آیا فولاد همان آهن است؟

یکی از فلزهای مهم که همواره مورد توجه انسان قرار داشته است و دارد، آهن می باشد. پس از کشف آهن تغییرات عظیمی در زندگی انسان رخ داد. استفاده از این فلز در ساختمان سازی، صنایع خودروسازی و غیره موجب پیشرفت روزافزون تمدن بشری شده است. به تدریج و با گذشت زمان استفاده از آلیاژهای این فلز گران بها نیز افزایش یافت و بیش از پیش موجب رشد تکنولوژی شدند. از جمله آلیاژهای مهم این فلز می توان به چدن و فولاد اشاره کرد. بنابراین در پاسخ به این سوال که آیا فولاد همان آهن است؟

باید بگوییم خیر فولاد، آلیاژی از آهن است. در طول این محتوا در این باره بیشتر صحبت خواهیم کرد. توصیه می کنیم ما را همراهی کنید.

آیا فولاد همان آهن است؟

برای پاسخ به این سوال لازم است ابتدا به معرفی جزئی فلز آهن بپردازیم. آهن یکی از عناصر شیمیایی موجود در جدول تناوبی است. نماد این عنصر در جدول تناوبی Fe است. مشخصات این عنصر در جدول زیر ارائه شده است.

نام عنصر	جنس	عدد اتمی	نماد
آهن	فلز	26	Fe

 

آهن چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین است. قسمت عمده هسته درونی و بیرونی کره زمین از عنصر آهن تشکیل شده است. اولین فلز فراوان در پوسته زمین آلومینیوم است. پس از آلومینیوم، آهن دومین فلز فراوان در پوسته زمین می باشد. آهن خالص دارای سطح صاف و آینه مانند است. آهن به آسانی با آب و اکسیژن واکنش داده و به رنگ قهوه ای تا سیاه مشاهده می شود.

این مقاله را حتما بخوانید: فولاد چگونه ساخته می‌شود؟ مراحل ساخت فولاد

نخستین بار 1500 سال قبل از میلاد مسیح فلز آهن از سنگ معدن آن ذوب شده و مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از این فلز چنان موجب رشد قدرت اقتصادی و سیاسی جوامع دارنده آن شد که عصر آهن را در تاریخ بشریت آغاز کرد. امروزه آلیاژهای فلزی را می توان در دو دسته کلی جای داد، آلیاژهای آهنی و غیرآهنی. آلیاژهای آهنی را نیز می توان به دو دسته کلی یعنی فولاد و چدن تقسیم بندی کرد.

 

خیر. فولاد آلیاژی است که از فلز آهن تهیه می شود. فولاد یا Steel آلیاژی است که از آهن تهیه شده و حداکثر دو درصد حجم آن از کربن تشکیل شده است. خواص این آلیاژ به وسیله تغییر در حجم کربن مورد استفاده در تولید آن، تغییر خواهند کرد. استحکام کشش نهایی این آلیاژ (فولاد) ساخته شده از آهن بسیار بیشتر از خود آهن است. همچنین قیمت مناسب تری نسبت به آهن دارد. به همین دلیل استفاده از آن در صنایع مختلف از جمله ساختمان سازی، کشتی سازی، تجهیزات نظامی و غیره پرکاربرد است.

برای پاسخ کامل تر به سوال آیا فولاد همان آهن است؟ به ذکر یک سری توضیحات مختصر در مورد فولاد خواهیم پرداخت. یکی از پرتولیدترین مواد ساخت بشر، فولاد است. سالانه معادل 1.6 میلیارد تن فولاد در جهان تولید می شود. لازم به ذکر است که چگالی فولاد با توجه به مواد مورد استفاده در ساخت آلیاژ آن متفاوت است. به طور کلی چگالی این ماده حداقل 7750 و حداکثر 8050 کیلوگرم بر متر مکعب است.

این مقاله را حتما بخوانید: ورق فولادی چیست؟ انواع ورق فولادی در صنعت

آهن معمولا به صورت سنگ معدن یافت می شود. از جمله سنگ معدن های آهن می توان به مگنتیت و هماتیت اشاره کرد. در حالی که فولاد را از طریق سوزاندن کربن موجود در آهن خام سفید و افزودن اندکی کربن می توان به دست آورد. بنابراین آهن منشا طبیعی دارد در حالی که فولاد منشا انسان ساخت دارد. لازم است بیان کنیم که برای تولید فولاد از دو روش کلی خمیری کردن و ذوب کردن بهره می برند. همانطور که ذکر کردیم فولاد یک آلیاژ تهیه شده از آهن است. آلیاژهای فولاد را می توان در دو دسته بالا و پایین قرار داد. فولاد آلیاژ بالا را می توان در دو دسته فولاد ضد زنگ و ابزاری جای داد. در حالی که آلیاژ پایین را می توان در سه دسته کربن بالا، کربن متوسط و کربن پایین جای داد. انواع فولاد استاندارد در جدول زیر ارائه شده است.

فولاد هیپویوتکتوئید

فولاد یوتکتوئید

فولاد هایپریوتکتوئید

 

انواع آلیاژهای آهن

ما در بالا توضیحاتی در خصوص تفاوت آهن و فولاد ذکر کردیم. سوال دیگری که قصد داریم در این محتوا به آن پرداخته و پاسخگوی آن باشیم، این است، تفاوت فولاد با چدن چیست؟ در این بخش از محتوا به پاسخ این سوال خواهیم پرداخت. قبل از اینکه به بیان توضیحات کلی بپردازیم ابتدا به نمودار زیر توجه داشته باشید.

ما در بالا به این سوال که آیا فولاد همان آهن است؟ پاسخ دادیم. حال برای پاسخ به این سوال که تفاوت فولاد با چدن چیست؟ لازم است به بیان خصوصیات و انواع چدن بپردازیم. همانطور که در نمودار بالا مشخص است، چدن یکی از انواع آلیاژهای ساخته شده از آهن می باشد. در ساخت چدن از آهن، کربن و سیلیسیم استفاده می شود. علاوه بر کربن و سیلیسیم که در ساخت چدن استفاده می شوند، منگنز و گوگرد نیز برای تهیه چدن مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله ویژگی های چدن می توان به نقطه ذوب پایین، سیالیت بالا، ریخته گری آسان، ماشین کاری بالا، مقاومت به سایش و شکل ناپذیر بودن اشاره کرد.

این مقاله را حتما بخوانید: مواد خام مورد استفاده در فولاد سازی

شاید مهمترین تفاوت فولاد با چدن، نقطه ذوب این دو آلیاژ باشد. همچنین چدن بر خلاف فولاد، ریخته گری آسان تری دارد. با توجه به ویژگی هایی که در بالا برای چدن ذکر کردیم، استفاده از این آلیاژ در صنایع مختلف رواج دارد. از جمله صنایعی که از این آلیاژ استفاده می کنند می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• صنعت خودروسازی ( برای ساخت سر سیلندر، بلوک سیلندر و جعبه دنده استفاده می شود. )
• ساخت انواع ماشین آلات کشاورزی، راهسازی و غیره
• ساخت انواع لوله ها
• کشتی سازی
• واگن سازی

تفاوت فولاد با چدن چیست؟

فولاد در واقع یکی از آلیاژهای آهن است. فولاد در انواع مختلف ساخته می شود. تفاوت انواع فولاد در میزان کربن به کار رفته در ساختار آنها است. با توجه به آنچه در نمودار بالا ذکر شده است، چدن نیز یکی دیگر از انواع آلیاژهای ساخته شده از آهن است. ما در پاراگراف های بالایی متن، برخی تفاوت های میان فولاد و چدن را ذکر کرده ایم.

یکی از بزرگترین تفاوت های میان فولاد و چدن، تفاوت در میزان کربن موجود در ساختار آن ها است. بر این اساس آلیاژی از آهن که کربن به کار رفته در آن در بازه یک تا دو درصد باشد را فولاد می گویند. حال آن که آلیاژی از آهن که کربن به کار رفته در آن در بازه دو تا شش درصد باشد را چدن مینامند.

تفاوت دیگر فولاد و چدن در نوع کربن قابل استفاده در ساختار آنها است. بر این اساس کربن به کار رفته در ساختار فولاد سمنتیت (Fe₃C) است. در حالی که کربن به کار رفته در ساختار چدن به شکل گرافیت است و زمینه پراکنده دارد. با توجه به نوع کربن متفاوت در ساختار فولاد و چدن، تفاوت هایی در خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن ها ظاهر خواهد شد.

اگر بخواهیم یک تعریف کاملا تخصصی از چدن ارائه دهیم می توانیم چنین بیان کنیم. آلیاژهای کربن – آهن که میزان کربن آنها بیشتر از 2.11 درصد می باشد، طی فرایند خنک سازی واکنش یوتکتیک را تجربه خواهند کرد. چنین آلیاژی به چدن تبدیل خواهد شد. انواع چدن را می توانید در جدول زیر به صورت خلاصه مشاهده کنید.

نام چدن	ویژگی ها
چدن خاکستری	این چدن در استانداردهای مختلف تولید می شود. با توجه به استاندارد تولید شده می تواند در موارد مختلف مورد استفاده قرار گیرد. به طور مثال استاندارد ASTM A 74 برای لوله ها و اتصالات فاضلاب به کار گرفته می شود.
چدن خاکستری و سفید آلیاژ بالا	این چدن دارای سه استاندارد مختلف است.
چدن چکش خوار	این چدن برای ساخت اتصالات راه آهن، دریایی و سایر خدمات سنگین مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومت دمایی این آلیاژ تا 345 درجه سلسیوس می باشد.
چدن نشکن	برای ساخت این چدن نیز استانداردهای مختلف وجود دارد. به طور مثال برای ساخت غلتک های خشک کن در کارخانجات کاغذ سازی از چدن های نشکن استفاده می شود.