آهن آلات

در این مقاله قصد داریم به معرفی کامل از آهن و انواع آهن آلات و کاربردهای آن پس بهتر است تا در ادامه با ما همراه باشید.

صنعت آهن و فولاد که امروزه یکی از مهم ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشور‌های جهان محسوب می‌شود.

آهن آلات یکی از اجزا جدا نشدنی در ساخت و ساز و همچنین تولید محصولات فلزی در صنایع هستند.

اهمیت آهن آلات به حدی است.

در واقع آهن با نماد شیمیایی Fe (به لاتین: Ferrum)، نام یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲۶ و چگالی ۷۸۷۴kg/m۳ است.

آهن یک فلز است که در نخستین دورهٔ فلزهای واسطه جای دارد.

آهن اصلی‌ترین عنصر سازندهٔ هستهٔ بیرونی و درونی زمین و چهارمین عنصر متداول در پوسته‌است و بعنوان یکی از عناصر جدانشدنی زندگی بشر از زمان کشف فلزات بوده است.

با گذشت زمان و توسعه زندگی شهری و همچنین توسعه کشورها و پیشرفت علم، بکار‌گیری آهن آلات گوناگون در بخش‌های مختلف زندگی افزایش یافت.

آهن آلات کاربرد بسیار زیادی به عنوان فوندانسیون ساختمان و یا تولید محصولات فلزی دارند و به انواع مختلفی تقسیم بندی میشوند.

که یکی از اساسی ترین پروفیل های ساختمانی که ضروری است .

مانند استفاده از تیر آهن که از جمله مصالح ساختمانی است که کشف آن به قرن بیستم باز میگردد.

از قرن بیستم تا حال تیر آهن کاربرد بسیار زیادی در ساختمان سازی داشته است و تمام کشورها از این فلز پر کاربرد برای ساخت پروژه های ساختمانی زیادی استفاده کرده اند.

امروزه استفاده از آهن آلات به گونه ای که در هر مکان و تحت هر شرایطی که قرار داشته باشیم در اطراف خودمان مقاطع فولادی گوناگون و محصولات آهنی بسیاری را مشاهده خواهیم کرد.

که این نشان دهنده نقش موثر آهن در زندگی روزمره بشر می‌باشد که در جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی از آن استفاده می‌کند.

تاریخچه آهن

اولین آهن شکل گرفته که توسط بشر در دورهٔ پیش از تاریخ مصرف شد از شهاب سنگ‌ها آمده بود.

ذوب آهن در کوره‌ها در هزارهٔ دوم پیش از میلاد شروع شد، آثار مکشوفه از آهن ذوب شده از ۱۲۰۰–۱۸۰۰ پیش از میلاد در هند و در مشرق از حدود ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد بدست آمد .

بر اساس تحقیاتی که انجام شده است تقریبا ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد سورمیان و مصریان سر نیزه و زیورآلات خود را با آهنی که در آن زمان کشف شده بود، تولید می کردند.

در آغاز، انسان از آهن طبیعی به صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت به دست می آمد، استفاده می کرد.

از این رو با تحقیقات به دست آمده پی بردند که استفاده از آهن حدود ۱۳۰۰ سال پیش از میلاد امکان پذیر شده است.

که در آن زمان آهن خالص را از گرما دادن شدید صخره های کانی، توسط ذغال سنگ تولید می کردند.

روش‌های تازهٔ تولید آن به وسیلهٔ میله‌های کربنیزه کردن آهن در فرایند سیمانی کردن در قرن هفدهم بعد از میلاد ابداع شد.

در اواخر دههٔ ۱۸۵۰، هنری بسمر فرایند جدیدی برای ساخت فولاد اختراع کرد که شامل دمیدن هوا از روی چدن مذاب برای تولید فولاد نرم بود.

این فرایند و دیگر فرایندهای ابداع شده در قرن ۱۹ و بعد از آن منجر یه آن شد که دیگر آهن شکل یافته تولید نشود.

مردم خاورمیانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم در لایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می توان محصولی بسیار محکم تر به دست آورد.

محصول حاصل که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا کاربرد داشت محکم تر و مقاوم تر بود.

در چین اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهد باستان شناسی برای اقلام ساخته شده با آهن نرم در شمال شرقی نزدیک Xinjiang مربوط به قرن ۸ قبل از میلاد بدست آمده است.

این وسایل ازآهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند که برای مردم غیر چینی هم ارسال می‌کردند.

به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره حدود ۵۵۰ سال قبل از میلاد، قابلیت تولید آهن جدیدی در چین به وجود آمد.

در حالی که اروپاییان در تمامی این سال ها، از طریق ریخته گری، زیورآلات آهنی تولید می کرده اند. و سوخت مورد استفاده در طی این فرآیند نیز ذغال چوب بوده است.

که این روش ها بعد از مدت‌ها در تولید فولاد نیز مورد استفاده گرفت.

ترکیبات آهن

آهن ترکیباتی را ایجاد می‌کند که عمدتاً در حالت‌های اکسیداسیون +۲ و +۳ هستند.

به‌طور سنتی، ترکیبات آهن II فروس نامیده می‌شوند و ترکیبات آهن (III) فریک نامیده می‌شود.

ترکیبات زیادی در هر یک از حالات اکسیداسیون وجود دارد که مثال‌هایی از آن شامل سولفات آهن (II) (FeSo4) و کلرید آهن (III) (FeCl3) است.

همچنین مثال‌های بیشماری از ترکیباتی که شامل اتم‌های آهن در هر دوی این حالات اکسیداسیون وجود دارد مانند مگنتیک و آبی پروسی.

آنیون منفی فریت [Fe ۲۴] شامل یک مرکز آهن، (Vi)بالاترین حالت اکسیداسیون شناخته شدهٔ آن است و مثلاً در فریت پتاسیم (کا دو اف ای اُ ۴) وجود دارد.

ترکیبات آلی بی‌شماری (مثل پنتا کربنیل آهن) وجود دارند که دارای آهن زیرو ولنت (یا کمتر) هستند.

?

ویژگی‌های آهن

آهن دارای سطح صاف و نقره‌ای براق مایل به رنگ خاکستری‌ست اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب می‌شود به رنگ قرمز یا قهوه‌ای در می‌آید که به آن‌ها اکسید دارای ترکیبات آهن یا زنگ گفته می‌شود.

کریستال‌های خالص آهن نرم‌تر از آلومینیوم است و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت می‌شود.

مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد می‌کند که می‌تواند ۱۰۰۰ بار سخت‌تر از آهن خالص باشد.

آهن خالص فلز است، اما به ندرت در این شکل روی سطح زمین یافت می‌شود زیرا در حضور اکسیژن و رطوبت به آسانی اکسیده می‌شود.

به منظور به دست آوردن فلز آهن، اکسیژن باید از سنگ معدن‌های طبیعی توسط کاهش شیمیایی حذف شود .

به‌طور عمده از سنگ آهن از سنگ Fe2O3 توسط کربن در درجه حرارت بالاست.

خواص آهن را می‌توان با تولید آلیاژهایی از آن با استفاده از فلزات متنوع گوناگون (و بعضی غیر فلزها به ویژه کربن و سیلیکون) اصلاح نمود و فولادها را ایجاد کرد.

استخراج سنگ آهن

مرحله استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ،راه تکامل را ‌پیمود تا اینکه اولین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، رونمایی شد.

این کوره دارای آتش‌دانی به ابعاد ۷۵×۶۰×۶۰ سانتی‌مترمی باشد.

انسان‌های اولیه آهن را به صورت خالص از سنگ آهن تولید می‌کردند.

با این حال هنوز مشخص نشده که انسان اولیه از چه تاریخی این فلز را از سنگ معدن تولید و استفاده نموده است.

طبق تحقیقات به عمل آمده، در گذشته اسلحه استفاده شده توسط سرداران و فرمانروایان از جنس آهن بوده و حتی دریافته‌اند که کمربند پادشاه سیلک نیز از این ماده ساخته شده است.

در همان زمان، آهن فلزی تشریفاتی و بسیار گران محسوب می‌شد و تولید آن کم ولی قیمت بسیار زیادی داشت.

به صورتی که در دوره پارت‌ها تولید این ماده فلزی به قدری کاهش یافت که تنها از راه چین وارد کشور می‌شد.

طبق تحقیقات به عمل آمده اولین نوع از این ماده حدود ۵۵۰ سال پیش از میلاد در چین تولید شد.

در حالی‌که اروپائیان در تمامی این سال‌ها، از طریق ریخته‌گری، زیور آلات آهنی تولید می‌کرده‌اند و سوخت مورد استفاده در طی این فرآیند نیز ذغال چوب بوده است.

در دوره‌ی انقلاب صنعتی، روش‌های جدیدی برای تولید انواع آهن بدون استفاده از ذغال چوب کشف شد.

این روش‌ها بعد از مدت‌ها در تولید فولاد نیز مورد استفاده قرار گرفت.

امروزه تولید سنگ آهن در ۴۸ کشور به انجام می‌رسد.

در میان این‌ها، پنج کشور هستند که ۷۰ درصد سنگ آهن مورد نیاز در جهان از جانب آن‌ها تامین می گردد.

این کشورها عبارتند از: چین، برزیل، استرالیا، روسیه و هند.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی

نماد شیمیایی این فلز Fe و چگالی آن ۸۶/۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد.

عدد اتمی، وزن اتمی و دمای جوش آن به ترتیب برابر ۲۶، ۸۴۷/۵۵ گرم بر مول و ۲۷۵۰ درجه سانتی‌گراد است.

انواع آهن آلات

با شناخته شدن آهن و به منظور برطرف شدن بعضی کمبود‌ها و معایب آن مانند شکننده بودن، با گذشت زمان عناصر دیگری به آن افزوده شدند و آلیاژ های آهن را به وجود آوردند.

آهن آلات نامبرده در ادامه متن از پر کاربرد ترین اشکال فلز آهن می باشند.

میلگرد

میلگرد محصولی با سطح مقطع دایره‌ای شکل و توپر است و یکی از معروف‌ترین پروفیل‌ها به حساب می‌آید.

این محصول در بخش‌های مختلف ساختمان از جمله فوندانسیون، بتن آرمه و ستون‌ها کاربرد دارد.

از نظر شکل ظاهری به دو دسته آجدار و ساده تقسیم شده که نوع ساده سطحی صاف و صیقلی دارد در حالی‌که نوع آجدار دارای برآمدگی‌هایی روی بدنه خود است.

تیرآهن

تیرآهن دارای سطح مقطعی به دو شکل I و H است که استفاده گسترده و فراوانی در ساختمان‌سازی دارد به صورتی که اسکلت سازه‌های فولادی بدون این محصول وجود نخواهند داشت.

وظیفه اصلی تیرآهن تحمل بار وارده بر ساختمان است.

ورق

ورق خود به ورق اکسین، ورق آلومینیوم رنگی و آجدار، ورق سرد و گرم تقسیم می‌شود.

هرکدام از انواع مختلف این محصول کاربردهای متفاوتی دارند که در سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پروفیل

پروفیل مقطع فلزی توخالی به شکل‌های مختلف که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از جمله ساختمان‌سازی دارد؛ به طوری‌که بزرگترین مشتریان این محصول، ساختمان‌سازها هستند.

سطح مقطع مربع یا مستطیل دو نوع رایج پروفیل هستند که در بازار با نام قوطی نیز شناخته می‌شوند.

نبشی و ناودانی

نبشی با سطح مقطعی که از دو ضلع که با زاویه‌ای خاص در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است.

این محصول به دو نوع بال مساوی و بال نامساوی در بازار وجود دارد.

ناودانی نیز نوعی پروفیل باز به حساب می‌آید که از نظر هندسی شبیه U انگلیسی است.

این محصول نیز انواع مختلفی دارد که بسته به کاربرد موردنظر دارای قیمت‌های متفاوتی می‌باشد.

لوله

لوله محصولی با سطع مقطع دایره‌ای شکل است که علاوه بر نوع فلزی در انواع غیرفلزی هم تولید شده و کاربردهای متنوعی دارد.

ولی معمولا برای انتقال مایعات از آن استفاده می‌شود.

شمش

در نهایت شمش که از فرآورده‌های میانی نورد فولاد محسوب می‌شود سه نوع عمده دارد.

بیلت یا شمشال، بلوم یا شمشه و اسلب یا تختال.

تفاوت این سه نوع در ابعاد و شکل سطع مقطع آن‌هاست.

سطح مقطع بیلت کمتر از ۱۵ سانتی‌متر ولی بلوم بیشتر از ۱۵ سانتی‌متر می‌باشد.

همچنین سطح مقطع بلوم و بیلت مربعی ولی اسلب به شکل مستطیل است.

کاربردهای آهن

آهن به دلیل استحکام و مقاومت بالا نسبت به سایز فلزات و همچنین ارزان‌تر بودن، در

ماشین‌آلات صنعتی

تجهیزات حمل و نقل

ساخت سازه‌ها

بدنه کشتی‌های بزرگ

ساخت اتومبیل‌ها

جمع‌بندی

پس طبق توضیحاتی که در این مطلب مطرح شده آهن یکی از مهم‌ترین و پرکاربرترین فلزات موجود در جهان است و در نهایت با وجود کاربرد های فراوانی که این فلز دارد، اما کم هزینه ترین فلز روی زمین است.

آهن، همانطور که در سنگ معدن یافت می شود، از نظر جرم فراوان ترین عنصر طبیعت محسوب می شود.

اگر روزی به اتمام برسد، صنایع مختلف با مشکلات زیادی مواجه می شوند.

به طوری‌که اگر روزی این فلز به اتمام برسد، با مشکلات متعددی در صنایع مختلف روبه‌رو خواهیم شد.