واژه آهن یک موضوع بسیاری کلی است که دامنه وسیعی را پوشش می دهد. برای همین است که ما وقتی از یک فرد متخصص درباره آهن سوال می کنیم بهما می گوید؛ انواع مختلفی از آهن آلات و کاربردهای آن وجود دارد. آیا می خواهید همه نکات و موارد مرتبط به آهن آلات را بدانید؟ یا اینکه میخواهید بدانید؛ ویژگیهای این انواع چیست و چگونه تولید میشود؟
ابتدا اجازه دهید با عنصر آهن شروع کنیم که نقطه آغاز این صنعت بزرگ است. شایعاتی هست که می گوید آهن روی زمین وجود نداشته و از فضا به وسیله سنگهای آسمانی به زمین آمده؛ اما حقیقت این است که آهن خام در طبیعت وجود دارد.
این فلز در واقع یکی از مهمترین عناصر اساسی در تمام ابعاد زندگی بشر است. انواع آهن و مواد اولیه آن که به سنگ آهن معروف است به طور مداوم در مناطق طبیعی به ویژه در معادن آهن یافت میشود؛ البته در مواقعی که بخواهیم به صورت علمی بررسی کنیم، به ندرت با آهن خالص روبرو می شویم.
وقتی فرایند اکتشاف و استفاده از آهن را به صورت علمی بررسی میکنیم در واقع متوجه می شویم که تولیدکنندگان انواع آهنآلات ؛ مراحل مختلف و حتی متنوعی را برنامه ریزی و اجرا نموده تا به محصولات کاربردی مختلف دست یابند.
در ادامه این مقاله جامع با موضوع اینکه انواع آهن چیست و چه کاربردی دارد ما به معرفی همه چیز درباره انواع آهن، کاربردهای آن، برجستهترین ویژگیهای این فلز ارزمند می پردازیم.
همچنین به روش های مختلف تولید آهن آلات و مشتقات آن می پردازیم . این یکی از ارزشمند ترین مقالات جامع درباره چیستی آهن آلات است.
انواع آهن و کاربرد آن در صنایع مختلف
فرایند تبدیل آهن خام تا اینکه به یک فلز قابل استفاده در صنایع مختلف تبدیل شود، بسیار طولانی و پیچیده است.
آهن در واقع ، یکی از مهمترین عناصر شیمیایی فلزی است که با نماد (Fe) مشخص میگردد. موجودیت آهن به عنوان یک عنصر واسطه در گروه ۸ جدول تناوبی عناصر طبقهبندی میشود و عدد اتمی آن ۲۶ است.
انواع آهن خالص و ناخالص
آهن خالص و آهن غیرخالص به عنوان پایه اصلی تولید محصولات فلزی در صنایع مختلف مورد فراوری و استفاده قرار میگیرد. برای مثال می توان به آهن غیرخالص با ترکیب کربن بالا در تولید تیرآهن، میلگرد، لولههای فولادی و قطعات صنعتی اشاره نمود.
همچنین از انواع آهن خالص بیشتر در تولید محصولاتی با ویژگیهای خاص، مانند سیمهای ریز برای برقرسانی، قطعات دقیق در دستگاههای الکترونیکی، یا سازههای حساس در صنایع هوافضا استفاده میشود. 
معرفی جامع آهن ناخالص
آهن ناخالص معمولا در طبیعت به صورت سنگآهن یافت میشود. که بیشتر از اکسیدهای مختلف آهن تشکیل شده است. مهمترین نوع سنگآهن مورد استفاده در صنعت فولادسازی، هماتیت (Fe₂O₃) است که بهعنوان یکی از منابع عمده استخراج آهن شناخته میشود. معادنی مانند معدن سنگان در استان خراسان رضوی و معدن چغارت در شهرستان بافق، استان یزد، جزو معادن بزرگ و مهم ایران برای استخراج سنگآهن محسوب میشوند.
معروف ترین معادن ایران برای استخراج آهن
معدن سنگان یکی از بزرگترین معادن سنگآهن ایران است که بهطور عمده سنگآهن با عیار بالا از منابع ان استخراج می گردد. این معدن با ذخیرهای بالغ بر یک میلیارد تن، بخش قابل توجهی از نیاز صنایع فولاد کشور را تأمین میکند. سنگآهن استخراجشده از معدن سنگان معمولاً دارای عیار بالای ۶۰ درصد است که برای تولید فولاد و کنسانترههای فولادی مورد استفاده قرار میگیرد. در این معدن علاوه بر هماتیت، نوع دیگری از سنگآهن به نام مگنتیت (Fe₃O₄) نیز وجود دارد که برای فرآیندهای خاص تولید فولاد کاربرد دارد.
معدن چغارت در شهرستان بافق نیز یکی دیگر از معادن مهم سنگآهن کشور است که ذخیرهای حدود ۱۷۷ میلیون تن سنگآهن دارد. این معدن برخلاف معدن سنگان، علاوه بر سنگآهن با عیار بالا، دارای سنگآهن با عیار پایین و پرفسفر نیز است.
بخش قابل توجهی از استخراج در معدن چغارت مربوط به سنگآهنهای کمعیار و پرفسفر است که نیاز به فرآوری بیشتر دارند تا برای صنایع فولادسازی مناسب شوند. این نوع سنگآهن بیشتر بهعنوان خوراک کارخانههای کنسانترهسازی و تولید آهن اسفنجی استفاده میشود.
این معادن بهطور عمده سنگ استخراجشده را برای تولید فولاد، که یکی از صنایع پایهای کشور است، تأمین میکنند. فولاد تولیدی از این سنگآهنها در ساخت آلیاژهای مختلف، قطعات صنعتی، ماشینآلات، و همچنین در پروژههای عمرانی و زیرساختی کاربرد دارد.
آیا میدانید آهن خالص چیست؟
آهن خالص یکی از مهمترین انواع آهن آلات است. این فلز برای قابل استفاده بودن به شکل آزاد در طبیعت وجود ندارد. آهن خالص معمولاً در سنگهای ارزشمند و قابل استخراج از معادن آهن یافت میشود. بهترین نوع سنگ آهن خالص در واقع ، سنگ معدنی اکسید هماتیت و سنگ کربنات می باشد. این سنگ معمولا دارای رنگ سفید روشن و نقرهای است.
لیست انواع آهن خالص
آهن خالص را در ادامه می توان در سه گروه مهم و کاربردی طبقه بندی کرد. هر کدام از انواع آهن آلات خالص، همچنان زیر گروههایی دارد که جداگانه دستهبندی می شوند:
- گروه آهن آستنیتی
- گروه آهن دلتا-فریت
- گروه آلفا-فریت
انواع زیر گروه های آهن خالص را در یک مقاله جداگانه توضیح می دهیم.
نگاه اجمالی به مشخصات آهن خالص
آهن خالص دارای مشخصات و حتی ویژگی های متعددی است که برخی به عنوان یک مزیت و برخی دیگر در واقع جزو عیوب آهن آلات خالص شمرده میشود. لیست مختصری از مهم ترین ویژگی های آهن خالص را در مقاله زیر آورده ام:
- آهن خالص با اکسیداسیون سریع در هوای مرطوب یا در آب حاوی درصدی از اکسیژن محلول شناخته می شود.
- آهن خالص را به عنوان یک فلز نرم و انعطافپذیر میشناسند
- یکی از قوی ترین فلزات از نظر خاصیت مغناطیسی است.
- آهن خالص به دلیل رسانایی حرارتی و الکتریکی برتر شناخته شده است.
- آهن خالص با داشتن ناخالصیهای بسیار کم مشخص میشود.
کاربردهای آهن خالص چیست؟
آهن خالص در زمینههای مختلفی از جمله موارد زیر استفاده میشود:
- آهن خالص در شیمی تجزیه و در زمینههای مختلف پزشکی استفاده میشود.
- آهن خالص مخلوط شده و به مواد دیگر اضافه میشود تا کاربردهای مختلف آن گسترش یابد.
- آهن خالص در زمینههای مهندسی رادیو، صنایع اتمی و زمینههای مختلف فضایی استفاده میشود.
- آهن خالص در ساخت آلیاژهای ریز و فوق ریز و همچنین در ساخت آلیاژهای پیشرفته برای مقاومت در برابر حرارت و آلیاژهای آمورف استفاده میشود.
- آهن خالص در ساخت انواع مواد مغناطیسی نرم استفاده میشود.
۲- چدن چیست و چه ارتباطی با آهن آلات دارد؟
بر اساس انواع آهن و کاربردهای آنها، چدن به عنوان یکی بهترین نوع آهن آلات برای صنایع شناخته میشود. چدن یکی از مهمترین نوع آهن در صنایع است که در ساخت آلیاژهای آهنی مورد استفاده قرار میگیرد، مواد تشکیل دهنده چدن حاوی ۲٪ عنصر کربن است، و ۳٪ سیلیکون دارد.
بررسی و معرفی انواع چدن
در برخی از صنایع ممکن است نتوان از آهن آلات که در بالا به آن اشاره نموده ایم؛ استفاده نمود. در چنین مواقعی کارشناسان تشخیص می دهند که چدن بهترین نوع آهن برای استفاده است. انواع چدن را میتوان در دستههای مختلفی تعریف کرد که بنابر ویژگیهایی مانند ساختار شیمیایی، خواص مکانیکی و فرآیند تولید، گاهی متفاوت و حتی در برخی از موارد ( تقریبا ) مشابه است.
باز نظر کارشناسی متالوژی؛ نوع کربن موجود در ترکیب چدن و ساختار گرافیتی آن تفاوتهای قابل توجهی در خواص و کاربردهای چدن ایجاد میکند.
ما در لیست زیر سعی کردیم مهمترین و پرکاربردترین چدنها را به عنوان فلزات پرمصرف و کاربردی برای صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ماشینسازی و تولید قطعات سنگین معرفی کنیم:
لیست کامل چدن ها
- چدن سرد شده
- چدن لکهدار
- چدن چکشخوار
- چدن خاکستری
- چدن سختکاری شده
- چدن داکتیل
- چدن سفید
کاربرد آهن آلات چدنی چیست؟
آیا می دانید چرا باید برای ساخت بسیاری از قطعات فلزی ، چدن را جایگزین سایر آهن آلات کنیم؟ کاربردهای چدن به عنوان جایگزین آهن خام شامل تولید طیف گسترده ای از قطعات صنعتی و ساختمانی است. چدن به دلیل خواص مهمی مانند قابلیت ریختهگری آسان بسیار مورد استفاده صنایعی است که ظرافت کم و مقاومت های خاصی نیاز دارد.
وقتی حرارت و فشار بالا ، کیفیت و کارایی آهن آلات را به عنوان یک متریال فرسایشی تحت تاثیر قرار میدهد باید از چدن استفاده نمود. این ویژگیها موجب میشود که چدن در صنایعی مانند خودروسازی، تجهیزات سنگین، و صنایع فولادی بسیار پرکاربرد باشد.
برای مثال، زمانی که حرارت و اصطکاک زیاد نیاز به مواد مقاوم دارند، چدنهای خاکستری یا داکتیل انتخاب مناسبی خواهند بود، چرا که ساختار گرافیتی آنها باعث جذب و توزیع بهتر گرما و فشار میشود.
آهن فرفورژه پر استفاده در صنایع ساختمانی
آهن فرفورژه یکی از مهمترین انواع آهن آلات است. در دسته انواع آهن ساختمانی ممکن است در موارد بسیاری با فرفورژه روبرو شویم. میتوان فرفورژه را با حرارت دادن و تغییر شکل قالبهای چدنی ( بیشتر از یک بار در یک الگوی تکراری به محصولی جذاب و منحصر به فرد تبدیل نمود. آهن فرفورژه جزو آهن آلات کربنی است زیرا حاوی حدود ۱٪ عنصر کربن است. همچنین این فلز حدود ۴% حاوی ناخالصی است.
لیست مختصر انواع آهن فرفورژه
انواع مختلفی از آهن فرفورژه وجود دارد که از نظر خواص با یکدیگر متفاوت هستند و به شرح زیر میباشند:
- آهن سیاه (صفحه سیاه)
- آهن حلقهای
- آهن میلهای
- آهن صفحهای
- آهن میلهای
آهن آلات فولادی
وقتی آهن (که خود یک عنصر شیمیایی با نماد Fe و عدد اتمی ۲۶ است) با مقداری کربن ترکیب شود، در واقع آلیاژ فولاد بدست می آید. فولاد یکی از مهمترین و پرکاربردترین آهن آلات مهندسی شده است که در صنایع مختلف بهکار میرود. این آلیاژ که حاصل ترکیب آهن و کربن است، دارای ویژگی های فیزیکی و مکانیکی می باشد که بهمراتب بهتر از آهن آلات ساده است.
میزان کربن در مقاطع فولادی معمولاً بین ۰.۰۲٪ تا ۲.۱٪ متغیر است و با تغییر مقدار کربن، ویژگیهای مختلفی مانند سختی، استحکام کششی، انعطافپذیری، و مقاومت به سایش دچار تغییر می گردد.
انواع میلگردهای جنس فولاد در واقع یکی از پرکاربردترین آهنآلات فولادی در صنعت ساختمان است. میلگردهای فولادی به دلیل ویژگیهای کاربردی در ساختمان های مدرن مورد استفاده قرار میگیرید. قیمت مقاطع فولادی میلگرد نیز طبق همین شرایطی که در بالا گفتیم تاثیر پذیر است.
البته آهنآلات فولادی صرفاً در ساختمانسازی کاربرد ندارد و نمونههای مختلف آن در بسیاری از صنایع دیگر مانند قطعه سازی خودرو و صنایع کشتی سازی نیز رواج دارد.
انواع آهن آلات و فلزات تقویت کننده
همانطور که میدانید، ساختمانهای بنا شده با بتن معمولا با سرعت بالا تر و هزینه های مقرون به صرفه ساخته میشود. استفاده از بتن در ساخت و ساز بهویژه در پروژههای بزرگ بسیار رواج یافته اما سازه های بتنی هنوز هم با ساختارهای فلزی ( عمدتا از جنس میلگرد ) مقاوم سازی می گردد.
آیا فولاد تقویتکننده جزو آهنآلات شناخته میشود؟
با توجه به ترکیب اصلی آن که عمدتاً از آهن، کربن و سایر عناصر آلیاژی تشکیل شده است، میتوان گفت که فولاد تقویتکننده جزو آهنآلات به حساب میآید. این فولاد بهویژه در ساخت سازههای فولادی و بتن مسلح بهعنوان یکی از انواع آهن آلات پرکاربرد استفاده میشود. بیشتر بخوانید درباره فولاد تقویت کننده
آهن آلات از نوع ورق
انواع آهنآلات از جنس و نوع ورق در واقع جزو آهنآلات رایج است. ورق با هدف در اختیار داشتن آهنآلاتی با ویژگی گستردهای مانند قابل شکلپذیری بالا و امکانات پوششدهی یا مقاومسازی سطحی بسیار مورد استفاده در صنایع مختلف است. ورق فلزی (آنچه در مهندسی بهعنوان sheet metal شناخته میشود) معمولاً به قطعات باریک و صاف فلز گفته میشود که با فرآیندهایی مانند نورد سرد یا گرم تولید میگردد.
ضخامت ورق معمولاً کمتر از حدود ۶ میلیمتر می باشد اما ورقهای صنعتی معمولا ضخیمتر از ورقهای بسیار نازک (فویل) هستند.
در حقیقت، ورق فلزی امکان ترکیب دو عامل مهم را فراهم میسازد: از یک سو، سطح وسیع و یکنواخت مناسب جهت شکلدهی و پوششدهی؛ از سوی دیگر، امکان انتخاب مواد پایه (مثلاً فولاد کمکربن، فولاد ضدزنگ، یا آلیاژهای پوششدار) متناسب با نیاز مقاومت، وزن، یا هزینه.
مثلاً ورق فولادی که بهعنوان آلیاژی از آهن و کربن تعریف میشود، به دلیل استحکام کششی بالا و قیمت نسبتاً پایین، یکی از پرمصرفترین آهن آلات در صنایع است. به این نکته توجه داشته باشید که توضیحات بالا ممکن است به عنوان بخشی از فاکتورهای تاثیر گذار و مهم در قیمت انواع ورق شناخته شود.
رایجترین استفاده از ورق را میتوان در صنعت حمل و نقل به ویژه خودروسازی مشاهده نمود. آهن آلات مورد استفاده در صنایع حمل و نقل؛ نیاز به ترکیبی از مقاومت، شکلپذیری، وزن پایینتر و امکان پوششدهی وجود دارد. همچنین در ساده ترین حالت می توان به ساخت پروفیل با ورق خم شده اشاره نمود.
معرفی تیر آهن
تیر آهن نیز نوعی از مقاطع پرکاربرد فلزی شناخته شده است. ممکن است تیر آهن مانند مقاطع فولادی ساده (غیرآلیاژی) صرفاً از آهن اولیه بدست آید. یا اینکه در کارخانه های تولیدی با افزایش کربن و سایر افزودنیهای دیگر ترکیب شود و تیر آهن فولادی با مقاومت بالاتر (فولاد سازهای) بدست آید. این نوع تیرآهن جزو آهنآلات شناخته شده در صنایع ساختمانی، اسکلتسازی، پلسازی و صنعت سنگین کاربرد دارد. قیمت انواع تیرآهن از فاکتورهای گفته شده در بالا ( تیر آهن ساده یا فولادی ) تاثیر پذیری دارد.
این مقاله در آینده نزدیک بروز رسانی و تکمیل می شود
انواع آهن آلات ساختمانی
در این بخش با معرفی انواع آهنآلات ساختمانی در خدمت شما هستیم. آهنآلات ساختمانی طبیعتا نسبت به سایر مقاطع ، دارای استانداردها و ویژگی های منحصر به فرد است. اینجا منظور از آهن و فوولاد ساختمان در واقع اشاره به انواع میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی و ورق فولادی به عنوان مهمترین مقاطع کاربردی در ساختوساز است.
این محصولات از نظر مقاومت مکانیکی، شکلپذیری و قابلیت جوشپذیری به طور کلی منحصربهفرد شناخته میشوند. کیفیت و متریال آهنآلات ساختمانی در دنیا طبق استاندارد ISO 4948 (استاندارد بینالمللی طبقهبندی فولادها) و همچنین بر اساس استانداردهای ASTM A36 برای تیرآهن و ASTM A615 برای میلگرد در نظر گرفته میشود.آهن باکس به عنوان یک مرجع تخصصی برای خرید آهن آلات ساختمانی شناخته شده و در تمامی مراحل از استعلام موجودی و قیمت محصولات تا آخرین مرحله یعنی تحویل مقاطع در محل شما در خدمت مشتریان ارجمند است.
با انواع آهنآلات صنعتی آشنا شوید
تا اینجا گفتیم که واژهی «آهنآلات» به هر نوع فلز، آلیاژ یا فرآوردهی فولادی اشاره دارد که دارای ویژگیهای فنی و متریال خاصی مانند استحکام، چقرمگی و مقاومت حرارتی یا شیمیایی باشد. وقتی قرار است مقاطع فلزی و فولادی مختلف در صنایع مورد استفاده قرار گیرد، قطعا با ویژگی های منحصر به فردی از نظر ساختار و آلیاژ ها مواجه خواهیم شد.برای تولید و عرضه این محصولات از مقاطع صنعتی دقیقتر و آلیاژی هایی مانند ورق استنلس استیل (گرید ۳۰۴ یا ۳۱۶)، لولههای بدون درز (Seamless Pipe)، شمش فولادی آلیاژی و فولاد ابزار (Tool Steel) استفاده میشود.محصولات گوناگون برای صنایع معمولاً بر اساس استانداردهای صنعتی جهانی نظیر ASTM A106، ASTM A312، DIN 2391 و استانداردهای کیفیت بینالمللی ISO 9001 و ISO 4948 تولید میشود تا در برابر فشار، حرارت، خوردگی و سایش مقاومت لازمه را داشته باشند.
محصولات نورد شده
انواع آهنآلات نورد شده در واقع محصولاتی هستند که با عبور از میان مجموعهای از غلتکها شکلدهی شدهاند و تحت تأثیر تغییر شکل پلاستیک، به ابعاد و خواص مکانیکی مورد نظر میرسند.
به رایجترین نوع نورد آهنآلات میتوان به نورد گرم اشاره نمود زیرا برای تولید مقاطع سنگین و ابعاد بزرگ مناسب است و هزینهٔ تولید و مصرف انرژی آن نسبت به نورد سرد کمتر است.
همچنین نورد سرد نیز برای بسیاری از آهنآلات کاربرد دارد، بهویژه زمانی که تلرانس ابعادی دقیق، صافی سطح بالا و خواص مکانیکی کنترلشده نیاز باشد.