أنواع الحديد

كتابة:
أنواع الحديد


ما هي أنواع الحديد الثلاثة؟

الحديد (بالإنجليزية: Iron)، وهو أحد العناصر الكيميائية المعدنية ويرمز له بالرمز (Fe)، كما أنه أحد العناصر الانتقالية والموجود في المجموعة 8 من الجدول الدوري، ورقمه الذري 26، كما عرف الحديد قديمًا باسمه اللاتيني (ferrum)، حيث تم اشتقاق رمز الحديد من هذا الاسم، كما أن الوزن الذري للحديد هو 55.847، وجاذبيته النوعية تساوي 7.874، ودرجة انصهاره تساوي 1535 درجة مئوية، ودرجة غليانه تساوي 2750 درجة مئوية[١]، وفيما يأتي سيتم التعرف على أنواع الحديد:


الحديد النقي

الحديد النقي (بالإنجليزية: Pure iron)، هو أحد أنواع الحديد والذي يتميز بلونه الأبيض الفضي اللامع، ونادرًا ما يتم إيجاد الحديد النقي في الطبيعة بشكلٍ حر، فعادةً ما يتواجد في خاماته؛ كأكاسيد الهيماتيت والمغنتيت وكربونات الحديد، وجدير بالذكر أن نسبة الكربون في الحديد النقي تتراوح ما بين 0.1 إلى 0.2%، وأقل من 0.5% من الشوائب المكونة للحديد النقي.[٢]


أنواع الحديد النقي

هناك مجموعة من الأنواع الفرعية للحديد النقي، وفيما يأتي أنواع الحديد النقي:[٣]

  • الأوستينيت (austenite).
  • ألفا الفريت (alpha-ferrite).
  • دلتا الفريت (delta-ferrite).


كيفية تصنيع الحديد النقي

يتم تصنيع الحديد النقي بشكلٍ رئيسي عن طريق المعالجة بالحرارة، وفيما يأتي خطوات تصنيع الحديد:[٤]


  • إدخال الحديد في فرن الصهر لتقليل خاماته واستخراجه منها.
  • إزالة الكربون الزائد عن طريق فرن الأكسجين الأساسي (BOF) أو فرن القوس الكهربائي (EAF).
  • إعادة التسليح الثانوية للتخلص من الشوائب، حيث يتم خلال هذه الخطوة الوصول إلى مستوى النقاء المطلوب للحديد.


أبرز خصائص الحديد النقي وأبرز استخداماته

نادرًا ما يتم استخدام الحديد النقي بصورة منفردة، ولكن يتم أحيانًا استخدامه في الكيمياء التحليلية وفي الطب، وفي حال تم خلطه مع مواد أخرى يتم استخدامه في مجالاتٍ أوسع[٥]، كما يمكن استخدام الحديد النقي على نطاقٍ واسع في الفضاء والهندسة اللاسلكية والصناعات الذرية، بالإضافة إلى استخدامه في إنتاج السبائك الدقيقة، السبائك الفائقة، السبائك المتقدمة المقاومة للحرارة، السبائك غير المتبلورة، المواد المغناطيسية اللينة وغيرها[٦]، وفيما يأتي بعض خصائص الحديد النقي:


  • يتميز الحديد النقي بتأكسده السريع في الهواء الرطب أو في الماء الذي يحتوي على أكسجين مذاب.[٥]
  • يتميز الحديد النقي بكونه معدن لين ومرن.[٥]
  • يعرف الحديد النقي بأنه معدن ذو مغناطيسية قوية.[٥]
  • يعرف الحديد النقي بقدرته الكبيرة في التوصيل الحراري والكهربائي.[٦]
  • يحتوي الحديد النقي على نسبة قليلة جدًا من الشوائب.[٦]


حديد الزهر

يعرف حديد الزهر (بالإنجليزية: cast iron) أيضًا باسم حديد الصب والحديد الصلب، وهو أحد أنواع السبائك الحديدية، وتختلف خصائص حديد الزهر اعتمادًا على صناعة السبائك والتحكم المرتبط بها في عملية الحرارة والتبريد، وجديرٌ بالذكر أن حديد الزهر يحتوي على نسبة 2% من الكربون، وعلى نسبة تتراوح ما بين 1 إلى 3٪ من عنصر السيليكون.[٧]


أنواع حديد الزهر

هناك العديد من الأنواع لحديد الزهر، وفيما يأتي سيتم ذكر أنواع الحديد الزهر أو ما يعرف أيضًا باسم أنواع الحديد الصلب:[٨]

  • حديد الزهر الرمادي (Grey cast iron).
  • حديد الزهر القابل للطرق (Malleable cast iron).
  • حديد الزهر المرقش (Mottled cast iron).
  • حديد الزهر المقوى (Toughened cast iron).
  • حديد الزهر الأبيض (White cast iron).
  • حديد الزهر الدكتايل (Ductile cast iron).
  • حديد الزهر المبرد (Chilled cast iron).


كيفية تصنيع حديد الزهر وأبرز استخداماته

عادةً ما يتواجد حديد الزهر في الطبيعة مع خاماته، فنادرًا ما يتواجد بصورة حرة في الطبيعة، وفيما يأتي كيفية تصنيع حديد الزهر:[٩]


  • التخلص من الخامات عن طريق الصهر.
  • دمج الحديد مع كميات كبيرة من الحديد الخردة وأحيانًا مع الفولاذ.
  • إزالة الملوثات من الحديد المصهور.
  • صب الحديد المصهور في قوالب للحصول على الشكل المطلوب.
  • تبريد الحديد لإعادة تصلبه، وتعد هذه الخطوة هي الأهم للحصول على الجودة المطلوبة لحديد الزهر، فعند القيام بتبريد الحديد بشكل سريع سينتج عنه حديد الزهر ذو الحبيبات الدقيقة، بينما سينتج عن عملية التبريد البطيئة حديد زهر ذو حبيبات خشنة.


أما بالنسبة لاستخدامات حديد الزهر فهي عديدة، وفيما يأتي أبرز هذه الاستخدامات:

  • يدخل استخدام حديد الزهر في صناعة النفط، حيث يتم استخدامه لتصنيع أنابيب قنوات المياه وأجزاء التعبئة والمراجل وأجسام الصمامات وأجزاء الصمام.[١٠]
  • يدخل استخدام حديد الزهر في التركيبات الصحية مثل؛ أنابيب الصرف الصحي وأنابيب المياه والصهاريج.[١١]
  • يدخل استخدام حديد الزهر في تصنيع الأعمدة المعدنية وقواعد الأعمدة.[١١]
  • يستخدم حديد الزهر في تصنيع قوالب الصب والتي تستخدم السلالم المعدنية وأعمدة الإنارة والبوابات وغيرها.[١١]
  • تصنيع السكك الحديدية وعجلات النقل.[١١]
  • تصنيع مجموعة من الأدوات التي تستخدم في الزراعة.[١١]


أبرز خصائص حديد الزهر

هناك مجموعة من الخصائص التي تميز نوع حديد الزهر عن باقي الأنواع، وفيما يأتي بعض هذه الخصائص:[١٢]


  • يتميز بمقاومته الجيدة للتآكل، وبسبب هذه الخاصية يكثر استخدامه لصنع أنابيب نقل المياه وما إلى ذلك.
  • يعرف حديد الزهر بعدم انجذابه للمغناطيس.
  • الثقل النوعي لحديد الزهر هو 7.5.
  • نقطة انصهار حديد الزهر تساوي 1250 درجة مئوية.
  • مقاومة الشد لحديد الزهر تساوي 150 نيوتن / مم^2.
  • قوة الانضغاط لحديد الزهر تساوي 600 نيوتن / مم^2.
  • يصبح حديد الزهر طريًا عندما يتم وضعه في الماء المالح، كما أنه يتقلص عند تبريده.
  • يعرف حديد الزهر بأنه معدن غير لدن، ومن هنا لا يمكن استخدامه في تزوير العمل.


الحديد المطاوع

الحديد المطاوع (بالإنجليزية: Wrought iron)، وهو أحد أنواع الحديد والذي يتم الحصول عليه عن طريق تسخين وإعادة تشكيل حديد الزهر على نحو متكرر، ويحتوي الحديد المطاوع على نسبة أقل من 1% من الكربون، بينما يحتوي على شوائب تتراوح نسبتها ما بين 1 إلى 4%.[١٣]


أنواع الحديد المطاوع

هناك العديد من أنواع الحديد المطاوع، والتي تختلف باختلاف خصائصها وطريقة تصنيعها واستخداماتها، وفيما يأتي ذكر لهذه الأنواع:[١٤]


  • حديد شريط (Bar iron).
  • حديد قضبان (Rod iron).
  • حديد دائري (Hoop iron).
  • حديد صفائح (Plate iron).
  • حديد أسود (Blackplate).


كيفية تصنيع الحديد المطاوع وأبرز استخداماته

تعرف طريقة تصنيع الحديد المطاوع بعملية العجن (Puddling)، حيث يتم من خلال هذه العملية تحويل حديد الصب إلى الحديد المطاوع، ويتم تشغيل هذه العملية يدويًا عن طريق شخص مختص، وفيما يأتي أبرز خطوات عملية تصنيع الحديد المطاوع:[١٥]


  • وضع ما يقارب 250 كغ إلى 270 كغم من حديد الصب في فرن العجن، وهو فرن خاص مصنع من الطوب وطين النار والخامات الأخرى، والذي يستخدم الفحم كوقود له.
  • انصهار حديد الصب داخل الفرن، ثم يتم تحريكه على نحو مستمر لمدة تصل إلى ساعتين، بحيث يستخدم في هذه العملية قضيب حديدي يتم إدخاله من خلال فتحة في باب الفرن المكون من الحديد أيضًا.


  • تسرب الشوائب الموجودة في حديد الصب أثناء تحريكه في الفرن على شكل رماد.
  • تبريد الحديد عندما يقرر المختص أن نقاوته أصبحت كافية، بحيث يسمح للحديد بأن يبرد ويكون كتلة إسفنجية تسمى الكرة.
  • نقل الكرة إلى عصّارة أو آلة سبك، بحيث تقوم هذه العصّارة بتحويل الكتلة الإسفنجية الكروية ومدها لتكون شريطًا حديديًا، فتنتهي عملية التصنيع بهذا الشكل لينتج الحديد المطاوع.



يدخل استخدام الحديد المطاوع في العديد من الصناعات المختلفة، وفيما يأتي أبرز استخدامات الحديد المطاوع:[١٦]

  • يستخدم الحديد المطاوع لتشكيل مغناطيس مؤقت.
  • يستخدم في تصنيع المسامير والصواميل.
  • يستخدم في أعمال الزينة الحديدية.
  • يستخدم في تصنيع وصلات السكك الحديدية.
  • يستخدم في تصنيع أنابيب الماء والبخار.
  • يستخدم في تصنيع حذوات الأحصنة.
  • يستخدم في تصنيع ألواح التسقيف.



أبرز خصائص الحديد المطاوع

هناك مجموعة من الخصائص التي تميز الحديد المطاوع عن باقي أنواع الحديد، وفيما يأتي بعض هذه الخصائص:


  • يتميز الحديد المطاوع بأنه حديد ناعم وسهل التعامل معه بسبب قوته الهيكلية المنخفضة، حيث كان يستخدم في الماضي لصنع البوابات والدرابزين المزخرف.[١٧]
  • يعرف الحديد المطاوع بأنه مطيل ومرن وقابل للطرق.[١٨]
  • يتميز الحديد المطاوع بعدم تأثره بالمياه المالحة.[١٨]
  • يتميز الحديد المطاوع بقدرته الكبيرة على مقاومة التآكل.[١٨]
  • تبلغ درجة انصهار الحديد المطاوع حوالي 1500 درجة مئوية.[١٨]
  • تبلغ الجاذبية النوعية للحديد المطاوع حوالي 7.8.[١٨]
  • تبلغ القوة الانضغاطية القصوى للحديد المطاوع حوالي 2000 كجم / سم^2.[١٨]
  • تبلغ قوة الشد القصوى للحديد المطاوع حوالي 4000 كجم / سم^2.[١٨]


يعرف الحديد بأنه أحد العنصر الكيميائية، ويرمز له بالرمز (Fe)، كما أنه أحد العناصر الانتقالية والموجود في المجموعة الثامنة من الجدول الدوري وهناك ثلاثة أنواع أساسية للحديد وهي؛ الحديد النقي وحديد الزهر والحديد المطاوع، وتختلف هذه الأنواع عن بعضها البعض في خصائصها وعملية تصنيعها واستخداماتها.

المراجع

  1. ↑ "Iron", encyclopedia, Retrieved 1/2/2021. Edited.
  2. ↑ "Iron", phy-astr, Retrieved 1/2/2021. Edited.
  3. ↑ "Iron processing", britannica, Retrieved 1/2/2021. Edited.
  4. ↑ "The Preparation of High-Purity Iron (99.987%) Employing a Process of Direct Reduction–Melting Separation–Slag Refining", researchgate, Retrieved 1/2/2021. Edited.
  5. ^ أ ب ت ث "Iron", phy-astr, Retrieved 1/2/2021. Edited.
  6. ^ أ ب ت "The Preparation of High-Purity Iron (99.987%) Employing a Process of Direct Reduction–Melting Separation–Slag Refining", researchgate, Retrieved 1/2/2021. Edited.
  7. ↑ "Cast Iron", sciencedirect, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  8. ↑ "What is Cast Iron?", theconstructor, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  9. ↑ "How Is Cast Iron Made?", sciencing, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  10. ↑ "Cast Iron", sciencedirect, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  11. ^ أ ب ت ث ج "What is Cast Iron?", theconstructor, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  12. ↑ "cast iron", theconstructor, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  13. ↑ "Wrought Iron", sciencedirect, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  14. ↑ "Wrought Iron", wroughtworks, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  15. ↑ "Cost problems in the wrought iron industry", olemiss, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  16. ↑ "PIG IRON, CAST IRON & WROUGHT IRON – WHAT’S THE DIFFERENCE?", civilblog, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  17. ↑ "Metallurgy of Iron and Steel", libretexts, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  18. ^ أ ب ت ث ج ح خ "PIG IRON, CAST IRON & WROUGHT IRON – WHAT’S THE DIFFERENCE?", civilblog, Retrieved 2/2/2021. Edited.
5854 مشاهدة
للأعلى للسفل
×