آهن یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی در جهان است که امکان رشد سریع بشر را فراهم می کند. ما در مورد آلیاژهای متداول کربن برای ساخت فولاد می دانیم، اما چه انواع مختلفی از چدن وجود دارد؟ در این پست وبلاگ همه آنها را توضیح خواهیم داد.
آهن چیست؟
آهن که حدود 35 درصد از جرم زمین را تشکیل می دهد، عنصری فراوان است که در اکثر قاره های جهان یافت می شود.
برای استخراج، سنگ آهن در معادن بزرگ ریختهگری باز استخراج میشود، سپس خرد شده و برای پالایش سنگ معدن فرآوری میشود. از آنجا می توان آن را با استفاده از کوره های بزرگ برای ذوب آهن ذوب کرد، پس از ذوب شدن، ناخالصی ها حذف می شوند و آهن برای پردازش بیشتر حرکت می کند.
تفاوت بین فرفورژه و چدن چیست؟
آهن فرفورژه
“فرفورژه” از کلمه آلمانی ” werken” به معنای “کار کردن” گرفته شده است، که دقیقاً به همین شکل ساخته شده است. صفحات آهنی چکش کاری می شوند، نورد می شوند و در حالی که گرم هستند شکل می گیرند تا هم شکل مورد نیاز را ایجاد کنند و هم استحکام مواد را افزایش دهند.
بنابراین، مواد تولید شده چکشخوار بوده و با استحکام کششی بالا، میتوان آن را دوباره گرم کرد و شکل داد و اصلاح و تعمیر آن نسبتاً ساده است.
خواص شیمیایی آهن فرفورژه
حاوی حدود 0.1٪ کربن، 0.25٪ ناخالصی (گوگرد، فسفر، سیلیکون) و 2٪ سرباره است که ترکیبی از اکسیدهای فلز و سیلیکون است که در طی فرآیند ذوب ایجاد می شود.
در حالی که کنترل می شود، ترکیب شیمیایی آهن فرفورژه به طور کلی به اندازه آلیاژهای فولادی مدرن نظارت نمی شود، که منجر به مواد کمی متغیرتر می شود.
سیلیکات آهن موجود در آهن فرفورژه به جلوگیری از خوردگی بیش از حد کمک می کند، به این معنی که محصولات آهن فرفورژه که در خارج باقی می مانند پتینه ای را تشکیل می دهند که معمولاً نیازی به رنگ آمیزی ندارد.
خواص فیزیکی آهن فرفورژه
به دلیل محتوای کربن و کار مواد، که شبیه آهنگری است، آهن فرفورژه دارای استحکام کششی بسیار بالایی است، در حدود 300 مگاپاسکال، که قابل مقایسه با فولادهای ساختاری مدرن است.
چدن
چدن را می توان به دو دسته متمایز تقسیم کرد: خاکستری و داکتیل که اولی نسخه اول و اصلی است و دومی یک نوع به روز شده و همه کاره تر است.
بیشتر چدن دارای خواص مشابه با فرفورژه است، اما حاوی کربن بیشتری است، حدود 2-4٪.
این محتوای کربن بالا به آن خواص مشخصه، سختی می دهد. چدن از ذوب سنگ آهن مانند فرفورژه ساخته می شود، اما به جای شکل دادن فیزیکی، فلز مذاب در قالب ریخته می شود.
آهن اولین مادهای نیست که ریختهگری میشود، اما به خوبی به این فرآیند کمک میکند و امکان تولید قطعات پیچیدهای را فراهم میکند که دارای استحکام نسبتاً بالایی هستند، اما با هزینه بسیار پایین.
خواص شیمیایی چدن
خاکستری یا چدن معمولاً حاوی حدود 2-4٪ کربن، با 1-3٪ سیلیکون و منگنز حدود 0.5٪ است. بسیاری از آهن های خاکستری نیز حدود 0.3 درصد مس دارند.
چدن به اندازه آهن فرفورژه در برابر خوردگی مقاوم نیست، به این معنی که برای جلوگیری از زنگ زدگی به نوعی پوشش نیاز دارد. رایج ترین نوع آن رنگ است که از نظر شیمیایی به سطح قطعه می چسبد و از خوردگی جلوگیری می کند.
خواص فیزیکی چدن
از ویژگی های اصلی چدن می توان به سختی، مقاومت در برابر سایش و سهولت ساخت اشاره کرد. با این حال، تولید معمولاً فقط مربوط به تولید اولیه است، زیرا جوشکاری چدن کاری دشوار برای اجرای موفقیت آمیز است.
سختی آن کمی بالاتر از فولاد کم کربن تجاری است و در حدود 86 چاه سنگ با فولاد ضد زنگ مطابقت دارد.
مزایای چدن و فرفورژه
مانند هر ماده دیگری، هم چدن و هم چدن فرفورژه کاربردهای خود را دارند که برخی از کاربردها برای هر کدام مناسب هستند.
مزایای چدن
- ارزان تر: چدن روشی ارزان برای ساخت قطعات پیچیده است که مواد اولیه آن کمتر از فولاد یا فرفورژه است.
- اشکال پیچیده: فرآیند ریختهگری اجازه میدهد تا اشکال تکرارپذیر و پیچیده از قالبها شکل بگیرد
- سختی: چدن دارای سطح سختی و مقاومت سایشی بالایی است که آن را برای استفاده در محیط های ساینده عالی می کند.
- میرایی ارتعاش – چدن به دلیل ساختار مولکولی خود دارای اثرات میرایی ارتعاشی عالی است
- حفظ گرما – حفظ گرمای عالی ناشی از چگالی بالای مواد است
مزایای استفاده از آهن فرفورژه
- استحکام: فرآیند ساخت و ترکیب قطعات ساخته شده از آهن فرفورژه را برای کاربردهای سازه ای مانند پل ها مناسب می کند.
- کار مجدد: بر خلاف چدن، آهن فرفورژه را می توان حرارت داد و دوباره کار کرد
- مقاومت در برابر خوردگی: آهن فرفورژه دارای مقاومت طبیعی در برابر زنگ زدگی است، به این معنی که مشکلات تعمیر و نگهداری کمتر و هزینه تکمیل
کاربردهای چدن
چدن صدها مورد استفاده در صنعت دارد و امروزه نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد:
- بدنه دریچه – توانایی تشکیل اشکال پیچیده، چدن را برای اجزای لوله کشی عالی می کند
- پوشش گیربکس در تجهیزات صنعتی – اثر سفتی و میرایی ارتعاش چدن برای قطارهای دنده ای عالی است.
- بلوک های موتور – ماشین کاری خوب در کنار حفظ حرارت و انعطاف پذیری ریخته گری، بلوک های موتور چدنی را بسیار مقرون به صرفه می کند.
- روتورهای ترمز – استحکام بالا و انبساط حرارتی کم اجازه می دهد تا روتورهای ترمز در برابر تاب برداشتن مقاومت کنند.
- ظروف آشپزی – حفظ حرارت باعث می شود تابه ها و ظروف چدنی برای پخت و سرخ کردن عالی باشند
کاربردهای آهن فرفورژه
آهن فرفورژه کاربردهای گسترده ای دارد اما از فولاد ملایم خارج شده است، مصارف رایجی که هنوز باقی مانده اند عبارتند از:
- مبلمان – مانند میز و صندلی باغ
- دروازه ها و نرده ها – نرده های زینتی ساخته شده از آهن فرفورژه در معماری داخلی قرن 19 و 20 بسیار رایج بود.
- بالکن ها – چارچوب و نرده در شهرهایی مانند پاریس و رم به طور سنتی از آهن فرفورژه هستند