مهمترین تفاوت و فرق آهن ، فولاد و چدن را میدانید؟

مهمترین تفاوت و فرق آهن ، فولاد و چدن را میدانید؟

مهمترین تفاوت و فرق آهن ، فولاد و چدن را میدانید؟ آهن و فلزات آهنی اساس مقاطع فولادی، آهن، چدن و ​​فولاد هستند. سنگ آهن مبنای ساخت و تولید آهن و فولاد می باشد. با گداخته شدن سنگ آهن در کوره های ذوب آهن، آهن خام و با آهن خام، آهن معمولی را به چدن و ​​فولاد تبدیل می کنند. در واقع چدن و ​​فولاد آلیاژهای آهن هستند.

پرمصرف ترین این محصولات فلزات آهنی هستند که 95 درصد از فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهند. آهن فلزی سنگین، براق و خاکستری است که از سنگ آهن استخراج می شود.

چدن و ​​فولاد نیز از آهن خام یا سنگ آهن تولید می شود و به دلیل قیمت پایین و استحکام بالای ترکیبات آهن، استفاده از آنها در صنایع مختلف اعم از ساختمان، خودرو، بدنه کشتی های بزرگ اقتصادی و توجیه اقتصادی دارد.

آهن در صنایع ساختمانی به صورت مقاطع فولادی دیگر مانند میلگرد، تیرآهن، ورق گالوانیزه روغنی مشکی، نبشی، ناودانی، میخ، پیچ و مهره و … کاربرد دارد.

مهمترین تفاوت و فرق آهن ، فولاد و چدن را میدانید؟

آهن چیست؟

سنگ آهن در کوره های گداز برای تولید آهن، فولاد و چدن گرم می شود و به محصول خام تبدیل می شود. سنگ آهن مخلوطی از اکسیدهای این عنصر، نمک های معدنی، سنگ آهک، سیلیس، آلومینا و … است که در کوره های گداز آهن از چهار نوع سنگ می توان استفاده کرد.

1- هیدروکسیدها

2- اکسیدها

3- کربنات

4- سولفور

سنگ آهن مغناطیسی با مگنتیت که 68 درصد وزنش آهن دارد و سنگ آهن سرخ یا هماتیت که 60 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.

انواع آهن خام

کربن تفاوت بین آهن و فلزات آهنی است میزان کربن موجود در آهن نیز تعیین کننده خواص آهن فولاد و چدن است. مقدار کربن در آهن خام زیاد است بنابراین شکننده است و نمی توان آن را چکش کاری و نورد کرد زیرا در اثر ضربه خرد می شود، کربن همچنین دمای ذوب فلزات را کاهش می دهد.

نوعی آهن خام، آهن خالص و آهن معمولی است که کربن کمتری نسبت به آهن خام دارد.

آهن معمولی (آهن):

این آهن حدود 2 درصد کربن دارد و از طریق کربنیزاسیون آهن خام با مقداری ضایعات آهن در کوره به دست خواهد آمد، دمای ذوب آن کم و حدود 1130 درجه سانتیگراد است، آهن در هوای مرطوب زنگ می زند، بنابراین نیاز به ضد خوردگی و پوشش های محافظ، این فلز کاربردهای متعددی در صنایع مختلف، ساخت ماشین آلات صنعتی و ساختمانی دارد.

آهن خالص (آهن نرم – آهن ورزیده):

این آهن تنها 0.02 درصد کربن دارد و به دلیل اختلاط مقداری سرباره با آن حالت الیافی دارد، دمای ذوب آن نسبتاً بالا و حدود 1540 درجه سانتی گراد است، بنابراین امکان جوشکاری با آن وجود ندارد، آهن خالص انعطاف پذیر است. و استحکام کششی بالایی دارد، مقاومت آن در برابر خوردگی نیز زیاد است و همچنین از آهن خالص در ساختمان سازی استفاده نمی شود، اما در ساخت چدن و ​​فولاد از آن استفاده می شود.

آهن خام بر اساس ساختار کریستالی به دسته های زیر تقسیم می شود.

آهن خام سفید:

آهن خام سفید از سرد شدن سریع آهن خام تولید می شود و سفید است زیرا کربن آن با سرد شدن سریع به گرافیت تبدیل نمی شود و رنگ آن روشن می ماند (سفید نقره ای). از آهن خام سفید در ساخت فلزات و فولادسازی استفاده می شود.

مقدار سیلیکون در آهن خام سفید کم و مواد آن سخت و شکننده است، سطح شکسته آن نیز دارای دانه های ریز و سبک است.

آهن خام خاکستری:

آهن خام از سرد شدن آهن خام در سرعت های پایین تولید می شود و بنابراین خاکستری است که کربن آن در سرد شدن آهسته به گرافیت تبدیل می شود و رنگ آن تیره می ماند. برای ساخت چدن از آهن خام خاکستری استفاده می شود.

مقدار سیلیکون در آهن خام خاکستری زیاد است، شکننده نیست و از آهن خام سفید نرمتر است، سطح شکسته آن نیز دانه های درشت و خاکستری دارد.

آهن نیمه خاکستری:

جنس این آهن خام بین آهن خام سفید و خاکستری است و در ساخت فولاد سخت و چدن استفاده می شود.

چدن چیست؟

چدن از آهن خاکستری به دست می آید که با مقداری ضایعات آهن در کوره های مخصوص ذوب می شود تا مقداری از کربن آن بسوزانند و ناخالصی هایی مانند گوگرد و فسفر که بر خواص آن تأثیر زیادی می گذارد، به شکل زمانی که سرباره بیرون می آید، فلز مذاب باقی مانده که حاوی مقداری منگنز نیز می باشد، چدن نامیده می شود.

آلیاژهای چدن، آهن، کربن، منگنز و سیلیسیم . منگنز چدن را سخت می‌کند و سیلیسیم باعث می‌شود کربن چدن گرافیت ایجاد کند. 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 1470-1420 k است که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آن را به اولین محصول مذاب پس از حرارت دادن همزمان کربن و آهن تبدیل می کند.

چدن بسیار محکم، سخت و شکننده است چدن حتی چدن گرمای سفید باعث شکستن اجسام می شود. قیمت نسبتا پایین و همچنین خواص چدن باعث استفاده از آن در صنایع مختلف شده است. در صنعت ساختمان از چدن برای ساخت لوله های آب و فاضلاب، نرده، کفپوش، یراق آلات و … استفاده می شود.

خواص چدن

چدن مانند آهن خام بدون خمیر از جامد به مایع تبدیل می شود، بنابراین چکش خواری خوبی ندارد، چدن سخت و شکننده است، مقاومت آن در برابر آتش بیشتر از فولاد است و دیر زنگ می زند،

هریک متر چدن به ازای هر یک درجه افزایش دما ، 0.01 میلی متر افزایش طول خواهد داشت.

انواع چدن

چدن نیز مانند آهن انواع مختلفی دارد که همگی در برابر فشار بسیار مقاوم هستند.

چدن سفید:

چدن سفید از سرد شدن چدن خام با سرعت بالا تولید می شود و سفید است زیرا کربن آن در سرد شدن سریع به گرافیت تبدیل نمی شود و رنگ آن روشن می ماند (سفید نقره ای).

از چدن سفید برای ساخت اقلام کوچک استفاده می شود مقدار سیلیسیم در چدن سفید کم و مواد آن سخت و شکننده است به طوری که قابل سوهان نیست. سطح شکسته آن نیز دارای دانه های ریز و روشن است.

مهمترین تفاوت و فرق آهن ، فولاد و چدن را میدانید؟

چدن خاکستری:

چدن خاکستری از سرد شدن چدن خام با سرعت کم تولید می شود و به همین دلیل است که کربن آن در سرد شدن آهسته به گرافیت تبدیل می شود و رنگ آن تیره می ماند. از چدن خاکستری در ساخت لوله های چدنی، ناودانی، پروفیل های پنجره، پوشش کف چدنی، شبکه های چدنی، یراق آلات و غیره استفاده می شود.

چدن خاکستری نرمتر از چدن سفید است، جنس آن سخت و شکننده بوده و چکش خوار است. سطح شکسته آن نیز دانه های درشت و تیره دارد.

چدن نیمه خاکستری:

از چدن سفید و چدن خاکستری ساخته شده است.

چدن سخت:

برای ساخت چدن سخت، چدن را گرم می کنند و سپس سطح بیرونی را به سرعت خنک می کنند و اجازه می دهند داخل آن به آرامی خنک شود، بنابراین سطح چدن سفید و هسته آن چدن خاکستری است. این چدن دیر فرسوده می شود و از آن برای ساخت لوله های زیر دال پل ها استفاده می شود.

حتما بخوانید» چگونه زنگ زدگی را با محلول ها از بین ببریم؟

چدن نرم:

برای اینکه مقاومت چدن در برابر ضربه افزایش یابد و بتوان آن را چکش کرد، تکه های چدن سفید و نیمه خاکستری را به همراه مقداری سنگ اکسید آهن گرد حرارت می دهند تا مقداری کربن آن بسوزد و شکنندگی آن کاهش یابد و نرم شود. از این چدن در ساخت وسایل کوچک مانند یراق آلات در و پنجره، کلید و قفل، شیرآلات و … استفاده می شود.

فولاد چیست؟

فولاد یکی از محبوب ترین آلیاژهای موجود با کربن بین 1.5 تا 0.2 درصد است. آهن سفید خام با مقداری آهن قراضه ذوب می شود تا کربن خود را از دست بدهد و مقداری از ناخالصی های آن به صورت سرباره برای تولید فولاد آزاد می شود.

در حال حاضر حدود 50 درصد از تولید فعلی فولاد جهان را آهن قراضه تشکیل می دهد. فولاد یکی از پرکاربردترین فلزات آهنی است. عناصر موجود در فولاد کربن، سیلیکون، خامه، گوگرد و فسفر هستند.

خواص فولاد

فولاد به دلیل شکل پذیری و استحکام بالا یکی از مهمترین مصالح ساختمانی است خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزات آلیاژی در آن بستگی دارد.

✅ انبساط حرارتی : با افزایش دما تا 100 درجه ، فولاد 2 درصد منبسط می شود.

✅ قابلیت شکل پذیری : 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 (جوشکاری) می توان قطعات مختلف فولادی را به یکدیگر متصل کرد.

✅ اکسیداسیون : فولاد در برابر رطوبت و نمک ها به سرعت زنگ می زند و یا پوسیده می گردد. برای مقابله با زنگ زدگی فولاد می توان عناصری نظیر کرم ، مس ، وانادیم و نیکل را به آلیاژ آن اضافه کرد. همچنین برای جلوگیری از زنگ زدگی فولاد ، می توان سطح آن را قلع اندود (حلبی) ، روی اندود (آهن سفید) و یا با مواد آلی و پلاستیکی رنگ کرد.

مقاومت های مکانیکی: استحکام کششی فولادهای مختلف متفاوت است. امروزه مقاطع مختلف فولاد بر اساس مقاومت کششی آنها ST33، ST37، ST45، ST50، ST52 نامگذاری می شوند. استحکام فشاری، برشی، خمشی، ضربه ای و سختی فولادهای مختلف با توجه به آلیاژ آنها متفاوت است.

خواص مکانیکی فولاد را می توان با عملیات حرارتی مختلف و سپس خنک شدن در شرایط مختلف تغییر داد. خنک سازی فولاد را می توان به سرعت در آب یا روغن یا به آرامی با خنک کردن یا در هوا انجام داد. تاثیر هر یک از این روش ها بر روی فولاد متفاوت خواهد بود.

انواع فولاد

کلی ترین طبقه بندی فولاد از نظر محتوای کربن به شرح زیر است:

فولاد نرم:

درصد کربن در این فولاد حداقل و حدود 0.2 درصد است. از این فولاد در ابزارسازی نمی توان استفاده کرد، اما از آن برای ساخت پیچ و مهره، سیم خاردار، چرخ دنده، لوله، ورق فولادی و تیرهای فولادی مورد استفاده در سازه استفاده می شود. استفاده از ساختمان ها

فولاد متوسط:

درصد کربن در این فولاد بین 0.6-0.2 درصد است، از این فولاد در ساخت ریل، دیگ بخار و ماشین آلات استفاده می شود.

فولاد سخت:

درصد کربن در این فولاد بالا و بین 1.5-0.6 درصد است، از این فولاد برای ساخت ابزار، مته، فنر، کارد و چنگال و … استفاده می شود. اهداف از جمله فولاد ضد زنگ، فولاد مقاوم در برابر آب و هوا، فولاد مقاوم در برابر حرارت و…

تفاوت بین آهن، فولاد و چدن

در کلیه کارهای صنعتی مانند جوشکاری، ماشینکاری، مهندسی مواد و غیره، توانایی شناخت چدن از آهن یکی از مهمترین مسائل در صنعت ساخت و ساز می باشد.

آهن: آهن از فولاد کم کربن تولید می شود کیفیت این نوع آلیاژ با درصد کم کربن و منگنز تعیین می شود. (کربن کمتر از 0.08٪ و منگنز کمتر از 0.06٪)

فولاد: آهن مذاب تصفیه شده با افزودن مقدار معینی کربن و فلزات آلیاژی مانند وانادیم، کروم، تیتانیوم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می شود. حداکثر محتوای کربن در فولاد تقریباً 2٪ است.

چدن: چدن آلیاژی از آهن و کربن است که عموماً حاوی 3 تا 5 درصد کربن و 1 تا 3 درصد سیلیسیم است. چدن دارای محتوای کربن بالاتری نسبت به فولاد است. چدن ها گروه مهمی از آلیاژهای ریخته گری هستند.

فولاد را در گذشته به صورت آلیاژی از آهن و کربن توصیف می کردند اما امروزه با وجود برخی از مهم ترین انواع فولاد نظیر فولادهای (Interstitial- Free(IF و فولادهای 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 برای فولاد استفاده کرد. طبق تعریف ، فولاد باید شامل حداقل 50 % آهن و یک یا چند عنصر آلیاژی 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 وجود دارد که به شما در درک تفاوت بین چدن و ​​آهن کمک می کند:

1- نگاه به سطح دو فلز: سطح فلز آهن خاکستری تیره و براق است. چدن (چه چدن سفید و چه چدن خاکستری) سطحی مات و 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 براده : چدن 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.