچرخه، لوله تفنگ و … استفاده می‌کنند.
- آهن و آلیاژهای آن در ساخت آهنربا به کار می‌روند.
- کاتالیزورهای آهن در فرایند هابر و برای تولید آمونیاک کاربرد دارند.
فولاد چیست؟
فولاد در گذشته به عنوان آلیاژی از آهن و کربن توصیف می‌شد اما اکنون به ماده‌ای گفته می‌شود که مقدار آهن آن از هر عنصر دیگری بیشتر بوده و میزان کربن آن از ۲ درصد کمتر است. یک تفاوت آهن، فولاد و چدن نیز در همین میزان کربن به کار رفته است. فولادها را از لحاظ عناصر آلیاژی به دو دسته فولادهای کربنی ساده و فولادهای آلیاژی تقسیم می‌کنند. برای تولید فولاد نیز دو روش وجود دارد که عبارتند از روش کوره بلند و روش احیا مستقیم (کوره قوس الکتریکی). در هر دوی این روش‌ها محصول نهایی فولاد مذاب است که باید پیش از انجام فرایندهای بیشتر، جامد شود.
کاربردهای اصلی فولاد
فرق بین آهن، فولاد و چدن این است که با استفاده از نورد سرد و گرم، انواع محصولات فولادی از ورق، زر ورق و لوله گرفته تا مقاطع و میلگرد به دست می‌آیند. این به صورت مستقیم در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند یا با استفاده از فرایندهای تولید تکمیلی، به شکل مورد نظر درمی‌آیند. کاربرد فولاد با توجه به نوع محصول به دست آمده، متفاوت است:
- اگر میزان کربن به کار رفته در فولاد بیشتر از سه دهم درصد باشد، از آن برای ساخت محصولاتی مانند پیچ، شفت، چرخ دنده و میل لنگ استفاده می‌شود.
- فولادهای پرکربن (به دلیل داشتن استحکام مکانیکی بالا) در ساخت ابزارهای مانند اره، تیغه و فنر به کار می‌روند.
از جمله صنایعی که فولاد در آن‌ها کاربرد دارد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تانکرسازی
- صنایع پتروشیمی
- سلاح نظامی
- سازه‌های زیرساختی
- کشتی‌سازی
- دیگ بخار
- ساخت قطعات زیرین خودروها
آهن و فولاد از پرکاربردترین مواد در صنعت هستند و مواد زیادی از این دو ساخته می‌شوند. قیمت این دو مواد، بر قیمت مشتقات آن‌ها هم تاثیر می‌گذارد. اگر می‌خواهید بدانید عوامل تاثیرگذار بر قیمت مقاطع آهنی و فولادی چه مواردی هستند، پیشنهاد می‌کنیم مقاله مرتبط آن را در مطالعه کنید.
چدن چیست؟
تفاوت آهن، فولاد و چدن این است که چدن یکی از آلیاژهای آهن و کربن بوده و در آن بیش از ۲ درصد کربن به کار می‌رود. این در حالی است که کربن به کار رفته در فولاد، کمتر از ۲ درصد است. تا اوایل قرن بیستم این ماده یکی از محبوب‌ترین مواد برای ساخت ظروف آشپزی بود زیرا قیمتی مقرون به صرفه و دوام بالایی داشت. به مرور زمان ظروف نچسب جای ظروف چدنی را گرفتند اما اکنون با افزایش نگرانی‌ها در مورد تأثیر مواد شیمیایی موجود در ظروف نچسب بر سلامتی ما و محیط زیست، دوباره این ظروف جایگاه خود را در بازار پیدا کرده‌اند.
از جمله ویژگی‌های مکانیکی چدن می‌توان به سختی، مقاومت، شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری، مقاومت کششی و بسیاری از ویژگی‌های کاربردی دیگر اشاره کرد. انواع چدن عبارتند از چدن خاکستری، سفید، قابل انعطاف و شکل پذیر که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند.
کاربردهای اصلی چدن
کاربرد چدن خاکستری به دلیل سختی زیاد، قابلیت ماشین‌کاری، کاهش لرزش، ظرفیت گرمای زیاد و هدایت حرارتی بالا، در ساخت بلوک سیلندر موتور احتراق داخلی، چرخ‌دنده، جعبه‌دنده، منیفولد و … است. چدن سفید به دلیل مقاومت در برابر سایش، در آسترهای پوسته، پمپ دوغاب، آسیاب توپی، میله بالابر، سنگ‌شکن و بسیاری از موارد دیگر به کار می‌رود. چدن انعطاف‌پذیر که به آن چدن چکش‌خوار هم می‌گویند، به دلیل مقاومت کششی و شکل‌پذیری خوب، در ساخت اتصالات و تجهیزات الکتریکی، ابزار دستی، اتصالات لوله، واشر، تجهیزات کشاورزی و قطعات ماشین استفاده می‌شود.
تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست
اکنون که می‌دانیم تفاوت آهن، فولاد و چدن از لحاظ کاربرد و ویژگی چیست، می‌توانیم به سایر تفاوت‌های این سه فلز بپردازیم:
- نقطه ذوب چدن از نقطه ذوب آهن پایین‌تر است.
- چدن در برابر خوردگی نسبت به آهن، بیشتر آسیب می‌بیند.
- چدن از فولاد و آهن خشک‌تر بوده و خمش‌ناپذیرتر است.
- سطح آهن به رنگ خاکستری تیره و براق است در حالی که چدن سطحی مات و کدر به رنگ خاکستری دارد.
- برای تشخیص ماهیت فلز، می‌توان از تست جرقه (با کمک دستگاه سنگ رو میزی) استفاده کرد. اگر طول جرقه کم، رنگ آن قرمز و نوک جرقه برفکی‌شکل باشد یعنی فلز چدن است. اگر طول جرقه زیاد، رنگ آن سفید و نوک جرقه چنگالی یا سوزنی‌شکل باشد می‌توان فهمید که فلز آهن است.
- یک راه دیگر استفاده از دستگاه تراش یا یک قلم تیز است که با کمک آن می‌توان تست براده را انجام داد. براده چدن، ترد و شکننده و ناپیوسته است در حالی که آهن براده‌ای پیوسته دارد.
سوالات متداول
در چدن و فولاد ضدزنگ کدام عنصر وجود دارد؟
چدن آلیاژی از آهن و کربن بوده و معمولا از ۳-۵ درصد کربن و ۱-۳ درصد سیلیسیم تشکیل می‌شود.
مهم‌ترین تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست؟
فولاد قابل‌انعطاف بوده و می‌توان با استفاده از چکش روی آن کار کرد، در حالی که چدن سخت بوده و از مقاومت فشاری بالایی برخوردار است.
سخن پایانی
آهن، فولاد و چدن هر سه فلزاتی مهم و پرکاربرد در صنایع مختلف هستند و در ساخت محصولات مهمی از جمله میلگرد و تیرآهن به کار می‌روند. در این مقاله به بررسی تفاوت آهن، فولاد و چدن پرداختیم و بررسی کردیم که هر یک از این فلزات مهم چه کاربردهایی در صنایع مختلف دارند.
