راهنمای خرید انواع آهن آلات

آهن یکی از عناصر مهم در گروه 8 جدول تناوبی بوده و به عنوان فلز طبقه بندی می شود. این ماده از تولید فولاد تا کمک به حمل اکسیژن در خون انسان، همه جوره به حفظ حیات زمین و بشر کمک می کند.

آهن چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین از نظر وزنی و ششمین عنصر از لحاظ فراوانی در جهان است، به گونه ای که تصور می شود بیشتر هسته زمین از اهن تشکیل شده باشد. در ادامه این متن از ساختمانچی با ما همراه باشید تا با آهن، کاربرد و هر چیزی که به آن مربوط است آشنا شوید.

آهن چیست؟

همان طور که گفتیم، آهن فلزی در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی با عدد اتمی 26 است. نقش این ماده در بقای موجودات زنده بسیار مهم است. نقش این فلز در تولید کلروفیل گیاهان، هموگلوبین حیوانات و هم چنین حمل اکسیژن از ریه ها به تمام بافت های بدن انکار نشدنی است.

اهن هایی که تازه استخراج شدند سطحی صاف و نقره ای مایل به خاکستری دارند که با آب و اکسیژن واکنش نشان می دهند و به شکل آهن هیدراته یا زنگ آهن قرمز و قهوه ای تبدیل می شوند.

برخی فکر می کنند که این لایه اکسیدشده مانع زنگ زدگی درونی فلز نمی شود، اما باید گفت که علاوه بر این که این لایه از زنگ زدگی جلوگیری نمی کند، بلکه با ادامه نفوذ حجم بیشتری از فلز، زنگ می زند.

کریستال‌ های خالص اهن نرمه (نرم‌ تر از آلومینیوم) و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت می‌ شود. مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد می‌ کند که می‌ تواند ۱۰۰۰ بار سخت‌ تر از آهن خالص باشد.

تاریخچه آهن

نام کسی که اهن را کشف کرد همچنان نامشخص است اما همه این عنصر را عنصری باستانی و بسیار قدیمی می دانند. طبق نظر کارشناسان، اولین قطعه آهنی که انسان ها از آن استفاده کردند از شهاب سنگ ها آمده بود. ذوب آهن در کوره ها نیز در هزاره دوم پیش از میلاد شروع شد.

مصریان باستان از اهن به عنوان یک جسم مقدس و دارای قدرت سری در مراسم های مذهبی شان استفاده می کردند و آن را هدیه ای از طرف خدا می دانستند. اولین آثار ذوب‌شدن آهن را می توان به 1200 تا 1800 سال پیش در هند و در مشرق از حدود 1500 سال پیش دانست.

منابع آهن

همان طور که در بالا هم به آن اشاره کردیم، اولین قطعه اهن مورد استفاده انسان ها ابتدا از شهاب سنگ ها به زمین آمد. بنابراین منبع عنصر آهن را می توان در شهاب سنگ و هسته فلز متراکم و سیاراتی مانند زمین و محیط های کم اسیژن است.

برای مثال این فرضیه وجود دارد که رنگ قرمز سطح مریخ ناشی از اکسیدآهن است. در پروسه همجوشی نیز، آهن آخرین عنصری‌ است که با آزادسازی انرژی، پیش از فروپاشی انفجاری آن ستاره به صورت یک نو اختر یا ابرنواختر و پراکندگی اهن در فضا، ایجاد می‌ شود.

بنابراین فراوانی آهن در زمین و دیگر سیاره های مشابه را می توان به خاطر پدیدهٔ هم جوشی هسته‌ ای در ستاره‌ ها دانست. اما هسته زمین از چه چیزی تشکیل می شود؟

عمده هسته زمین را اهن و نیکل تشخیص می دهد. این فلز از دیدگاه جرم، بزرگ ترین عنصر سازندهٔ کرهٔ زمین است. آهن را نیز می توان در بیشتر رس ها، گرانیت ها و ماسه سنگ ها نیز پیدا کرد. در میان کانه های مهم آن نیز می توان از هماتیت، مگنتیت، پیریت و کالکوپیریت را نام برد.

ویژگی های آهن

جرم یک اتم معمولی اهن 56 برابر جرم یک اتم معمولی هیدروژن است. عقیده بر این است که آهن (FE) دهمین عنصر فراوان در جهان است. این فلز، از سنگ معدن آهن استخراج می شود و به ندرت به حالت آزاد یا عنصری یافت می شود.

برای تهیه اهن، باید ناخالصی های آن را به روش کاهش شیمیایی از بین برد. از آهن برای تولید فولاد استفاده می شود. همان طور که می دانید آهن و آلیاژهای آن پرکاربردترین نوع فلزات می باشند. یکی از این موارد فولاد است که از آلیاژ فلزات متفاوت (تعدادی غیر فلز بخصوص کربن) بدست می آید.

هسته اتم آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هر نوکلئون هست، بنابراین اهن با روش همجوشی، سنگین ترین و با روش شکافت اتمی، سبک ترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می شود.

خواص مکانیکی آهن و آلیاژهای آن عمدتا به درجه خلوص آن بستگی دارد. این خواص با استفاده از آزمون‌ هایی از قبیل برنیل و راکول یا آزمایش‌ مقاومت کششی ارزیابی می‌شود.

آهن با درجه خلوص بالا دارای سختی 20–30 برنیل است. چگالی اهن 7874 کیلوگرم بر مترمکعب، وزن اتمی آن 55.847 گرم بر مول و دمای جوش آن به ترتیب برابر 2750 درجه سانتی گراد است.

خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی اهن

• عدد اتمی ( تعداد پروتون های هسته): 26
• نماد اتمی (در جدول تناوبی عناصر) : FE
• وزن اتمی (جرم متوسط اتم): 55.845
• تراکم: 7.874 گرم در سانتی متر مکعب
• فاز در دمای اتاق: جامد
• نقطه ذوب: 2.800.4 درجه فارنهایت یا 1.538 درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: 51818 فارنهایت یا 2861 درجه سانتی گراد
• تعداد ایزوتوپ ها (اتم های همان عنصر با تعداد نوترون متفاوت): 33
• تعداد ایزوتوپ پایدار: 4
• رایج ترین ایزوتوپ آن: Iron_56

کاربردهای آهن

قیمت ارزان و مقاومت بالای این عنصر، آن را به یکی از پر کاربردترین عنصرها تبدیل می کند. در ادامه به معرفی تعدادی از این کاربردها می پردازیم:

• بدنه کشتی ها
• درون اتومبیل ها
• اسکلت ساختمان ها
• چارچوب تجهیزات
• ریل آهن
• ساخت ذخیره مغناطیسی کامپیوتر

فرآورده های تولیدشده از آهن

• آهن خام
• چدن
• چدن چکش خوار
• آهن کارشده
• فولاد
• مدل چدن سفید
• فولاد کربن
• آهن قراضه
• و…

آهن خام

مرحله میانی مسیر سنگ اهن تا چدن و فولاد، آهن خام می باشد: آهن خام شامل 5-4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد، سیلیکون و فسفر است.

چدن

چدن از طریق ذوب کردن اهن، ریحتن آن در قاب هاب فلزی یا ماسه ای و سپس سرد کردن آن بدست می آید. این آلیاژ شامل 2 تا 3% کربن و مقدار کمی منگنز می باشد.

همچنین ناخالصی های موجود در اهن خام مانند گوگرد و فسفر که تاثیر منفی بر خواص آن دارد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می یابد.

چدن چکش خوار

چدن چکش خوار تفاوت زیادی با چدن داشته و می توان گفت که نرم تر از آن است. این نمونه مقاومت کششی بالاتری داشته و نسبت به چدن استفاده بیشتری در صنعت دارد.

روش تولید آن نیز به این صورت است که وقتی بر روی چدن عملیاتی از قبیل اضافه کردن منیزیم و سیلیکات آهن و بلوری شدن کربن انجام می شود، مدل چکش خوار بدست می آید.

چدن سفید نیز یکی دیگر از فرآورده های اهن خام است که از سرد شدن مذاب به دست می آید. کربن آن به صورت کربن سمانتیک بوده و در صد شکنندگی آن را نیز می توان با نرم کردن آن کاهش داد.

آهن کار شده

برای تولید اهن کارشده ابتدا آن را ذوب می کنند و سپس به شکل اسفنجی در می آورند. برای بدست آوردن این نمونه از آهن، ناخالصی های موجود در آن همچون سیلیسیم، منگنز، کربن باید تصفیه شود.

فولاد

فولاد یکی از مهم آلیاژهای آهن است که از ترکیب آلیاژهای آهن با کربن بدست می آید. مقاومت فولاد پس از تولید بیشتر از حالت اولیه خواهد بود.

فولاد کربن

فولاد کربن نیز شامل 0.5-1.5% کربن و مقادیر کمی منگنز، گوگرد، فسفر و سیلیکون است.

آهن قراضه

آهن قراضه نیز همان طور که از اسم آن نیز مشخص است به اضافات و قراضه های فولاد می گویند.

در این نمونه به کمک تکنولوژی بازیافت و استفاده مجدد از اهن، مواد مذاب را به صورت شمش های کوچک و بزرگ تبدیل کرده تا دوباره به چرخه تولید وارد شوند.

اکسیدآهن یا زنگ زدگی آهن چیست؟

اکسیدآهن چگونه انجام می شود؟ زنگ زدگی زمانی رخ می دهد که آهن یا آلیاژ حاوی آهن مثل فولاد برای مدت زمان طولانی در برابر رطوبت قرار بگیرد.

در این صورت با گذشت زمان اکسیژن با فلز در سطح اتمی ترکیب می شود و ترکیب جدیدی را تشکیل می دهد که به آن اکسید می گویند. این ترکیب جدید باعث تضعیف پیوندهای فلز می شود.

آب در این قسمت با شکست مولکول های اکسیژن به واکنش دهی آهن و اکسیژن کمک می کند و در ابتدای کار آهن الکترون‌ های خود را به اکسیژن می‌دهد. سپس یون‌ های آهن با آب واکنش می‌دهند تا هیدروکسید اهن و هیدروژن تشکیل شوند.

با انجام اکسایش بر سطح یک جسم آهنی، آند شکل می‌گیرد. در قسمت دیگری از این سطح که آب و اکسیژن حضور دارند، کاتد تشکیل می‌شود.

این فرایند باعث شکل‌ گیری یک سلول ولتایی کوچک می شود که با حرکت آندها به سمت کاتدها زنگ خوردگی صورت می‌ گیرد.

ایزوتوپ های آهن

اهن به طور طبیعی دارای 4 ایزوتوپ پایدار Fe-54 ،Fe56 ،Fe-57 ،Fe-58 است. درصد فراوانی این ایزوتوپ ها نیز به ترتیب 3.0%، 2.2%، 7.91% و 8.5% است. Fe-60 که نوکلید پرتوزای غیر فعال است، دارای نیمه عمر 5,1 (Myr) می باشد.

در گذشته تلاش بیشتر افراد، اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپی آهن بوده است، چرا که فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز (مانند مطالعات شهاب سنگ ها) و شکل گیری کانی ها هستند، حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60 صورت می گیرد.

در بین ایزوتوپ های پایدار فقط اهن 57 دارای اسپین اتمی است,(2/1-). به همین خاطر آهن 57 در شیمی و بیوشیمی به عنوان یک ایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است.

آلوتروپ های آهن

آلوتروپ یا دیگر شکل، شکل های مختلفی از یک عنصر است. نحوه تشکیل پیوندهای مختلف میان اتم‌ها موجب تشکیل موادی با ساختار و خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت می‌شود.

«آلوتروپ‌‌ها» (Allotropes) تنها در برخی عناصر یافت می‌ شوند. این عناصر بین گروه‌ های ۱۳ تا ۱۶ جدول تناوبی عناصر قرار دارند.

شناسایی خواص آلوتروپ‌ های آهن در ساخت انواع فولاد حائز اهمیت می باشد، چرا که ساختمان فلزآهن دارای دگروارگی می باشد.

علاوه بر این فولاد را می توان یکی از آلیاژهای مهم آهن دانست. اما آلوتروپ های آهن کدامند؟ اهن از لحاظ تولید به چهار دسته گاما، آلفا، دلتا و اپسیلون تقسیم می شود.

مدل آهن گاما یکی از آلوتروپ های اهن است که در محدوده دمایی ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتی گراد پایدار بوده و ساختمان بلوری(مکعبی مرکزپر) دارد. آهن دلتا یکی از آلوتروپ های آهن است که از دمای ۱۴۰۱ درجه سانتیگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتی گراد (نقطهٔ ذوب اهن) پایدار است.

آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر و دارای خاصیت پارامغناطیس است. ثابت شبکه این آلوتروپ نیز بزرگ تر از آهن آلفا است.

آهن آلفا یکی از آلوتروپ های اهن است. این آلوتروپ از دمای ۲۷۳- درجه سانتیگراد تا ۹۱۰ درجه سانتی گراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر بوده و ثابت شبکهٔ فرومغناطیس آن ۲/۸۶ آنگستروم است.

آلوتروپ‌ های آلفا، گاما و دلتا در فشار معمول حضور دارند. خواص فیزیکی اهن در فشارهای بسیار زیاد نیز مورد مطالعه قرارگرفته است. در فشار 10 GPA آهن آلفا به آلوتروپ اهن «اپسیلون» تبدیل می‌ شود.

انواع آهن آلات

با شناخته شدن آهن و رفع عیوب آن مانند شکنندگی، به مرور زمان عناص دیگری نیز به آن افزوده شد و آلیاژهای اهن را بوجود آورد. آهن به دو صورت فولاد و چدن توسعه پیدا کرد.

امروزه سهم فولاد در صنایع مختلف به بالای نود درصد می رسد. در این بین، شکل های مختلف اهن توانسته پاسخگوی نیازها و کاربردهای مختلفی باشد. در ادامه برخی از انواع آهن آلات را برای شما معرفی می کنیم:

پروفیل یا قوطی

پروفیل نوعی مقطع فلزی توخالی است که به شکل های مختلفی تولید می شود و در صنایعی چون ساختمان، کاربردهای فراوانی دارد.

بزرگ ترین مشتریان پروفیل ها، ساختمان سازها می باشند. دو نوع رایج پروفیل ها شامل پروفیل هایی با سطح مقطع مربعی یا مستطیلی می باشند که در بازار آن ها را با نام قوطی نیز می شناسند.

تیرآهن

تیرآهن ها دارای دو نوع سطح مقطع به شکل های I و H می باشند و کاربردهای فراوانی در صنعت ساختمان دارند. همانطور که می دانید اسکلت سازه های فولادی بدون وجود تیرآهن اصلا تشکیل نخواهد شد.

وظیفه اصلی تیرآهن تحمل بارهای وارده بر ساختمان می باشد. تیرآهن ها انواع مختلفی دارند که از جمله می توان به تیرآهن IPE، تیرآهن INP، تیرآهن بال پهن یا هاش و تیرآهن لانه زنبوری اشاره نمود. در صورتی که تمایل دارید مطالب بیشتری در مورد “تیرآهن” بدانید، به نوشته مربوطه در سایت مراجعه فرمایید.

میلگرد

میلگرد محصولی با سطح مقطع دایره ای شکل می باشد که توپر است و از معروف ترین انواع اهن آلات محسوب می شود. از میلگرد در بخش های مختلف ساختمان از جمله ستون ها، پی ساختمان و بتن آرمه استفاده می شود.

میلگردها از لحاظ شکل ظاهری به دو دسته آج دار و بدون آج یا ساده تقسیم می شوند. میلگردهای آجدار دارای برآمدگی هایی بر روی بدنه خود می باشند در حالی که میلگردهای بدون آج یا ساده این گونه نیستند و سطحی صاف و صیقلی دارند.

ورق آهن

ورقه های اهنی انواع مختلفی دارند و به دسته های ورق آلومینیوم رنگی و آجدار، ورق اکسین، ورق سرد و ورق گرم تقسیم بندی می شوند. ورق های آهنی کاربردهای گوناگونی دارند و در سازه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

به طور مثال، ورق های سرد یا روغنی برای سازه هایی که اهمیت زیبایی نما در آن ها اولویت دارد، مناسب است، در حالی که از ورق های گرم در مکان هایی که به مقاومت زیادی نیاز دارند، مانند تانک ها، استفاده می شود.

نبشی

نبشی ها از سطح مقطعی با دو ضلع که با زاویه ای خاص در کنار یکدیگر قرار دارند، تولید می شوند. این محصولات اهنی در انواع بال مساوی و بال نامساوی در بازار وجود دارند.

ناودانی

ناودانی، نوعی پروفیل محسوب می ود که از نظر هندسی شبیه به حرف U انگلیسی است. این محصول انواع مختلف و قیمت های متفاوتی دارد که با توجه به کاربرد، می توانید نمونه موردنیاز خود را خریداری نمایید.

لوله

لوله ها محصولاتی با سطح مقطع دایره ای هستند که علاوه بر انواع فلزی، در انواع غیرفلزی نیز تولید می شوند. از لوله ها برای انتقال آب و سایر مایعات در صنایع مختلف استفاده می شود. لوله های فلزی معمولا به دو دسته درزدار و بدون درز تقسیم می شوند.

شمش

شمش از فراورده های میانی نورد فولاد می باشد و دارای سه دسته بندی است. بیلت یا شمشال، اسلب یا تختال و بلوم یا شمشه از انواع شمش محسوب می شوند. تفاوت این نوع شمش ها در ابعاد و شکل مقطع آن ها است.

سطح مقطع بیلت کمتر از 15 سانتی متر می باشد در حالی که بلوم ها بیش از این اندازه می باشند. همچنین سطح مقطع بلوم و بیلت مربعی بوده ولی اسلب به شکل مستطیلی می باشد.

قیمت آهن آلات

آهن آلات قیمت ثابتی ندارند و با توجه به عوامل بسیار زیاد و متعددی قیمت گذاری می شوند. قیمت اهن آلات معمولا روزانه و یا حتی ساعتی نیز ممکن است تغییر کند. از عوامل موثر بر قیمت آهن آلات می توان موارد زیر را نام برد:

• قیمت نفت
• هزینه های حمل و نقل
• تاثیر تورم جهانی در بازارهای داخلی
• سیاست های داخلی کشور
• میزان عرضه و تقاضا
• نوسانات دلار و ارز
• قیمت اولیه مواد
• نوع محصول آهنی (به طور مثال میلگرد، تیرآهن، شمش، نبشی و …)
• وزن و اندازه محصولات
• کیفیت متریال ساخت
• درجه بندی
• نورد
• شرایط فصلی و آب و هوایی که سبب کاهش یا افزایش تولیدات می شوند
• و …

کلام آخر

آهن که یکی از مهم ترین عناصر جدول تناوبی و یکی از فراوان ترین عنصرهای موجود در زمین است. یکی از دلایل فراوانی اهن در زمین را می توان هم جوشی هسته ای در ستاره ها دانست.

این عنصر کاربردهای زیادی دارد که از نمونه آن می توان به کشتی های بزرگ، ریل آهن، اسکلت ساختمان ها و هم چنین درون اتومبیل دانست.

از محصولات آهن نیز می توان به چدن، اهن خام، چدن چکش خوار، فولاد، چدن سفید، کربن فولاد و آهن قراضه اشاره کرد. هر کدام از این محصولات برای کاربردهای متفاوتی تولید می شوند.