میزان کربن در فلزات آهنی

مقدار آهنی که با آهن آلیاژ شده مخلوط شده است، به دلیل اثر مخصوص آن به ساختار بلوری میکروسکوپی، تأثیری مشخص بر خواص فیزیکی فولاد دارد.

این اثرات در عملیات متفاوت گرمایی که برای بهبود خواص فیزیکی فولاد بر روی آن انجام می شود، به خوبی پدیدار می شود.

ابن نوع آهن 0.02 درصد کربن دارد و در روش سنتی با ذوب چدن در یک کوره ی پاتیلی چرخان به دست می آمد.

این کار از نظر تئوریک تا سوختن تمام کربن آهن خام ادامه میابد تا آهن نرم خمیری شکل به دست آید که از کوره خارج می شود و چکش کاری می شود.

آهن نرم دمای ذوب بالایی در حدود 1540 سانتی گراد دارد. در گذشته برای وسایل و قسمت هایی که باید کشش را تحمل می کردند، به کار میرفت.

این نوع آهن انعطاف پذیر است و قابلیت کاربردی بالایی دارد و به راحتی در دمای سرخ، پرس کاری می شود، به همین خاطر مقاومت بالاتر از انتظار در برابر خوردگی دارد.

آهن خام:
این نوع آهن حدود2 درصد کربن دارد و با کربنیزاسیون آهن خام و آهن قراضه در یک کوره به وسیله ی کک تولید می شود.

دمای ذوب پایین آن را برای ریخته گری مناسب میسازد. ولی برخلاف آهن نرم، نمی توان روی آن در حالت مذاب کار کرد و یک ماده شکننده است.

مقاومت آن در برابر خوردگی این محصول را برای ساخت دیگ های بخار و مبلمان فضای باز و هدایت آب باران (ناودان ها) مناسب میسازد.

انواع مختلف آهن ریخته گری به ساختارهای کریستالی مختلف آن بستگی دارند. چدن خاکستری که بیشتر مورد استفاده است بلور های ریز گرافیت دارد که باعث خصوصیت شکنندگی می شود و رنگ خاکستری را در مقاطع پدید می آورد.

کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت است که از سرد کردن سریع مذاب به وجود می آید. این ماده را می توان نرم کرد تا درجه شکنندگی آن کم شود.

نوعی دیگر از آهن خام که خاصیت انعطاف پذیری دارد، چدن چکش خوار است که با اضافه کردن منیزیم و سیلیکات آهن و نوعی دیگر از آهن خام که باعث بلوری شدن کربن و تبدیل آن به گره های گرافیت می شود است. این ماده مقاومت کششی زیادی دارد و در برابر ضربه و فشار مقاومت بالایی دارد.

محصولات آهنی مورد مصرف در سطح خیابان، مانند دریچه فاضلاب و دریچه چاه های بازدید کابل کشی برق و تلفن، که از چدن خاکستری بازیافتی تولید می شود سنگین ولی شکننده اند.

در جاهایی که مقاومت بیشتری در برابر ضربه نیاز می شود، مانند جاده های عمومی، قطعات سبک تر و انعطاف پذیرتر آهنی استفاده می شوند.

کالاهای مربوط به هدایت آب باران که با روش ستنی(قالب ماسه) ریخته گری می شوند، معمولا از چدن خاکستری ساخته شده اند، در حالی که سیستم های فاضلاب از جنس چدن خاکستری تهیه می شود و چکش خوار است.

چدن در آتش خیلی زود نرم نمی شود و اگر در زمان گرما یکباره آب روی چدن ریخته شود، به مرور زمان ترک میخورد.

فولاد:
تنوع فولاد های موجود در بازار نشان دهنده ی خصوصیات منحصر به فرد هر فولاد است که به درصد کربن، عملیات گرمایی و اضافه کردن مواد آلیاژی بستگی دارد.

کربن فولاد معمولا بین 0.07 تا 1.7 درصد نوسان دارد و به تنهایی طیف وسیعی از ویژگی های فیزیکی پدید می آورد.

فولادهای کم کاربرد و فولاد چکش خوار معمولا نرم هستند و می توان در سرما بر روی آن ها کارهای زیادی انجام داد.

فولادهای کربن متوسط که معمولا بر روی آنها عملیات گرمایی انجام می شود. سخت اند و فولاد های کربن بالا و فولاد ابزار سازی مقاومت بیشتری در برابر صدمه(ضربه، خراش و غیره) از خود نشان می دهند و با افزایش کربن بیشتر می شود.

به کمک کاهش ناخالصی کربن و سایر مواد زاید، فولاد را از چدن سفید تهیه می کنند. روش های امروزی برای ساخت فولاد عبارتند از:

روش اکسیژن، روش اپن هارت و روش فولادسازی با کوره الکتریکی.

صرف نظر از روش تولید، روند فولادسازی شامل اکسیداسیون ناخالصی های نامطلوب است که مبدل به سرباره می شوند و میسوزند.

روش بسمر(اکسیژن):
هوا یا گاز اکسیژن به داخل پاتیل متحرک که با چدن مذاب بارگیری شده است با فشار دمیده شده و باعث اکسید شدن ناخالصی ها می شود.

روش اپن هارت:
این عمل به کمک سوخت تسریع می شود و در کوره های الکتریکی که با چدن سرد و آهن قراضه بارگیری می شود.

حرارت ناشی از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود ها. آهن قراضه بارگیری می شود. حرارت ناشی از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود ها و آهن آلات درون کوره موجب ذوب و اکسید شدن ناخالصی های نامطلوب می شود.

روش پاتیل اکسیژن:
فولادی مشابه کوره اپن هارت تولید می کند، ولی بسیار ارزان تر است. در عوض در روش اپن هارت امکان تولید فولادهای آلیاژی فراهم می شود و در روش الکتریکی که گران ترین روش است امکان تولید فولاد های ویژه ایجاد می شود.

یکی از روش های جدید تولید فولاد روش پاشیدن است که با تبدیل چدن مذاب به ذرات بسیار ریز به کمک فشار اکسیژن صورت می گیرد.این عملیات در مخزن ویژه ای انجام می گیرد. در این دو روش استاندارد برای تولید فولاد وجود دارد.

روش اکسیژن برای تولید مقادیر زیاد فولاد معمولی و روش کوره قوس الکتریکی برای تولیذ فولاد با کیفیت بالا و به خصوص فولادهای آلیاژی به کار میرود.