همانطور که می دانیم امروزه تمامی ساخت و ساز ها با استفاده از آهن آلات ها شکل می گیرند تا در برابر هر حادثه ای مقاوم باشد و ویران نشود .اما ممکن است که ندانیم آهن آلات چیست و یا اینکه چگونه می توان بهترین نوع آهن آلات را شناساییی کرد؟ ما در ادامه این مقاله شما را با انواع آهن آلات و نحوه شکل گیری ساخت و ساز آنها آشنا خواهیم کرد.
آهن آلات ها را بشناسیم
آهن آلات ها یکی از اجزا جدا نشدنی در ساخت و ساز و تولید محصولات فلزی هستند به همین دلیل اهمیت آهن آلات به حدی بالا است که تمامی اجزای برخی از لوازم های خانگی ، درب و پنجره ها ، اسکلت ساختمان ها از آهن آلات هستند. علاوه بر این ها آهن آلات انواع مختلفی دارند که هر کدام از آنها نقش و کاربرد بسیار متفاوتی دارند . که از این آهن آلات تیر آهن ها هستند که از این ها برای مصالح ساختمانی است که کشف آن به قرن بیست باز می گردد. از قرن بیست تا به حال تیر آهن کاربرد بسیار زیادی در ساختمان سازی داشته است و تمام کشور ها از این فلز پر کاربرد برای ساخت پروژه های ساختمانی زیادی استفاده کرده اند. تیر آهن از لحاظ استاندارد تعریف شده برای آن به سه دسته متفاوت تقسیم بندی می شود. تیر آهن با استاندارد IPE از تیر آهن های مورد تایید اروپا و ایران است و تیر آهن INP از تیر آهن های مورد تایید کشور های چین و روسیه می باشد و همینطور تیر آهن IPB نیز جزو تیر آهن های بال پهن محسوب می شود که استفاده گسترده ای در سراسر دنیا دارد. اما این را هم بدانید که تیر آهن ها انواع مختلفی دارند که تیز آهن زنبوری هم یکی از این ها است که این تیر آهن بیشتر شبیه به لونه زنبور است به همین دلیل به این نام شناخته شده است. این نوع تیر آهن پس از آنکه مورد جوش و برش قرار می گیرند شکلی شبیه به لانه زنبور پیدا می کنند که دلیل ایجاد سوراخ هایی به شکل زنبور بر روی جان تیر آهن نیز بالا بردن تحمل لنگر خمشی بزرگ تر می باشد. تیر آهن لانه زنبوری این امکان را ایجاد می کند تا ارتفاع تیر آهن افزایش یابد.
انواع آهن آلات ها
آهن گاما : آهن گاما یکی از آلوتروپ های آهن است که در محدوده دمایی ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتیگراد پایدار بوده و ساختمان بلوری دارد.
آهن دلتا : آهن دلتا یکی از آلوتروپ های آهن است که از دمای ۱۴۰۱ درجه سانتیگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد پایدار است علاوه بر این آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر است. آهن دلتا دارای خاصیت پارامغناطیس بوده و ثابت شبکه آن بزرگ تر از آهن آلفا است.
آهن آلفا : آهن آلفا یکی از آلوتروپ های آهن است. این آلوتروپ از دمای ۲۷۳- درجه سانتیگراد تا ۹۱۰ درجه سانتیگراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر است.
آهن بتا : در دمای ۷۶۸ درجه سانتیگراد آهن آلفای فرومغناطیس به آهن آلفای پارامغناطیس تبدیل می شود. این تحول تحول آلوتروپیک نیست.
گاهی این آهن آلفای پارامغناطیس آهن بتا خوانده می شود.
آهن کارشده: در این حالت آهن را ذوب کرده و به صورت اسفنجی شکل در می آورند برای بدست آورد این نمونه آهن ها ناخالصی های موجود در آن همچون سیلیسیم ، منگنز ، کربن در آن تصفیه می شود.
چدن سفید: از سرد شدن مذاب به دست می آید کربن این چدن به صورت کربن سمانتیک می باشد در صد شکنندگی آن را نیز می توان با نرم کردن آن کاهش داد
چدن : وقتی آهن خام را ذوب می کنند در قاب هایی ماسه ای یا فلزی ریخته و آن را سرد می کنند که از این طریق چدن بدست می آید.
چدن چکش خوار : تفاوت زیادی با چدن دارد که می توان گفت نرم تر بوده ، مقاومت کششی بالاتری داشته و به نسبت به چدن استفاده بیشتری در صنعت دارد طریقه به دست آمد آن به این طورت است که وقتی بر روی چدن عملیاتی از قبیل اضافه کردن منیزیم و سیلیکات آهن و بلوری شدن کربن انجام می شود چدن چکش خوار بدست می آید.
فولاد: آلیاژی است از آهن و کربن که توسط خواص آهن و دیگر عناصر بدست می آید وقتی که فولاد تولید می شود پایداری و مقاومت آن صد برابر بیشتر از قبل می شود.
آهن قراضه: به اضافات و قراضه های فولاد گفته می شود.
کاربرد های آهن آلات
کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آن را به خصوص در اتومبی لها , بدنه کشتی های بزرگ و ساختمان ها اجتناب ناپذیر می کند. فولاد معروف ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه های آهن به شرح زیر می باشد:
- آهن خام که دارای 4 الی 5 درصد کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد , سیلیکون و فسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.
- چدن , شامل 5/3%-2% کربن و مقدار کمی منگنز می باشد. ناخالصی های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آن را تحت تاثیر منفی قرار می دهد , در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می کند. چدن بسیار محکم , سخت و شکننده می باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می شود.
- فولاد کربن شامل 5/1% – 5/0% کربن و مقادیر کم منگنز , گوگرد , فسفر و سیلیکون است.
- آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از 5/0% کربن می باشد و محصولی محکم و چکش خوار است, اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود, به سرعت تیزی خود را از دست می دهد.
- فولاد های آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن به علاوه فلزات دیگر مانند کروم , وانادیم , مولیبدن , نیکل , تنگستن و … می باشد.
- اکسید های آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می کنند.
آهن آلات ها چگونه زنگ می زنند؟
همانطور که مدانیم تمامی فلزات زمانی که به مدت طولانی در یک مکان پر رطوبت قرار بگیرند زنگ می زنند که این نام به عنوان زنگ زدن آهن رایج است چرا که آهن و یا دیگر فلزات به سرعت با اکسیژن ادغام می شوند و همین امر باعث می شود که آهن ها زنگ بزنند که به این فرایند ، فرایند الکتروشیمیایی است که این ها شامل یک قطعه فلز که به راحتی الکترون از دست می دهد و گزینه دوم الکترولیت است که این یعنی مایعی که به حرکت الکترون ها کمک می کند و گزینه بعدی یک کاتد است که یک قطعه فلز که به راحتی الکترون می پذیرد است. زمانی که فلزی خورده می شود الکترولیت به تولید اکسیژن در آند کمک می کند و سپس اکسیژن با فلز ترکیب شده و الکترون آزاد می شود. وقتی الکترون ها از طریق الکترولیت به سمت کاتد جریان پیدا می کنند آند با جریان الکتریکی حذف می شود یا به کاتیون های فلزی تبدیل شده و زنگ تشکیل می شود.
ویژگی آهن آلات ها
تمامی لوازم ها و وسایلی که مورد استفاده ما قرار می گیرند دارای ویژگی های بسیاری هستند که آهن آلات هم علاوه بر تمای این ها از ویژ”ی های بسیاری برخوردار است که یکی از این ویژگی ها این است که آهن آلات ها دارای سطح صاف و نقره ای رنگ هستند که وقتی در معرض هوا و اکسیژن قرارا می گیرد به رنگ های قرمز یا قهوه ای تبدیل می شوند که به آنها اکسید دارای ترکیبات آهن یا زنگ گفته می شود. علاوه بر این ها می توانیم آهن ها را به دیگر فلزات یا فرایند ها تبدیل کنیم که در ادامه این مقاله چند نمونه را با هم بررسی خواهیم کرد.
فرایند تولید فولاد آهن خام: این فرایند به دو روش تولید می شود به صورتی که در روش اول روش کوره بلند یا کوره انفجاری می باشد و روش دوم روش کوره های قوس الکتریکی است که روش اول با پردازش سنگ آهن آغاز می شود و در این پرسه سنگ آهن توسط غلتک های مغناطیسی جدا می شود سپس سنگ آهن با درصدی از زغال سنگ کک به داخل کوره انفجاری ریخته می شود و بعد به آن حرارت داده می شود تا ذوب شود درجه حرارت کوره انفجاری به سه هزار درجه فار نهایت میرسد و سپس بعد از جدا سازی ناخالصی ها مثل فسفر و گوگرد بعد از ذوب شدن به محصول نهایی که فولاد خام نامیده می شود تبدیل می شوند.
فرآیند تولید آهن آلات ساختمانی : پس از تولید اسلب ها ، شمش ها و بیلت ها این محصولات به کارخانجات نورد گرم جهت تولید انواع تیرآهن ، ریل ، ورق ، میلگرد ، نبشی ، سپری و ناودانی ها انتقال داده می شود که بیشترین مصرف تختال جهت تولید تیرآهن و ورق ها می باشد و میلگرد ها و مقاطع دیگر از شمش و بیلت استفاده می کنند در این پرسه شمش به داخل کوره جهت گرم شدن فرستاده می شوند سپس بعد ازحرارتی معادل 1200 درجه فارنهایت به فینگر های نورد انتقال داده می شود تا بنا به تقاضای بازار محصول مورد نظر را نورد کنند.
روش دوم ذوب قوس الکتریکی : کوره قوس الکتریکی مخزنی است به شکل یک تخم مرغ که در این فرآیند جریان برق بسیار قوی از 10 کیلو ولت تا 42 مگاوات از طریق کویل هایی به وسیله درب کوره به داخل کوره به صورتی که یک قوس الکتریکی در کوره ایجاد شود و این باعث نفوذ در فلز شود و این قوس باعث حرارت زیادی معادل سه هزار تا پنج هزار فارنهایت می شود که می تواند فلز را ذوب کند ، ظرفیت هر کوره 20 تا 65 تن می تواند باشد مزیت کوره قوس الکتریکی نسبت به کوره انفجاری این است که کوره قوس الکتریکی را به دلیل تقاضای بازار می توان خاموش کرد ولی در کوره انفجاری نمی شود .
تاریخچه پیدایش آهن آلات
آهن ها یکی از رایج ترین عناصر زمین هستند که تقریبا پنج درصد پوسته زمین را تشکیل می دهند که آهن از سنگ معدن هماتیت که عمدتا Fe2O3 می باشد, استخراج می گردد. این فلز را به وسیله روش کاهش با کربن که عنصری واکنش پذیرتر است جدا می کنند. اما اگر بخواهیم به پیدایش اهن آلات پی ببریم باید گفت که اولین نشانه های استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریانباز میگردد که تقریبا 4000 سال قبل از میلاد آهن کشف شده از شهاب سنگ ها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می ساختند که از 2000 تا 3000 سال قبل از میلاد تعداد فراینده های اشیا ساخته شده با آهن مذاب در بین النهرین ، آسیای صغیر و مصر به چشم می خورد اما ظاهرا تنها در تشریفات از آهن استفاده می شد و آهن فلزی گرانبها حتی باارزش تر از طلا به حساب می آمد. از سال 1600 تا 1200 قبل از میلاد در خاورمیانه به طور روز افزون از آین فلز استفاده می شد اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد اما از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه یک جا به جایی سریع در تبدیل ابزار و سلاح های برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابه جایی آغاز ناگهانی تکنولوژی های پیشرفته کار با آهن نبود بلکه عامل اصلی مختل شدن تامین قلع بود.
همزمان با جایگزینی آهن به جای برنز فرآیند کربوریزاسیون کشف شد که به وسیله آن به آهن موجود در آن زمان کربن اضافه می کردند. آهن را به صورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است بازیافت کردند. مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم در لایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می توان محصولی بسیار محکم تر بدست آورد و در آخر تا اواخر قرن نوزدهم در هر رویدادی یک بازار برای کالا های چدنی به وجود آمد مانند درخواست برای گلوله های توپ چدنی. در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم به عنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می شد. در قرن 18 در انگلستان تامین کنندگان چوب کم شدند و از زغال سنگ که یک سوخت فسیلی است به عنوان منبع جانشین استفاده شد.
کلام آخر
همانطور که می دانیم تمامی فلزات از آهن آلات هستند و هر کدام از آنها را می توان به طور جداگانه ای در گروه آهن آلات قرار داد. بهتر است تمامی نکات گفته شده را به درستی رعایت کنید تا هنگام خرید دچار مشکل نشوید اما اگر اطلاعات کافی نداشتید نگران این موضوع نباشید چرا که آهن آلات زینالی به راحتی میتواند پروفیل ، نبشی ، میلگرد ، ورق و تیرآهن و… را به راحتی در دسترس شما خریداران عزیز قرار دهد.
