راهنمای جامع انواع آهن مشخصات و کاربردهای آن

راهنمای جامع انواع آهن مشخصات و کاربردهای آن

آهن به صورت خالص، ماده‌ای شکننده و سخت بوده که به عنوان فلز گروه هشتم جدول تناوبی عناصر، طبقه‌بندی شده و چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین می‌باشد. فرض بر این است که بیشترین بخش هسته زمین (پنج درصد) و آهن حدود ۹۵ درصد از کل فلزات تولیدی در جهان می‌باشد؛ به همین دلیل به عنوان پرکاربردترین فلز شناخته می‌شود.

تاریخچه‌ آهن

بر اساس تحقیقاتی که انجام شده این عنصر نه تنها در زمین وجود دارد، بلکه در خورشید و سایر ستاره‌ها نیز به فراوانی یافت می‌شود. وجود آهن برای بقای موجودات زنده بسیار اهمیت دارد؛ به این دلیل که این فلز در تولید کلروفیل یاهمان سبزینه برای گیاهان نقش داشته و همچنین در حیوانات نیز عنصری از هموگلوبین می‌باشد. (هموگلوبین پروتئینی در خون است که اکسیژن را از ریه‌ها به بافت‌های بدن منتقل می‌کند)

باستان‌شناسان تخمین می‌زنند، بیش از پنج هزار سال است که بشر از آهن استفاده می‌کند. شاید برای شما هم سوال باشد که اولین آهن مورد استفاده بشر از کجا آمده است؟ بر اساس تحقیقی که در سال ۲۰۱۳ انجام شد، دریافتند در مصر باستان و بین‌النهرین از آهن در ابزارها، محصولات و مصنوعات خود استفاده می‌کردند.

این ماده به عنوان سلطان فلزات در میان جوامع مختلف شناخته می‌شود. عده‌ای از پژوهشگران بر این باور هستند که کلمه آهن از کلمه‌ای به نام «اوستا» گرفته شده که خود این کلمه نیز از «اسمن» به معنی آسمان می‌آید. امروزه هموطنان کُرد به آن «آسن» می‌گویند.

استخراج سنگ آهن

انسان‌های اولیه آهن را به صورت خالص از سنگ آهن تولید می‌کردند؛ با این حال هنوز مشخص نشده که انسان اولیه از چه تاریخی این فلز را از سنگ معدن تولید و استفاده نموده است. طبق تحقیقات به عمل آمده، در گذشته اسلحه استفاده شده توسط سرداران و فرمانروایان از جنس آهن بوده و حتی دریافته‌اند که کمربند پادشاه سیلک نیز از این ماده ساخته شده است. در همان زمان، آهن فلزی تشریفاتی و بسیار گران محسوب می‌شد و تولید آن کم ولی قیمت بسیار زیادی داشت. به صورتی که در دوره پارت‌ها تولید این ماده فلزی به قدری کاهش یافت که تنها از راه چین وارد کشور می‌شد.

طبق تحقیقات به عمل آمده اولین نوع از این ماده حدود ۵۵۰ سال پیش از میلاد در چین تولید شد؛ در حالی‌که اروپائیان در تمامی این سال‌ها، از طریق ریخته‌گری، زیور آلات آهنی تولید می‌کرده‌اند و سوخت مورد استفاده در طی این فرآیند نیز ذغال چوب بوده است. در دوره‌ی انقلاب صنعتی، روش‌های جدیدی برای تولید انواع آهن بدون استفاده از ذغال چوب کشف شد؛ این روش‌ها بعد از مدت‌ها در تولید فولاد نیز مورد استفاده قرار گرفت.

امروزه تولید سنگ آهن در ۴۸ کشور به انجام می‌رسد. در میان این‌ها، پنج کشور هستند که ۷۰ درصد سنگ آهن مورد نیاز در جهان از جانب آن‌ها تامین می گردد. این کشورها عبارتند از: چین، برزیل، استرالیا، روسیه و هند.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی

تا این‌جا مروری از تاریخچه این محصول براساس فرضیات باستان‌شناسان و باورهای مردم عام از گذشته تاکنون ارائه دادیم. حال وقت آن رسیده نماد و عدد اتمی و چگالی این ماده فلزی را مورد بررسی قرار دهیم. نماد شیمیایی این فلز Fe و چگالی آن ۸۶/۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد. همان‌طور که قبلا هم اشاره کردیم، این فلز در جدول تناوبی عناصر در گروه هشتم و دوره چهارم قرار گرفته همچنین عدد اتمی، وزن اتمی و دمای جوش آن به ترتیب برابر ۲۶، ۸۴۷/۵۵ گرم بر مول و ۲۷۵۰ درجه سانتی‌گراد است. این فلز سطحی صاف و رنگ نقره‌ای مایل به خاکستری دارد.

دگرگونی‌های آهن

منظور از دگرگونی همان تغییر فاز با تغییر دما است. بهترین مثال از دگرگونی‌های یک فلز، دگرگونی‌های آن می‌باشد. این محصول به سه صورت بتا، گاما و دلتا موجود است. وقتی آهن ذوب‌شده کم‌کم سرد می‌شود، در دمای ۱۵۳۸ به آهن دلتا تبدیل می‌شود. ثابت شبکه‌ای آن ۹۳/۲ آنگستروم است، خاصیت پارامغناطیس دارد و ساختمان بلوری آن به شکل مکعبی مرکزپر یا همان BCC است.

به همین صورت که سرد شدن ادامه می‌یابد در دمای ۱۳۹۴ ساختمان کریستالی موجود به مکعبی با وجوه پر یا همان FCC تغییر حالت می‌دهد. به این نوع از آهن شکل گرفته شده استنیت یا گاما می‌گویند. این فاز در دمای ۱۳۹۴ تا ۹۱۲ به حالت پایدار می‌رسد. در دمای ۹۱۲ درجه سانتی‌گراد، دگرگونی دیگر این فلز یعنی آهن آلفا شکل می‌گیرد که به آن فریت می‌گویند. این آلوتروپ از دمای ۹۱۲ تا ۲۷۳- درجه سانتی‌گراد به حالت پایدار می‌رسد و از نظر ساختار بلوری مشابه با آهن دلتا می‌باشد.

آهن در اشکال مختلفی تولید می‌شود که هرکدام دارای کاربردهای متنوعی در صنایع، از ساختمان‌سازی گرفته تا سازه‌های عظیم مانند ساخت تانک و هواپیما، می‌باشند. انواع آهن‌آلات عبارتند از: پروفیل، تیرآهن، میلگرد، ورق، نبشی و ناودانی، لوله، شمش و قراضه! با شناخت هرکدام از این محصولات می‌توان در مورد کاربردهای آن‌ها نظر داد.

راه‌های جلوگیری از زنگ‌زدن آهن

بهترین راه‌ها برای جلوگیری از زنگ‌زدن آهن عبارتند از:

گالوانیزه کردن: گالوانیزه روشی برای جلوگیری از زنگ‌زدن آهن در طولانی مدت است؛ به این دلیل که عنصر روی از دو طریق از زنگ‌زدن آهن جلوگیری می‌کند. در این روش نخست آهن یا فولاد توسط لایه نازکی از روی پوشانده می‌شود و به این ترتیب به عنوان فلز قربانی از رسیدن اکسیژن و آب یا رطوبت به آهن جلوگیری می‌کند. دوم اینکه روی نسبت به آهن واکنش‌پذیرتر است، بنابراین نسبت به آهن زودتر اکسیده می‌شود. از نمونه‌های این روش می‌توان به گالوانیزه کردن ورق اشاره کرد. اگر می‌خواهید بدانید که این ورق‌ها چگونه تولید می‌شوند و چه کاربردهایی دارند، به مقاله «ورق گالوانیزه چیست و انواع آن» مراجعه کنید.

ایجاد پوشش: برای جلوگیری از زنگ زدن آهن می‌توان آن را به سه روش مختلف پوشش داد که عبارتند از:

رنگ کردن: پوشش آهن با لایه‌ای از رنگ موجب می‌شود که بین سطح فلز و اکسیژن مانعی قرار گیرد و در نتیجه از زنگ‌زدگی آن جلوگیری شود. لازم به ذکر است که نباید از رنگ‌های محلول در آب استفاده کنید؛ زیرا باعث شکل‌گرفتن زنگ در زیر رنگ می‌شوند و مشکل را به مراتب بدتر می‌کنند.

پوشاندن با روغن:  استفاده از روغن یا گریس احتمال زنگ‌زدگی در آهن را به طرز قابل توجهی کاهش می‌دهد. به این دلیل که روغن مانند رنگ، یک لایه محافظ بر روی آهن ایجاد می‌کند تا تماس کمتری با اکسیژن و رطوبت داشته باشد.

استفاده از پودر:  پودر خشک به طور مساوی روی سطح تمیز آهن اعمال می‌شود. سپس آن را گرم می‌کنند و این پودر تبدیل به لایه نازکی می‌شود. از جمله این‌گونه پودرها می‌توان به پودرهای آکریلیک، پلی استر، نایلون، وینیل، اپوکسی و اورتان اشاره کرد.

 محافظت کاتدی: این روش عبارت است از اعمال جریان الکتریکی روی سطح فلز برای جلوگیری از زنگ‌زدگی آهن! محافظت کاتدی یکی از موثرترین روش‌ها در جلوگیری از زنگ‌زدگی محسوب می‌شود. فلزاتی که معمولا برای این روش استفاده می‌شوند، عبارتند از منیزیم، روی و آلومینیوم.

مراقبت و نگه‌داری به صورت منظم: از آن‌جایی که زنگ‌زدگی به سرعت پخش می‌شود، باید به محض ظاهر شدن آن را از بین برد. سپس با آب و صابون آن را شست و از نرم‌کننده‌های فلزی و یا از پوشش محافظ دیگری استفاده کرد تا از زنگ‌زدگی بیشتر جلوگیری شود.

کاربردهای آهن

آهن در حوزه‌های مختلف کاربردهای فراوانی دارد. به دلیل استحکام و مقاومت بالا نسبت به سایز فلزات و همچنین ارزان‌تر بودن، در ماشین‌آلات صنعتی، تجهیزات حمل و نقل، ساخت سازه‌ها، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساخت اتومبیل‌ها استفاده می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر با شماره تماس های 09177575812 و 09177575811 تماس بگیرید.