فرق بین فولاد و چدن و آهن چیست؟ بررسی ویژگی های هریک

مهمترین ویژگی‌ های فولاد

فولاد به عنوان یکی از پرکاربردترین آلیاژهای فلزی در جهان، به دلیل مجموعه ای از ویژگی‌ های منحصر به فرد خود، جایگاه ویژه‌ ای در صنایع مختلف پیدا کرده است. در ادامه به برخی از مهمترین ویژگی‌ های فولاد اشاره می‌ کنیم.

1. استحکام بالا

   • مقاومت کششی عالی: فولاد توانایی تحمل نیروهای کششی بسیار بالایی دارد و به همین دلیل در ساخت سازه‌های بزرگ، پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شود.
   • مقاومت فشاری خوب: فولاد در برابر نیروهای فشاری نیز مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد.
   • مقاومت برشی بالا: فولاد در برابر نیروهای برشی نیز مقاوم است و به همین دلیل در ساخت قطعاتی که تحت تنش‌های برشی قرار می‌گیرند، مانند پیچ و مهره، استفاده می‌شود.

2. شکل‌پذیری

   • قابلیت شکل‌ دهی: فولاد را می‌ توان به شکل‌ های مختلف مانند ورق، لوله، میلگرد و پروفیل درآورد.
   • قابلیت جوشکاری: بسیاری از انواع فولاد را می‌ توان به راحتی جوشکاری کرد.
   • قابلیت ماشینکاری: فولاد را می‌ توان به راحتی برش، سوراخکاری و تراشکاری کرد.

3. مقاومت در برابر سایش

   • مقاومت سایشی بالا: برخی از انواع فولاد، به ویژه فولادهای آلیاژی، مقاومت سایشی بسیار بالایی دارند و به همین دلیل در ساخت ابزارآلات برش و قطعاتی که در معرض سایش مداوم هستند، استفاده می‌ شوند.

4. مقاومت در برابر خوردگی

   • فولادهای ضد زنگ: برخی از انواع فولاد، به ویژه فولادهای ضد زنگ، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارند و در محیط‌ های خورنده مانند محیط‌های دریایی استفاده می‌ شوند.

5. هدایت حرارتی و الکتریکی

   • هدایت حرارتی خوب: فولاد رسانای خوبی برای گرما است و به همین دلیل در ساخت مبدل‌ های حرارتی و قطعات موتور استفاده می‌ شود.
   • هدایت الکتریکی خوب: فولاد رسانای خوبی برای جریان الکتریکی است و به همین دلیل در ساخت ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی استفاده می‌ شود.

در کل، فولاد به دلیل تنوع بسیار زیاد در ترکیب شیمیایی و روش‌ های تولید، طیف گسترده‌ ای از خواص مفید را دارد و به همین دلیل در صنایع مختلف، از ساخت ساختمان‌ ها تا تولید خودرو و… استفاده می شود.

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.

فرق بین فولاد و چدن و آهن چیست؟

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.
• آسیب‌ پذیری: 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.

تشخیص چدن از آهن

چدن و آهن دو فلز بسیار شبیه به هم هستند که اغلب با یکدیگر اشتباه گرفته می‌ شوند. هر دو از آهن به عنوان عنصر اصلی تشکیل شده‌ اند اما تفاوت در میزان کربن و عناصر آلیاژی دیگر، خواص و کاربردهای آن‌ها را به طور قابل توجهی متفاوت می‌ کند. در این مقاله به روش‌ های مختلف تشخیص چدن از آهن می‌ پردازیم.

روش‌ های تشخیص چدن از آهن

1. تست براده:

• با استفاده از یک ابزار تیز مانند چاقو یا قلم، سعی کنید از سطح فلز براده بردارید.
• چدن: براده‌ های چدن کوتاه، ترد و به صورت پودر در می‌ آید.
• آهن: براده‌ های آهن بلندتر و انعطاف‌ پذیرتر هستند.

2. تست جرقه:

• با سایش فلز بر روی یک سنگ سنباده، جرقه‌ هایی ایجاد می‌ شود.
• چدن: جرقه‌ های چدن کوتاه‌ تر و پرشعاع‌ تر هستند.
• آهن: جرقه‌ های آهن بلندتر و باریک‌ تر هستند.

3. تست چگالی:

• چدن معمولاً چگالی کمتری نسبت به آهن دارد. با استفاده از ترازوی دقیق می‌ توان چگالی نمونه را محاسبه کرد.

4. تست سختی:

• چدن معمولاً سخت‌ تر از آهن است. با استفاده از دستگاه سختی‌ سنجی می‌ توان سختی نمونه را اندازه‌ گیری کرد.

5. تست ساختاری:

• با استفاده از میکروسکوپ می‌ توان ساختار کریستالی چدن و آهن را بررسی کرد. این روش دقیق‌ ترین روش برای تشخیص است، اما نیاز به تجهیزات تخصصی دارد.

6. تست شیمیایی:

• با انجام آزمایش‌ های شیمیایی می‌ توان میزان کربن و عناصر آلیاژی دیگر را در نمونه اندازه‌ گیری کرد.

تفاوت فولاد و چدن

فولاد و چدن دو آلیاژ مهم و پرکاربرد هستند که هر دو بر پایه آهن ساخته می‌ شوند. با این حال، تفاوت‌ هایی در ترکیب شیمیایی، خواص و کاربردهای آن‌ ها وجود دارد که باعث می‌ شود برای مصارف مختلف مناسب باشند. درصد کربن فولاد و چدن، بسیار متفاوت است.

از لحاظ ترکیبات شیمیایی فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که معمولاً بین 0.2 تا 2.1 درصد کربن دارد. علاوه بر کربن، عناصر آلیاژی دیگری نیز مانند منگنز، سیلیکون، کروم، نیکل و مولیبدن به فولاد اضافه می‌ شود تا خواص آن بهبود یابد. چدن آلیاژی از آهن و کربن است که بین 2 تا 4 درصد کربن دارد. علاوه بر کربن، عناصر آلیاژی دیگری مانند سیلیکون و منگنز نیز در چدن وجود دارد.

از لحاظ خواص مکانیکی فولاد معمولاً استحکام کششی بالا، شکل‌ پذیری خوب و چکش‌ خواری مناسبی دارد. اما چدن معمولاً سخت‌ تر و شکننده‌ تر از فولاد است. مقاومت سایشی بالایی دارد اما شکل‌ پذیری آن کمتر است.

در ساختار میکروسکوپی فولاد دارای ساختار پرلیتی است. در حالی که چدن ساختار میکروسکوپی پرک مانند یا کاربیدی دارد

آهن و فولاد چه فرقی دارند؟

آهن و فولاد هر دو از فلزات پرکاربرد هستند، اما تفاوت‌ های اساسی دارند. آهن یک عنصر خالص است که به طور طبیعی در زمین یافت می‌ شود و نرم، چکش‌ خوار و مستعد زنگ‌ زدگی است. اما فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است که گاهی با افزودن عناصر دیگر مانند منگنز، سیلیکون و کروم خواص آن بهبود می‌ یابد.

حضور کربن و عناصر آلیاژی باعث می‌ شود فولاد سخت‌ تر، قوی‌ تر و مقاوم‌ تر از آهن در برابر خوردگی باشد. به همین دلیل، فولاد در مقایسه با آهن، کاربردهای بسیار گسترده‌ تری در صنایع مختلف دارد.