جستجو 
تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست؟ | تعاریف، ویژگی‌ها و کاربردهای هریک
از ترکیب آهن با کربن و سایر عناصر، دو آلیاژ مهم و پرکاربرد فولاد و چدن به دست می‌آید که در بازار آهن‌آلات و فولاد دارای جایگاهی بسیار مهم است. این سه ماده با وجود شباهت‌هایی که به هم دارد، در بسیاری از موارد با هم متفاوت است؛ بخش عمده‌ای از تفاوت آهن، فولاد و چدن به ظاهر، نحوه تولید، عناصر موجود در ساختار و هم‌چنین خواص آن‌ها بر می‌گردد. اگر دوست دارید در این مورد بیشتر بدانید، این مقاله از مجله محک استیل را ازدست ندهید؛ در این مقاله به سوال تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست؟ پاسخی کامل داده‌ایم.
آهن چیست؟
از نظر فراوانی آهن با عدد اتمی 26، چهارمین عنصر موجود است. آهن حدود پنج درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. هم‌چنین میان عناصر فلزی، این عنصر فلزی خاکستری از لحاظ فراوانی در رتبه دوم قرار می‌گیرد. خواص ویژه این فلز آن را برای استفاده در مصارف گوناگون صنعتی مناسب کرده است. نقطه ذوب آهن 1538 درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش آن 2861 درجه سانتی‌گراد است.
ویژگی‌ها و مختصات مهم آهن
فلز آهن در میزان مشخصی از اسید رقیق‌شده حل می‌شود. شکل‌پذیری و انعطاف این فلز نیز بالاست. علاوه‌بر این‌ها آهن فلزی رساناست و در معرض رطوبت زنگ می‌زند. آهن از لحاظ علم شیمی عنصری فعال است. قیمت این فلز نیز بسیار اقتصادی و مقرون‌به‌صرفه است. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های عنصر آهن را در جدول زیر آورده‌ایم.
| نماد شیمیایی | Fe |
| عدد اتمی | 26 |
| جرم اتمی | amu 55.85 |
| گروه در جدول تناوبی | 8 |
| دوره در جدول تناوبی | 4 |
| حالت فیزیکی در دمای اتاق | جامد |
| رنگ | خاکستری |
| قابلیت رسانایی | رسانای گرما و الکتریسیته |
تولید آهن برای استفاده در صنعت به روش کوره بلند
در اکثر کشورها از روش رایج کوره بلند برای تولید آهن استفاده می‌شود. مراحل تولید آهن با روش کوره بلند به شرح زیر است:
- سنگ آهن، آهک و کک را لایه لایه به کوره وارد می‌کنند.
- کک با هدف تامین گرمای مورد نیاز تحت دمای 300 درجه سانتی‌گراد، ضمن دمش هوا و اکسیژن می‌سوزد.
- سنگ آهن با حرارت بالای ایجاد شده ذوب می‌شود و آهن احیا می‌گردد.
- ضمن افزایش دما گاز منواکسیدکربن آزاد می‌شود و پروسه تولید آهن به روش کوره بلند به پایان می‌رسد.
تولید آهن به روش قوس الکتریکی
این روش تولید آهن نسبت به روش سنتی قبلی چندان متداول نیست و روشی جدید برای تولید آهن به شمار می‌رود. در تولید آهن به روش قوس الکتریکی، محصول نهایی آهن اسفنجی با تخلخل و میزان بالای 90 درصد آهن در ساختار خود همراه است که با روش احیای مستقیم ساخته می‌شود.
برای تولید آهن به این روش، ابتدا آهن اسفنجی ناخالص را با آهک و کک داخل کوره قوس الکتریکی می‌گذارند و بعد از حذف ناخالصی‌های موجود در ساختار آهن اسفنجی، آن را به منظور ساخت شمش فولادی به بخش ریخته‌گری می‌فرستند.
کاربرد آهن
آهن موارد استفاده گسترده‌ای دارد که از جمله مهم‌ترین آن در صنعت فولاد برای تولید کوره‌ها، پاتیل‌ها، تجهیزات و تولید مقاطع فولادی است. از دیگر کاربردهای آهن میتوان به استفاده در صنایع غذایی برای تجهیزات کارخانجات مانند لوله استیل صنایع غذایی و هم‌چنین بخش بسته‌بندی اشاره کرد. از دیگر کاربردهای مهم آهن در صنعت نفت و گاز است؛ برای نقل و انتقال نفت و سایر مواد پتروشیمی از لوله‌هایی با جنس خاص و ساخته شده از آهن استفاده می‌شود. از دیگر کاربردهای مهم آهن استفاده در صنعت خودروسازی، تهیه و تولید لوازم خانگی و هم‌چنین ساخت انواع سازه‌ها در ساختمان‌سازی را میتوان نام برد.
فولاد چیست؟
فولاد یکی از آلیاژهای آهن است که می‌تواند در حدود 0.002 تا 2.14 درصد کربن هم داشته باشد. کربن به‌کاررفته در فولاد تعیین‌کننده اصلی ویژگی‌های فیزیکی نهایی فولاد مانند سختی و شکنندگی آن است؛ هرقدر میزان کربن بیشتر باشد، محصول سخت‌تر و شکننده‌تر و هرچه درصد کربن پایین‌تر باشد، فولاد منعطف‌تر و شکل‌پذیرتر است. معمولا برای تولید فولاد آهن خام را با میزان کمی از کربن و سایر عناصر لازم ترکیب می‌کنند و در روشی دیگر با استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی آهن اسفنجی را ذوب کرده و پس از افزودن عناصر دیگر، آلیاژ فولاد را می‌سازند.
پایداری بالای فولاد؛ از مهم‌ترین ویژگی‌های آن
فولاد آلیاژی بسیار محکم و مقاوم است. مقاومت کششی بالای این محصول آلیاژی و قدرت تحمل نیروهای کششی بالا، این محصول را برای ساخت پل‌ها و مصارف ساختمانی در پروژه‌های عمرانی مناسب کرده است. هم‌چنین فولاد مقاومت فشاری نسبتا خوبی دارد، از مقاومت برشی بالایی برخوردار است و در تولید محصولاتی مانند پیچ و مهره استفاده می‌شود.
میزان شکل‌پذیری فولاد
فولاد بسیار شکل‌پذیر است و میتوان آن را به‌صورت ورقه، پروفیل و انواع میلگرد درآورد. هم‌چنین این آلیاژ قابلیت جوش‌پذیری و ماشین‌کاری مناسبی دارد و به‌راحتی برش و تراش می‌خورد و سوراخ می‌شود.
انواع فولاد
فولاد را عمدتا براساس خواص شیمیایی و نحوه تولید دسته‌بندی می‌کنند؛ فولاد نرم، فولاد متوسط و فولاد سخت از مهم‌ترین انواع فولاد است. در ادامه به بررسی هریک می‌پردازیم.
فولاد نرم
فولاد نرم که در ساخت لوله‌ها و نیز سازه‌هایی نظیر نبشی و تیرآهن به‌کار می‌رود و در خودروسازی هم استفاده می‌شود، کم‌ترین درصد کربن را در ساختار خود دارد و از قابلیت جوش‌کاری و شکل‌پذیری بسیار خوبی برخوردار است. ضمنا فولاد نرم ارزان‌قیمت است.
فولاد متوسط
فولاد متوسط نوع بعدی فولاد است که با درصد کربن بین 0.2 تا 0.6، در ساخت انواع ماشین‌آلات، چرخ‌دنده، فنر و دیگ بخار استفاده می‌شود. فولاد متوسط نسبت به نوع نرم سختی بالاتر اما قابلیت شکل پذیری و جوش‌کاری کم‌تری دارد.
فولاد سخت
مورد آخر هم فولاد سخت است که درصد کربن بالاتری نسبت به دو مدل دیگر دارد و بنابراین فلزی بسیار مستحکم و پایدار است. انعطاف و جوش‌پذیری فولاد سخت بسیار کم است و این فولاد شکننده‌تر از بقیه انواع آن محسوب می‌شود. از جمله کاربردهای مهم فولاد سخت میتوان به تولید فنرهای قوی، ساخت اره، قیچی و قالب‌های مورد استفاده در صنایع مختلف اشاره کرد.
کاربرد فولاد چیست؟
فولاد با توجه به ویژگی‌ها و ساختار خود در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. از جمله این کاربردها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تجهیزات دریانوردی و تولید قسمت‌های مهمی از تانکرهای نفتی
- کاربرد گسترده در صنایع ساخت‌وساز و پروژه‌های ساختمانی
- ساخت تخت‌های بیمارستانی و تجهیزات آزمایشگاه‌ها
- تولید لوازم خانه و آشپزخانه مانند گاز، سینک، یخچال، بدنه ماشین لباس‌شویی و غیره
- صنعت بسته‌بندی
تفاوت آهن و فولاد چیست؟
فولاد آلیاژی از آهن است و از لحاظ ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی با آن تفاوت‌های بسیاری دارد. آهن عنصری چکش‌خوار و منعطف است که در برابر رطوبت به‌سادگی زنگ می‌زند، این در حالی است که فولاد فلزی خالص نیست و ترکیبی از آهن و کربن و در مواردی دیگر منگنز و کروم است. وجود فلزاتی مانند کربن و دیگر عناصر مانند منگنز موجب بهبود خواص فولاد شده و آن برای طیف وسیعی از کاربردهای گوناگون در صنایع مختلف مناسب می‌کند. کربن فولاد را به فلزی سخت، مستحکم و مقاوم در برابر بسیاری از آسیب‌ها مانند خوردگی تبدیل می‌کند.
چدن چیست؟
آهن فاقد گوگرد و فسفر که در حدود 2.14 تا 6.67 درصد کربن داشته باشد، چدن نامیده می‌شود. به دلیل وجود میزان بالای کربن در چدن، این آلیاژ بسیار مستحکم و در برابر بسیاری از آسیب‌ها نظیر سایش، مقاوم است.
نحوه تولید چدن
برای تولید چدن پس از استخراج سنگ آهن آن را وارد پروسه ورود به کوره القا الکتریکی می‌کنند تا با ذوب سنگ آهن و فولاد قراضه در نهایت چدن تولید شود. اما این چدن محصول نهایی نیست و باید مراحل مختلفی را بگذراند تا ناخالصی‌هایی مانند گوگرد از ساختار آن زدوده شود. با کاهش عناصری مانند کربن و فروسیلیس در حین ریخته‌گری مواد دیگری به ساختار چدن اضافه می‌شود و خواص ویژه محصول نهایی را ایجاد می‌کند.
انواع چدن چیست؟
تفاوت چدن‌ها به پروسه ساخته شدن آن‌ها بر می‌گردد؛ بر اساس کربن آزاد و نحوه تشکیل آن در مرحله سرد شدن چدن حین فرآیند ساخت، چدن به پنج نوع مختلف تقسیم می‌شود که در ادامه همین بخش به توضیح مختصری از هریک می‌پردازیم.
- چدن مالیبل: این نوع چدن که چدن چکش‌خوار هم نامیده می‌شود، با افزودن منیزیم و سیلیکات‌آهن به چدن معمولی ساخته شده و از خواص چکش‌خواری و کشسانی بالایی برخوردار است. حین تولید چدن مالیبل در پروسه حرارتی ساخت چدن، کاربید آهن تجزیه شده و نهایتا کربن به‌شکلی برفکی و گرافیتی رسوب می‌کند.
- چدن خاکستری: برای تولید چدن خاکستری، کربن اضافی در حین فرآیند تولید، به‌صورت گرافیتی و ورقه‌ای رسوب می‌کند. از آن‌جایی که ورقه‌های تولیدی پولکی خاکستری‌رنگ است، به این چدن، چدن خاکستری گفته می‌شود.
- چدن داکتیل: در حین تولید این نوع چدن که عنصر منیزیم را هم در ساختار خود دارد، کربن اضافی به صورت گرافیتی و کروی رسوب می‌کند.
- چدن با گرافیت فشرده: حین پروسه حرارت‌دهی برای ساخت این نوع آلیاژ، کربن اضافی به صورت کرمی و ضخیم رسوب می‌کند.
- چدن سفید: در پروسه ساخت چدن سفید کربن اضافی به‌شکل کاربیدآهن درمی‌آید و صورت گرافیتی ندارد.
کاربرد چدن
چدن به دلیل خواص خود و ویژگی‌های مطلوبی که درصد بالایی از کربن در آن ایجاد کرده است، کاربردی گسترده دارد. در پروژه‌های عمرانی از چدن برای ساخت سازه‌ها استفاده می‌شود. ساخت خطوط لوله‌کشی، ناودان و درپوش چاه نیز از دیگر کاربردهای چدن است. گفتنی است از چدن در صنعت خودروسازی برای تولید بخش‌هایی از موتور خودروها استفاده می‌شود و این آلیاژ پرکاربرد در تولید ظروف سنگین پخت‌وپز هم کاربرد دارد.
تفاوت فولاد و چدن چیست؟
فولاد و چدن از آلیاژهای آهن است و مهم‌ترین عاملی که این دو محصول را نسبت به هم متمایز می‌کند، درصد کربن به‌کاررفته در ساختار هرکدام است. در صورتی که درصد کربن اضافه شده به آهن در حین فرآیند ساخت محصول بین 0 تا 14.2 درصد باشد، آلیاژ به‌دست‌آمده فولاد است و در صورتی که کربن را به‌عنوان یک عنصری آلیاژی، به اندازه بین 14.2 تا 67.6 درصد به آهن بیفزایند، چدن خواهیم داشت. گفتنی است قیمت چدن در بازار آهن‌آلات نسبت به فولاد ارزان‌تر و به‌صرفه‌تر است.
در جدول مقایسه‌ای زیر، به بررسی برخی از تفاوت‌های فولاد و چدن می‌پردازیم.
| نوع آلیاژ | نقطه ذوب | قابلیت ریخته‌گری | ویسکوزیته نسبی | سختی | مقاومت فشاری | مقاومت کششی |
| فولاد | بالا | سخت‌تر | بالاتر | نسبت به چدن کم‌تر است | کم‌تر از چدن | بیشتر از چدن |
| چدن | پایین | آسان | پایین | سخت‌تر از فولاد | بیشتر از فولاد | کم‌تر از فولاد |
تفاوت آهن و چدن چیست؟
چدن و آهن از لحاظ بسیاری از ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و ساختاری با هم متفاوت است. از مهم‌ترین موارد تفاوت‌های میان آهن و چدن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- چدن از آهن سبک‌وزن‌تر است.
- نقطه ذوب آهن بیشتر از چدن است.
- رنگ آهن و چدن متفاوت است، آهن خالص رنگی خاکستری و شفاف دارد اما چدن معمولا مات است.
- آهن خام بیشتر از چدن در ساختار خود کربن دارد.
- چدن از آهن سخت‌تر و مستحکم‌تر است.
روش‌های تشخیص چدن از آهن
برای تشخیص چدن از آهن به دلیل وجود شباهت‌های زیاد بین این دو، تست‌هایی از جمله تست براده، تست جرقه، تست چگالی، تست شیمیایی، تست ساختاری و تست سختی در نظر گرفته شده است که در ادامه به هریک از این تست‌ها می‌پردازیم.
تست براده برای تشخیص تفاوت آهن و جدن
برای انجام تست براده جهت تشخیص آهن و چدن از یکدیگر، کافی است به‌وسیله یک چاقو از سطح فلز براده بردارید. اگر محصول چدن باشد، براده‌های آن پودری می‌شود و اگر آهن باشد، براده‌های آن بلندتر و منعطف خواهد بود.
تست جرقه
اگر فلز چدن را روی سنگ سنباده بسایید، جرقه‌های حاصل کوتاه و پرشعاع است و اگر آهن را روی این سنگ بسایید، جرقه‌های بلند و باریک به وجود خواهد آمد.
تست چگالی
چگالی چدن از آهن کم‌تراست. برای سنجش چگالی جهت تشخیص چدن از آهن، کافی است با ترازوی مخصوص، چگالی را پیدا کنید و آن را با جدول استاندارد دو محصول مقایسه کنید.
تست شیمیایی
با انجام تست‌های شیمیایی و به دست آوردن درصد کربن موجود در ساختار فلز و هم‌چنین سایر عناصر در آزمایشگاه، چدن را از آهن تشخیص می‌دهند.
تست ساختاری؛ روشی دقیق برای تشخیص تفاوت آهن و چدن
تست ساختاری روشی تخصصی و با دقت بسیار بالاست که تنها توسط کارشناسان مربوطه انجام می‌شود. در این تست با هدف تشخیص چدن از آهن، با میکروسکوپ ساختار کریستالی آن‌ها را بررسی می‌کنند.
تست سختی
چدن درجه سختی بالاتری نسبت به آهن دارد. با به کار بردن دستگاه سختی‌سنج میتوان به‌راحتی سختی محصول را اندازه گرفت و آن را تشخیص داد.
تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست؟
فولاد و چدن از آلیاژهای آهن به شمار می‌رود که ضمن شباهت‌های غیرقابل‌انکار با آهن، از جهاتی با آن متفاوت است. در ادامه به هرکدام از این تفاوت‌ها می‌پردازیم.
ظاهر؛ اولین تفاوت آهن، فولاد و چدن
ظاهر آهن، فولاد و چدن با هم متفاوت است. آهن سطحی نقره‌ای مایل به خاکستری دارد و براق است. فولاد هم بر اساس ترکیبات خود، دو نوع دارد؛ فولاد با جلای براق و یا جلای تیره. چدن هم ظاهری تیره یا سفید و البته مات دارد.
رنگ نوع ذوب‌شده فلزات؛ دومین تفاوت مهم
هریک از این سه فلز در صورت ذوب تغییر رنگ می‌دهد و از این نظر هم با یکدیگر فرق دارد. چدن ذوب‌شده قرمزرنگ است، اما آهن در صورت ذوب شدن سفید می‌شود.
نوع عناصر موجود در ساختار؛ سومین تفاوت آهن، فولاد و چدن
نیمی از فولاد آهن است و بقیه آن شامل کربن و یک یا چند نوع دیگر از عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیسیم، کروم، نیکل، مولیبدن، تیتانیوم و غیره است. اما در ساخت چدن از عناصری دیگر با درصدهای متفاوت استفاده می شود.
نقطه ذوب؛ تفاوت چهارم آهن، فولاد و چدن
آهن نقطه ذوب بالایی دارد و فولاد از این نظر در رتبه بعدی قرار می‌گیرد. در میان این سه چدن از بقیه نقطه ذوب پایین‌تری دارد.
تفاوت آهن، فولاد و چدن از نظر آسیب‌پذیری
چدن آلیاژی خشک است و نسبت به آهن و فولاد در برابر آسیب‌هایی مانند خوردگی حساس‌تر است. چدن قابلیت خمش ندارد، به‌آسانی ترک می‌خورد و می‌شکند. اما فولاد انعطاف‌پذیر، سخت و پایدار است.
| نوع محصول | نقطه ذوب (درجه سانتی‌گراد) | چگالی (کیلوگرم بر متر مکعب) | رنگ | ویژگی‌های مهم |
| آهن | 1538 | 7874 | خاکستری | شکل‌پذیری و انعطاف بالا، رسانا |
| فولاد | 1370 | 7850 | خاکستری یا نقره‌ای | پایدار، شکل‌پذیر، جوش‌پذیر و منعطف |
| چدن | 1200 | 7200 | سفید، کدر | مستحکم، مقاوم در برابر سایش |
جدول مهم‌ترین تفاوت های آهن، فولاد و چدن در یک نگاه
کلام آخر محک استیل درباره تفاوت آهن، فولاد و چدن
در این مقاله به‌طور کامل به تعاریف، ویژگی‌ها و کاربردهای آهن، فولاد و چدن پرداختیم و سعی کردیم به سوال تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست پاسخی جامع بدهیم. فولاد و چدن از آلیاژهای مهم و پرکاربرد آهن است که هریک با توجه به عناصر شیمیایی موجود در ساختار، نحوه تولید، قابلیت‌ها و ویژگی‌های خود برای استفاده‌هایی خاص مناسب است. با اطلاع کامل درباره تفاوت این سه محصول، می‌توانید برای کاربرد مورد نظرتان، بهترین نوع را انتخاب کنید و بخرید.
لطفا نظرات خود درباره تفاوت آهن، فولاد و چدن را در قسمت نظرات با ما به اشتراک بگذارید.
