books main iron products

نظراً لانخفاض تكلفة إنتاجه وقوته، أصبح إستخدامه لا غنى عنه في التطبيقات الهندسية مثل أجسام الماكينات والسيارات وهياكل السفن والهياكل المعدنية للأبنية العملاقة. لا يستخدم الحديد الخالص نظراً لأنه لين جداً، لذا فهو غالباً ما تستخدم أشهر سبائكه وهي سبائك صلب.

يصنف الحديد تجارياً على أساس درجة نقائه ووفرة العناصر السبائكية به. يحتوي الحديد الغفل على 3.5-4.5 % كربون، ويحتوي على كميات مختلفة من الشوائب، مثل الكبريت والسيليكون والفوسفور. الحديد الغفل ليس منتجاً نهائياً قابلاً للبيع، وإنما هو خطوة وسيطة في إنتاج الحديد الزهر والصلب من خامات الحديد. الحديد الزهر يحتوي على 2-4 ٪ كربون و 1-6 ٪ سيليكون وكميات صغيرة من المنغنيز. تؤثر الشوائب الموجودة في الحديد الغفل مثل الكبريت والفسفور سلباً على خصائص المنتج النهائي، لذا يتم تخفيضها إلى مستوى مقبول. لكلا العنصرين درجات انصهار بين 1150-1200 درجة مئوية، وهي أقل من أي من العنصرين الرئيسيين في سبائك الحديد (الحديد والكربون)، لذا فإنهما ينصهرا أولاً، ويسهل إزالة أغلبهما. تتأثر الخصائص الميكانيكية للسبائك الحديدية كثيراً، بالهيئة التي يتخذها الكربون في السبيكة.

يأخذ الكربون في "الحديد الزهر الأبيض" شكل سمنتيت أو كربيد الحديد (Fe₃C). يتسبب هذا المركب الهش من الكربيدات في جعل الحديد الزهر الأبيض غير مقاوم للصدمات. أما في الحديد الزهر الرمادي فيتواجد الكربون حراً في شكل رقائق دقيقة من الجرافيت، مما يجعله أيضا هشاً لتركز الإجهادات عند الأطراف المدببة لرقائق الجرافيت. هناك نوع آخر من الحديد الزهر هو الحديد الزهر المرن، وهو أحد أشكال الحديد الزهر الرمادي المعالجة بإضافة كميات ضئيلة من الماغنيسيوم، لتحويل شكل الجرافيت من الشكل الرقائقي إلى أشباه كرات أو عقيدات، والتي تزيد من متانة وقوة للمادة.

يحتوي الحديد المطاوع على أقل من 0.25% كربون، وهو متين ومرن، ولكنه أقل قابلية للانصهار من الحديد الغفل. يتميز الحديد المطاوع باحتوائه على بقايا خبث داخل المعدن، كما أنه أكثر مقاومة للصدأ من الصلب. قل استخدامه الآن وأصبح يستبدل بالصلب منخفض الكربون. بالرغم من أن الصلب منخفض الكربون أكثر عرضة للتآكل من الحديد المطاوع، إلا أن رخص ثمنه جعله أكثر استخداماً.

الصلب الكربوني هو الصلب الذي يحتوي على 2% كربون أو أقل مع كميات قليلة من المنغنيز والكبريت والفوسفور والسيليكون. بينما الصلب السبائكي فيحتوي على نسب متفاوتة من الكربون، فضلا عن المعادن الأخرى، مثل الكروم والفاناديوم والموليبدنوم والنيكل والتنجستن وغيرها. يرفع محتوى العناصر السبائكية في هذا النوع من الصلب من ثمنه، لذا لا يستخدم إلا في أغراض خاصة. أشهر سبائك هذا النوع هي سبائك الصلب الذي لا يصدأ. أدخل علماء المعادن الحديدية الآن بعض التحسينات على الصلب السبائكي، فأنتجوا منه نوعاً جديداً يمتاز بالقوة رغم احتوائه على محتوى قليل من العناصر السبائكية، مما يزيد من متانة الصلب الناتج وبتكلفة أقل.

كما يستخدم الحديد أحياناً كمادة واقية من الإشعاعات المؤينة، لأنه أخف وأقوى بكثير ميكانيكيا من أشهر مادة في هذا المجال وهي عنصر الرصاص.

من أبرز استخدامات الحديد ما يلي:

• استخدامات الحديد الزهر : يستخدم في صناعة الأدوات التي لا تتعرض للصدمات مثل : أنابيب المياه وأنابيب الغاز.
• استخدامات الحديد المطاوع : ويستخدم في صنع المغناطيسيات الكهربائية المؤقتة المستخدمة في الأجهزة الكهربائية، كما يستخدم في قضبان التسليح المستخدمة في البناء.
• استخدامات الصلب : يستخدم في صناعة السفن وقضبان سكك الحديد والجسور والسيارات.

يعيب سبائك الحديد والصلب تعرضها بشدة للصدأ، إذا لم تكن محمية بشكل أو بآخر. الطلاء والجلفنة والتخميل والغطاء البلاستيكي هي طرق تستخدم جميعها لحماية الحديد من الصدأ من خلال إبعاد الماء والأكسجين عن سطح المعدن، كما أن هناك طريقة أخرى تستخدم غالباً في حماية أجسام السفن الخارجية وحماية أنابيب نقل النفط وسخانات المياة، وهي باستخدام طريقة القطب المضحى به والذي يضحى به ليتآكل بدلاً من الجسم الأساسي.