آهن، فولاد و چدن؛ هر کدام چه تفاوت‌هایی با هم دارند؟

زمان مطالعه: 7 دقیقه

آهن، فولاد و چدن به عنوان سه ماده پرکاربرد، در ساخت بسیاری از وسایل کاربرد دارند. چدن و فولاد آلیاژهایی بر پایه آهن هستند که مهم ترین تفاوت آن ها، میزان کربن استفاده شده در هر کدام است. اگر دقت کرده باشید، بسیاری از ظروف آشپزخانه از چدن ساخته شده‌اند. چدن ها همه کاره و مقرون به صرفه‌اند. اما به نظر شما مهمترین کاربرد آهن، فولاد و چدن چیست؟ در این مقاله قصد داریم به بررسی تفاوت ها و کاربرد هر یک بپردازیم. با ما همراه باشید.

میزان کربن چدن و ​​فولاد

یکی از مهم ترین مواردی که موجب تفاوت بین آهن، فولاد و چدن می شود، میزان کربن آن هاست. هر چه میزان کربن موجود در این آلیاژها بیشتر باشد، شکندگی و خاصیت ترد بودن آن ها افزایش می یابد. مقدار کربن اکثر آلیاژهای فولادی کمتر از 1 درصد است. این در حالی است که میزان کربن چدن بیش از 2 درصد است. به همین دلیل، یکی از موارد تفاوت فولاد و چدن، خاصیت شکنندگی آن ها به علت تفاوت در میزان کربن است.

البته این دو فلز دارای ویژگی های مشترکی نیز هستند که عبارتند از:

• سختی
• استحکام/ قدرت
• شکل‌پذیری
• چقرمگی (چقرمگی ترکیبی از شکل پذیری و قدرت است)

چدن چیست؟

چدن یکی از آلیاژهای آهن است و از ترکیب این عنصر با کربن و عناصر دیگری همچون سیلیسیم تشکیل می شود. مقدار کربن موجود در این آلیاژ، همان طور که گفته شد، بیش از 2 درصد است. در واقع مقدار آن چیزی حدود 2 تا 3.5 درصد است. موضوع بعد، میزان سیلیسیم موجود در این آلیاژ است که به حدود 1 تا 3 درصد می رسد.

با توجه به عناصری که در ساختار چدن وجود دارد، تشخیص آهن و چدن از روی ویژگی های ظاهری و فیزیکی نیز امکان پذیر است. چراکه چدن به دلیل داشتن کربن بیشتر، شکننده تر از فولاد و آهن است. ضمنا تفاوت فولاد و چدن در رسانایی هم قابل مشاهده است. از نظر این ویژگی، چدن رسانایی کمتری دارد و می تواند گرما را در خود حفظ کند. به همین دلیل، تغییر دمای این فلز در میان سه عنصر آهن، فولاد و چدن، از همه دیرتر اتفاق می افتد.

تفاوت دیگری که برای آهن، فولاد و چدن قابل ذکر است، نقطه ذوب آن هاست. به طوری که نقطه ذوب چدن و فولاد به ترتیب حدود 950 و 1350 درجه سانتی گراد است.

انواع چدن

برای هر یک از عناصری که در ساختار چدن وجود دارد، بازه خاصی ذکر کردیم. بنابراین، استفاده از مقادیر مختلف این عناصر در ساختار چدن، انواع مختلفی از این فلز را ایجاد می کند. در ادامه انواع چدن را نام می بریم و در مورد هر یک، بیشتر صحبت خواهیم کرد.

چدن خاکستری

چدن خاکستری به دلیل داشتن تخلخل و حفره های کمتر در ساختار خود، از رسانایی گرمایی بالاتری نسبت به سایر انواع چدن برخوردار است. به همین دلیل، از چدن خاکستری در ساخت ظروف آشپزخانه استفاده می شود. از دیگر ویژگی های این فلز، جنس سخت و شکننده آن است. از دیگر موارد مصرف چدن خاکستری می توان به نکات زیر اشاره کرد:

• پایه های ماشین
• بلوک موتور
• محفظه های موتور الکتریکی
• لوله های چدنی
• چرخ دنده

چدن سخت

چدن سخت به دلیل روند ساخت خاصی که دارد، از مقاومت بالایی برخوردار است و دیرتر ساییده می شود. علت نام گذاری این فلز، همین ویژگی است. برای ساخت چدن سخت، ابتدا آن را گرم کرده و سپس سطح آن را به سرعت سرد می کنند. این موضوع، موجب می شود تا سطح این فلز از نوع چدن سفید و بخش داخلی آن، به صورت چدن خاکستری شکل بگیرد.

چدن نرم

چدن نرم محصولی است که برای افزایش قابلیت چکش خواری و شکل پذیری انواع چدن تولید شده است. در تولید این فلز، تکه هایی از چدن سفید و خاکستری را با مقداری گرد سنگ مخلوط می کنند و حرارت می دهند. طی این فرایند، مقداری از کربن موجود در ساختار چدن خارج می شود تا بخشی از خاصیت ترد بودن و شکنندگی آن کاهش یابد. از چدن نرم برای تولید یراق در و پنجره، قفل، کلید و شیر آب استفاده می‌کنند.

چدن سفید

چدن سفید از سرد شدن سریع چدن خام تولید می شود. در این فرایند، کربن موجود در ساختار چدن فرصت کافی برای تبدیل شدن به گرافیت را ندارد. به همین دلیل، به رنگ سفید (نقره فام) در می آید. ضمنا باید به این نکته توجه داشته باشید که چدن سفید ترد است و خاصیت شکنندگی زیادی دارد.

فولاد چیست؟

فولاد آلیاژ آهنی سخت و محکمی است که از دو عنصر اصلی آهن و کربن ساخته می شود. در تولید انواع مختلف فولاد، کمتر از 2 درصد کربن مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به میزان کربن موجود، خاصیت سختی یا شکندگی فولاد تغییر می کند. به عنوان مثال، فولاد ضدزنگ حاوی 1.2 درصد کربن است. عنصر دیگری که در ساختار فولاد استفاده می شود، کروم است. این عنصر، قابلیت ضدزنگ فولاد را تامین می کند. این آلیاژ کمی براق است؛ در حالی که فولادی که با عنوان مات شناخته می شود، خاصیت براقیت کمتری دارد.

برای فولاد نیز همانند چدن، دسته های مختلفی وجود دارد که عبارتند از:

فولاد نرم

میزان کربن موجود در فولاد نرم، حدود 0.2 درصد است. معمولا فولاد نرم برای ساخت پیچ و مهره، سیم خاردار، لوله، ورق و تیرهای فولادی کاربرد دارد.

فولاد متوسط

درصد کربن در فولاد متوسط، بین 0.2 تا 0.6 درصد است. از فولاد متوسط معمولا برای ساخت ریل، دیگ بخار و حتی ماشین آلات استفاده می شود.

فولاد سخت

درصد کربن در فولاد سخت، نسبت به فولاد نرم و متوسط بیشتر است. میزان کربن موجود در این نوع فولاد، چیزی حدود 0.6 تا 1.5 درصد است. از فولاد سخت برای ساختن ابزارآلات، مته، فنر، کارد و چنگال و … استفاده می شود.

مهمترین ویژگی‌های فولاد

فولاد یکی از مهم ترین و پر کاربردترین آلیاژهای آهنی است و از آن برای تولید مقاطع فولادی مختلف استفاده می شود. این محصولات نیز فرآوری می شوند تا به کالای نهایی تبدیل شوند. فولاد و محصولات فولادی دارای قابلیت ها و ویژگی هایی هستند که آن ها را نسبت به سایر فلزات و آلیاژها متمایز می کند. از جمله این ویژگی ها می توان به موراد زیر اشاره کرد:

• انبساط حرارتی
• قابلیت شکل پذیری
• قابلیت اتصال
• مقاومت مکانیکی 

البته باید به این موضوع دقت داشته باشید که خواص فیزیکی فولاد با استفاده از فرایندهایی که با عنوان نورد گرم یا سرد شناخته می شوند، قابل تغییر است.

سنگ آهن چیست؟

همانند سایر عناصر فلزی، آهن نیز در طبیعت به صورت سنگ و در ترکیب با عنصرهای مختلف یافت می شود. سنگ آهن از ترکیب آهن، آلومین و نمک های معدنی ایجاد شده است. با فرآوری سنگ آهن طی فرایندهایی که در کارخانه ذوب آهن صورت می پذیرد، آهن خالص به دست می آید.

آهن از نظر میزان کربن، به دو دسته تقسیم می شود. دسته اول که به نام آهن معمولی نیز شناخته می شود، حدود 2 درصد کربن دارد و در اثر رطوبت هوا دچار زنگ زدگی می شود. از این نوع آهن در صنایع مختلف همچون ساختمان سازی استفاده می شود.

دسته دوم، آهن خالص است که میزان کربن آن، حدود 0.02 درصد است. این فلز دمای ذوب بالاتری دارد که به حدود 1500 درجه سانتی گراد می رسد. آهن خالص مقاومت کششی بالایی دارد و انعطاف پذیر است. معمولا از این آهن برای مصارف ساختمانی استفاده نمی‌شود؛ کاربرد اصلی آن، تولید فولاد و چدن است.

مقایسه آهن، فولاد و چدن در یک نگاه

مقایسه آهن، فولاد و چدن بر اساس چند معیار قابل انجام است. با اطلاع از این موارد، می توانید بهترین محصول را برای کار خود انتخاب کنید. اما برخی از این معیارها عبارتند از:

• مشاهده سطح دو فلز: از روی ظاهر به راحتی می توان آهن، فولاد و چدن را از هم تشخیص داد. سطح فلز آهن به رنگ خاکستری تیره و براق است؛ در حالی که سطح چدن مات، کدر و تیره یا سفید است. همچنین فولاد بر اساس عناصر موجود در ساختار خود، دارای جلای براق یا مات است.
• رنگ فلز ذوب شده: در صورت ذوب شدن آهن، فولاد و چدن، این فلزات دچار تغییر رنگ می شوند. از این نکته می توان برای تشخیص آن ها استفاده کرد. اگر رنگ فلز گداخته قرمز باشد، چدن است. این در حالی است که اگر رنگ فلز گداخته سفید باشد، آهن است.
• تست براده :چدن فلزی ترد است. پس براده‌ آن نیز ترد و شکننده است. در صورت وجود دستگاه تراش یا فرز، می‌توان قسمتی از فلز مورد نظر را ماشین‌کاری کرد. اگر براده ناپیوسته باشد، فلز چدن است و اگر براده پیوسته باشد، آهن است. البته انجام این تست با یک قلم تیز هم امکان پذیر است. با برداشتن یک لایه نازک از فلز، اگر لایه مانند نوار برداشته شد، آهن و اگر براده ها ریز برداشته شدند، فلز چدن است.
• آلیاژ به کار رفته: فولاد باید شامل حداقل 50 % آهن و یک یا چند عنصر آلیاژی دیگر باشد. از متداول ترین عناصر به کار رفته در فولاد می‌توان به کربن، منگنز، سیلیسیم، نیکل، کرم، مولیبدن، تیتانیوم و حتی آلومینیوم اشاره کرد. این در حالی است که در آلیاژ چدن عناصر دیگری با درصدهای متفاوت استفاده می شوند.
• نقطه‌ی ذوب: از نظر نقطه‌ ذوب، آهن، فولاد و چدن به همین ترتیب و از بیشترین به کمترین قرار می گیرند. یکی از روش های تشخیص چدن از آهن، همین ویژگی است.
• آسیب‌پذیری: چدن نسبت به آهن در برابر خوردگی آسیب‌پذیر‌تر است؛ همچنین نسبت به فولاد و آهن، بسیار خشک و خمش ناپذیر است.
• هزینه: برای مقایسه تفاوت فولاد و چدن از نظر هزینه، باید گفت که چدن خرج کمتری خواهد داشت.
• شکستگی: از دیگر تفاوت های آهن، فولاد و چدن این است که چدن به راحتی می‌شکند و در محل ناخالصی‌ها ترک می خورد؛ در صورتی که فولاد به راحتی شکسته نمی شود و قابل انعطاف است.

در مجموع تفاوت آهن، فولاد و چدن از ویژگی های ساختاری این سه شروع می شود و به قابلیت های فیزیکی می رسد. با توجه به عناصری که در ساختار هر یک استفاده می شود، آهن، فولاد و چدن از نظر قابلیت شکنندگی، چقرمگی، شکل پذیری، چکش خواری و … با یکدیگر تفاوت دارند. در پایان، اگر سوالی در مورد هر یک از این فلزات دارید، می توانید در قسمت نظرات مطرح کنید تا توسط کارشناسان ما پاسخ داده شود.

دمای ذوب آهن، فولاد و چدن چه قدر است؟

دمای ذوب این سه مورد به ترتیب حدود 1500، 1350 و 950 درجه سانتی گراد است.

خاصیت شکنندگی کدام یک از این فلزات بیشتر است؟

از نظر شکنندگی، چدن بیشترین میزان ترد بودن را دارد.

کربن موجود در کدام فلز بیشتر است؟

مقدار کربن موجود در چدن از همه بیشتر و در آهن کمتر است.