آلیاژ آهنی چیست؟ انواع پرکاربرد آن

زمان مطالعه: 5 دقیقه

آلیاژ یکی از عناصر اصلی است که به جرأت می‌توان گفت جزء پراستفاده‌ترین عناصر در زندگی روزمره ما به شمار می‌رود؛ به‌طور‌مثال ظروف آشپزخانه، وسایل شخصی یا جواهراتی که هر روز از آن‌ها استفاده می‌کنیم، با استفاده از آلیاژهای مختلف ساخته شده‌اند. به‌علاوه آلیاژ یکی از مهم‌ترین عناصر در صنعت نیز به شمار می‌رود. آلیاژها جدیدا به دنیای ما وارد نشده‌اند و سابقه‌ای طولانی دارند. اولین آلیاژها از فلزاتی مانند مس، سرب و روی ساخته شده‌اند که جزء اولین فلزات مورد استفاده توسط انسان بودند. اولین آلیاژی که توسط انسان ساخته شد مفرغ بود، این آلیاژ به احتمال زیاد از ترکیب تصادفی مس و قلع به صورت مذاب و سرد کردن مخلوط آن‌ها کشف شد. از‌آنجایی‌که این آلیاژ از فلز مس و قلع محکم‌تر بود از آن برای ساخت چاقو، نیزه و … استفاده می‌شد. اولین انسان‌هایی که به تولید آلیاژ روی آوردند بابلی‌ها بودند. همچنین چین نیز یکی از اولین امپراطوری‌هایی بود که موفق به تولید آلیاژ شد. در ادامه این مقاله در مورد آلیاژ آهنی، انواع و مزایا و معایب آن صحبت می‌کنیم. با ما همراه باشید.

فایل صوتی

فایل ویدئویی

تعریف آلیاژ

آلیاژ یا همجوشه (Alloy) ماده‌ای فلزی است که از ترکیب یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر به وجود می‌آید. در ساخت آلیاژ حتما لازم نیست عنصر دوم فلزی باشد و می‌توان از عناصر غیرفلزی نیز استفاده کرد. این عناصر به‌صورت مایع با همدیگر ترکیب می‌شوند و نسبت به فلز خالص، خواص بیشتری دارند. برای تشکیل آلیاژ و ترکیب عناصر با یکدیگر، رایج‌ترین راه ذوب کردن و مخلوط کردن تمامی مواد است.

ترکیب فلزات و ساخت آلیاژها می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد. افزایش درجه سختی فلزات یکی از اصلی‌ترین دلایل برای ساخت آلیاژها به‌شمار می‌رود. با آلیاژ کردن یک فلز می‌توان مقدار سختی آن را به طرز قابل‌توجهی افزایش داد. یکی دیگر از دلایل تولید آلیاژ پایین آوردن نقطه ذوب فلزات است، فلزات معمولی در حالت عادی نقطه ذوب بالایی دارند که با آلیاژ شدن نقطه ذوب آن‌ها کاهش می‌یابد و به‌راحتی می‌توان آن‌ها را ذوب کرد. از این خاصیت می‌تواند برای آلیاژی مانند لحیم استفاده کرد. به جز موارد بالا دلایل دیگری نیز برای ساخت و تولید آلیاژ وجود دارد مانند افزایش استحکام کششی و افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی؛ همچنین با استفاده از رنگدانه‌های موجود در فلزات یا غیرفلزات دیگر می‌توان رنگ آن‌ را نیز تغییر داد.

مطالعه بیشتر: آلیاژ مفرغ چیست و چه کاربردی دارد؟

آلیاژ آهنی چیست؟

به آلیاژی که پایه اصلی آن آهن باشد، آلیاژ آهنی گفته می‌شود. این آلیاژ در تولید و ساخت انواع فولاد و چدن به‌کار می‌رود. به‌طور‌معمول در ساخت آلیاژهای آهنی از عناصری مانند منگنز، سیلسیوم و آلومینیوم نیز استفاده می‌شود. امروزه آلیاژهای آهنی به‌عنوان یک ماده استراتژیک از اهمیت زیادی برخوردار هستند. بزرگ‌ترین تولید‌کننده‌های این عناصر در دنیا کشورهای هند، چین و آفریقای جنوبی هستند.

ترکیبات آلیاژ آهنی

آلیاژهای آهنی از ترکیب مواد مختلفی مانند چدن، فولاد نرم، فولاد کربن متوسط، فولاد ضد زنگ و فولاد پرسرعت ساخته می‌شوند.

انواع آلیاژ آهنی

آلیاژهای آهنی سه دسته اصلی دارند که عبارتند از: آهن فرفورژه، چدن و فولاد.

آهن فرفوژه

آهن فرفورژه تقریبا از آهن خالص ساخته می‌شود. محتوای کربن این نوع آلیاژ بسیار پایین است (کم‌تر از ۰.۰۸ درصد). به دلیل وجود سرباره که با آهن مخلوط می‌شود، آهن فرفورژه در برابر خوردگی و اسکیداسیون مقاوم می‌شود و زنگ نمی‌زند. از آهن فرفورژه در صنایعی مانند تولید میخ، سیم خاردار، زنجیر، مبلمان خانگی و زیورآلات استفاده می‌شود. اصلی‌ترین مزیت استفاده از فرفورژه این است که در هنگام گرم یا سرد شدن به‌راحتی قابلیت انعطاف‌پذیری دارد، به سادگی جوش می‌خورد و دیر زنگ می‌زند.

چدن

این آلیاژ به دلیل مقاومت در برابر سایش و سخت بودن، بیشتر در قطعات خودرو مانند موتور و … استفاده می‌شود. چدن از سه عنصر اصلی تشکیل می‌شود: آهن خام ذوب شده، سنگ آهنک و کک. این مواد در یک کوره تولید شده و پس از آن در قالب‌های شن و ماسه یا فولاد آلیاژي ریخته می‌شوند. از چدن به‌طور‌معمول در ساخت لوله‌های آب، بلوک سیلندر، پیستون، ریخته‌گری اجاق گاز، محفظه انتقال و … استفاده می‌شود. همچنین چدن قابلیت لحیم کاری، برنزی، فرزکاری یا ماشین کاری را دارد. محدودیتی که آلیاژ چدن دارد این است که باید قبل از جوشکاری حتما آن را گرم کرد.

چدن انواع دیگری مانند چدن خاکستری، چدن سفید یا چدن چکش خوار نیز دارد. در چدن خاکستری اگر به آهن اجازه دهید به آرامی خنک شود، ترکیب شیمیایی آهن و کربن تا حد مشخصی تجزیه شده و بیشتر کربن به شکل تکه‌های کوچک گرافیت که در سرتاسر فلز پراکنده شده‌اند، جدا خواهند شد.  زمانی که چدن خاکستری را به حالت مذاب در بیاورید، کربن به‌صورت کامل در آهن حل می‌شود و با آن ترکیب می‌شود. در این حالت اگر فلز مذاب سریعا سرد شود، باعث می‌شود این دو عنصر در حالت ترکیبی باقی بمانند و چدن سفید به وجود بیاید. چدن سفید بسیار سخت و در عین حال شکننده نیز است. به همین خاطر انجام ماشین کاری روی این آلیاژ عملا غیرممکن است.

چدن چکش خوار از حرارت دادن چدن سفید به دست می‌آید. زمانی‌که چدن سفید را در معرض حرارت ۷۶۰ و ۹۲۷ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۵۰ ساعت در جعبه‌های حاوی سنگ معدن هماتیت قرار دهید، می‌توانید به چدن چکش خوار دست پیدا کنید.

فولاد

فولاد کربنی ساده نیز آلیاژی آهنی است که از ترکیب آهن و کربن تشکیل می‌شود. کربن یک عنصر سخت‌کننده است که وجود آن در فولاد باعث سخت‌تر شدن آن می‌شود. از فولاد برای ساخت میخ، پرچ، چرخ دنده، میز، فولاد سازه، هود، گلگیر، چکش و … استفاده می‌کنند. فولاد قابلیت‌های مختلفی مانند ماشین کاری، جوشکاری و آهنگری دارد، اما تمامی این‌ها بستگی به میزان آلیاژ دارد. تولید فولاد نیز امر ساده‌ای نیست و دشواری های زیادی به‌همراه دارد.

مطالعه بیشتر: انتخاب فولاد آلیاژی

مزایا و معایب آلیاژ آهنی

استفاده از آلیاژ آهنی مزایای زیادی دارد که باعث شده استفاده از آن بسیار گسترده باشد. ترکیبات حاوی آهن به‌وفور در پوسته زمین وجود دارند، تولید آلیاژ آهنی قیمت نسبتا مناسبی دارد و از لحاظ اقتصادی به‌صرفه است، آلیاژهای آهنی تنوع فراوانی دارند و روش تولید آنها باعث شده تا طیف وسیعی از خواص فیزیکی و مکانیکی را داشته باشند.

اما مانند هرچیز دیگری آلیاژ آهنی نیز معایب خاص خود را دارد. اصلی‌ترین عیب آلیاژهای آهنی، حساسیت آن‌ها نسبت به خوردگی است؛ در چنین حالتی می‌توان با افزودن کروم مقاومت آن را در مقابل خوردگی افزایش داد و فولاد ضدزنگ ایجاد کرد.

آلیاژ آهنی یکی از اصلی‌ترین قطعات مورد استفاده در صنایع مختلف به‌شمار می‌رود و دلیل این امر هم قیمت تولید پایین و اقتصادی و همچنین کارایی آن است. این آلیاژها انواع مختلفی مانند آهن فرفوژه، چدن و فولاد دارد که هرکدام بسته به نوع خود ویژگی‌های متفاوتی را ارائه می‌دهند. امروزه آلیاژ آهنی به عنوان ماده‌ای استراتژیک از اهمیت بالایی برخوردار است و توسط کشورهایی مانند چین، هند، روسیه و آفریقای جنوبی تولید می‌شود. در این مقاله سعی کردیم شما را با آلیاژ‌ آهنی و انواع مختلف آن آشنا کنیم. امیدواریم از این نوشته لذت برده باشید. لطفا نظرات و پیشنهادات خود را در بخش دیدگاه‌ها با ما در میان بگذارید.

آلیاژ آهنی چیست؟

آلیاژ آهنی،‌ آلیاژی است که عنصر اصلی آن آهن است. تفاوت این آلیاژ‌ این است که از آهن خالص مستحکم‌تر است.

آلیاژ آهنی چند نوع دارد؟

آلیاژ آهنی در سه نوع آهن فرفوژه، فولاد و چدن تولید می‌شود.

اصلی‌ترین عیب آلیاژ آهنی چیست؟

اصلی‌ترین نقطه ضعف آلیاژ آهنی، حساسیت در مقابل خوردگی است.