آهن و آلیاژهای آن از جمله فولاد، چدن و استنلس استیل که از آنها بهره میبریم، در بازار تجاری فلزات به نقطه برتری دست یافتهاند. خواص عالی این مواد از جمله سختی و استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، آنها را گزینهای اولیه برای صنایع مختلف میکند، اما ویژگیهایی مانند وزن بالا یا حساسیت به شرایط مختلف، نیازمندی به فلزات غیرآهنی جدید را مطرح کرده است.
از زمان باستان، انواع فلزات از جمله غیرآهنی، نقش مهمی در تمدنهای مختلف ایفا کردهاند. از آغاز تمدن، استفاده از مس بهعنوان یکی از اولین فلزات غیرآهنی آغاز شد. اختراع برنز که از آلیاژ مس و قلع تشکیل شده است، عصر برنز را به وجود آورد، اما استفاده از انواع فلزات آهنی به ویژه آهن، در زمانهای بعدی شروع شد.
فلزات آهنی حاوی عنصر Fe هستند و خواص و کاربردهای منحصربهفردی دارند. از جمله فلزات آهنی موجود در صنعت کشور میتوان به فولاد، آهن گرم، آهن سربارهای، آهن درشتدانه و… اشاره کرد. هر یک از این فلزات خواص و کاربردهای خاص خود را دارند که در تولید و ساخت مواد مختلف مورداستفاده قرار میگیرند.
فلزات آهنی و غیرآهنی چه تفاوتی باهم دارند؟
فلزات آهنی و غیرآهنی، دودسته اصلی فلزات در صنایع مختلف هستند که تفاوت اصلی آنها در وجود یا عدم وجود آهن در ساختار آنها است. فلزات آهنی، بهعنوانمثال فولاد، فلزاتی هستند که آهن بهعنوان فلز اصلی در ساختار آنها وجود دارد و سایر عناصر به منظور بهبود خواص فلز استفاده میشوند.
از سوی دیگر، فلزات غیرآهنی از آلیاژهایی تشکیل شدهاند که فلز آهن در آنها وجود ندارد و عناصر دیگری مانند آلومینیوم، مس و نیکل بهعنوان فلز زمینه استفاده میشوند. هر دسته فلزات خصوصیتها و کاربردهای خاص خود را دارند و در صنایع مختلف از آنها استفاده میشود.
یک نکته بسیار حائز اهمیت که باید به آن توجه کرد، این است که زمانی که از اصطلاح “فلز غیرآهنی” استفاده میشود، منظور این نیست که ماده موردنظر هیچگاه از آهن استفاده نکرده است، بلکه منظور این است که ماده خاصی از یک فلز غیرآهنی بهعنوان فلز اصلی یا پایه استفاده شده است.
انواع فلزات آهنی کداماند؟
تا به حال انواع مختلفی از محصولات فلزی آهنی در سراسر جهان ساخته شدهاند. تنوع بسیار زیادی در محصولات آهنی وجود دارد و هر یک از دستهبندیهای اصلی آن دارای بخشهای مختلفی است. در ادامه به معرفی برخی از مهمترین زیر گروههای فلزات آهنی خواهیم پرداخت.
۱. چدن
چدن یکی از مواد فلزی است که از دوران باستان تا امروز کاربردهای متعددی در صنایع مختلف داشته است. این فلز دارای مقادیر بالایی از کربن است که آن را از فولادها متمایز میکند. چدن به چندین نوع تقسیم میشود، از جمله چدن سفید که دارای ساختار بلوری است و سختی بالایی دارد، چدن چکشخوار یا مالیبل که قابلیت تغییر شکل دارد و برای ساخت قطعات پیچیده استفاده میشود.
چدن نشکن (داکتیل) و چدن خاکستری نیز ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. این فلز به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی خود، در صنایع ساختمانی، خودروسازی، الکترونیک و غیره استفاده میشود و نقش مهمی در توسعه صنعت جهانی داشته است.
چدن خاکستری با حدود ۲.۵ تا ۳.۵ درصد کربن و ۱.۵ تا ۲.۵ درصد سیلیسیم، از مقاومت خوبی در برابر سایش برخوردار است و بهعنوان جزء اصلی در قطعات ماشینآلات و قطعات خودرو استفاده میشود. چدن سفید با محتوای بالای کربن و کمترین مقدار سیلیسیم، دارای سختی و استحکام بالایی است و در قطعات صنعتی از قبیل چرخدندهها استفاده میشود.
در نهایت، چدن داکتیل که دارای مقدار متوسط کربن و سیلیسیم است، مقاومت بالایی در برابر ضربه و سایش دارد و برای قطعات ماشینآلات، قطعات خودرو، و لولهها استفاده میشود. این سه نوع چدن هر کدام ویژگیهای منحصربهفرد خود را دارند و در صنایع مختلف به کار میروند.
چدنها به دلیل وزن بالا و ترد بودن آنها، کاربردهای محدودتری دارند. در واقع، چدنها به دلیل ویژگیهای فیزیکی خود، مانند وزن بیشتر و سختی کمتر، برای استفاده در برخی از صنایع مناسب نیستند. علاوه بر این، چدنها ممکن است در مواردی که نیاز به استحکام بالا و وزن کمتر داریم، مناسب نباشند.
۲. فولاد
فولاد بهعنوان یکی از مهمترین و حیاتیترین فراوردههای مستخرج از آهن شناخته میشود. این ماده از فلز آهن بهعنوان ماده زمینه و از کربن بهعنوان عامل تقویتکننده استفاده میکند. علاوه بر کربن، برخی از عناصر آلیاژی دیگر نیز به فولاد اضافه میشود تا خواصی مانند استحکام خزشی و مقاومت به سایش را در محصول نهایی فراهم آورد.
انواع مختلفی از فولاد وجود دارند، از جمله فولادهای کم کربن، فولادهای آلیاژی، فولادهای ابزار، فولادهای گرمکار و سردکار. هرکدام از این انواع فولاد دارای خواص منحصربهفردی هستند که بیشتر برای کاربردهای مختلف در صنایع مختلف مورداستفاده قرار میگیرند.
۳. آهن گلآهن یا گل آهن
آهن گلآهن یک نوع آهن است که به طور اصلی از آهن خالص تشکیل شده است. در فرایند تولید، کمی خاکستر به آن اضافه میشود که باعث افزایش مقاومت آهن به خوردگی و اکسایش میشود، اما این آلیاژ، با وجود مقاومت بالا به خوردگی، سختی و استحکام خستگی کمی دارد.
از جمله کاربردهای آهن گلآهن میتوان به ساخت نردهها، ابزار کشاورزی، میخ، سیمخاردار، زنجیر و زیورآلات اشاره کرد. این آلیاژ دارای تودهای شبهه ذوب شده است که دانههای الیافی شبیه به الیاف چوب را ایجاد میکند که پس از اچینگ یا خم شدن، نقطه شکست قابل مشاهده است.
انواع فلزات غیرآهنی کداماند؟
فلزاتی مانند سرب، روی، نقره و طلا جز فلزات غیرآهنی هستند، اما در بازار، اصطلاح “فلزات غیرآهنی” برای موادی استفاده میشود که علاوه بر ویژگیهای خود، خاصیت مهندسی هم دارند. این فلزات به دلیل ویژگیهای خاص خود، در صنعت به مقدار زیاد استفاده میشوند. در ادامه با معرفی مهمترین فلزات غیرآهنی آشنا میشویم.
۱. مس
مس یکی از مهمترین مواد غیرآهنی است که در تولید آلیاژهای مختلف مورداستفاده قرار میگیرد. این فلز به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب خود، در صنایع مختلف بسیار موردتوجه قرار دارد. یکی از کاربردهای اصلی مس، در ساخت آلیاژهایی مانند برنز، برنج و فسفر برنز است. این آلیاژها از خواص مس بهره میبرند و در صنایع مختلف از جمله صنایع الکترونیکی، صنایع خودروسازی و صنایع ساختمانی استفاده میشوند.
بهعنوانمثال، برنز به دلیل مقاومت خوب در برابر زنگزدگی و خوردگی، در ساخت ابزارها و لوازم آشپزخانه مورداستفاده قرار میگیرد. در مجموع، مس و آلیاژهای مشتق از آن نقش مهمی در صنایع مختلف دارند و برای تولید محصولات باکیفیت بالا از اهمیت بسیاری برخوردارند.
۲. آلومینیوم
آلومینیوم به دلیل ویژگیهای منحصربهفردی که دارد، از جمله پرکاربردترین فلزهای غیرآهنی در صنعت مدرن است. این ماده با وزن سبک، مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص حرارتی مناسب و قابلیت بازیافت بجای پرداختن به محیطزیست، آن را به یک گزینه ایدهآل در بسیاری از صنایع تبدیل کرده است.
صنایع هوافضا، خودروسازی، صنایع دریایی و حتی صنایع غذایی از جمله بخشهایی هستند که از آلومینیوم بهعنوان ماده اصلی در تولید محصولات خود استفاده میکنند. این فلز از زمان کشف خود تاکنون، جایگاه خود را بهعنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در صنایع مختلف به دست آورده و احتمالاً همینطور ادامه خواهد داشت.
این فلز نقرهای سفید با درخشندگی خاص خود، همچنین رسانایی عالی گرما و الکتریسیته، از خواص برجسته آلومینیوم است. با وزن مخصوص حدود ۲.۷، این فلز بسیار سبکوزن است و بازتابکننده خوبی از نور نیز محسوب میشود. علاوه بر قابلیت انعطافپذیری بالا، آلومینیوم مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و غیرمغناطیسی است. همچنین، این فلز قابلیت تبدیل به اشکال مختلف را دارد و میتوان آن را با روشهای مختلفی مانند نورد کردن، مهر زنی و اکسترود کردن، به هر شکلی تبدیل کرد.
۳. روی
روی یک فلز با استحکام متوسط و نقطه ذوب پایین است و یکی از ویژگیهایی که آن را متمایز میکند، قابلیت ماشینکاری آسان آن است، اما برای جلوگیری از جداشدن کریستالها، گاهی نیاز به اعمال گرما دارد. یکی از روشهای محافظت از این فلز، گالوانیزه کردن آن است.
در این فرایند، یک پوشش از فلز روی سطح فولاد یا آهن اعمال میشود تا از زنگزدن آن جلوگیری شود. این عمل، علاوه بر افزایش استحکام و مقاومت فلز، به زیبایی و دوام آن نیز کمک میکند. بهطورکلی، استفاده از روی بهعنوان یک پوشش محافظ، میتواند عمر مفید و کارایی فلز را افزایش دهد.
این فلز آبی مایل به سفید است و دارای درخشش قابلتوجهی است. یکی از خصوصیات اصلی روی، مقاومت آن در برابر خوردگی است. بااینحال، در دماهای معمولی، روی شکننده است. با افزایش دما تا ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد، این فلز شکلپذیر و انعطافپذیر میشود و میتوان آن را بهصورت ورق یا سیم فلزی تولید کرد. همچنین، دانسیته روی ۷.۱۴ گرم بر میلیلیتر است و نقطه ذوب آن ۴۱۹ درجه سانتیگراد است.
۴. نیکل
آلیاژهای نیکل به دلیل استحکام بالا و مقاومت به خوردگی، در بسیاری از صنایع استفاده میشوند. از جمله محصولاتی که از آلیاژهای پایه نیکل ساخته میشوند، میتوان به اینکونل، مونل، هستلوی و نیمونیک اشاره کرد. این آلیاژها از جمله موادی هستند که در شرایط سخت و دمای بالا، مانند در صنایع هوایی، نیروگاهی و دریایی استفاده میشوند.
بااینحال، به دلیل هزینه بالای تولید، این آلیاژها فقط در کاربردهای خاص و حساس به استحکام و مقاومت به خوردگی مورداستفاده قرار میگیرند. این خصوصیات برتر نیکل نسبت به فولادها، آن را به یکی از مواد پرکاربرد و موردتوجه در صنایع مختلف تبدیل کرده است.
این فلز قویترین فلز غیرآهنی است و دارای مقاومت کششی بالایی است که بین ۴۲۰۰ تا ۸۴۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است. نیکل در برابر خوردگی و حساسیت به عوامل خارجی مانند آب، رطوبت و گازهای اتمسفر مقاوم است.
این فلز دارای مدول الاستیسیته، هدایت حرارتی و الکتریکی مشابه فولاد است و بسیار چکشخور و انعطافپذیر است. چگالی نیکل حدود ۸.۹ گرم بر سانتیمتر مکعب است و نقطه ذوب آن تا ۱۴۵۵ درجه سانتیگراد میرسد.
۵. قلع
قلع، یک فلز نرم و انعطافپذیر است که بهعنوان پوششی برای آهن استفاده میشود تا از خوردگی آن جلوگیری کند. از فولاد پوشیده شده با قلع برای تولید قوطیهای کنسرو استفاده میشود که به نگهداری غذا کمک میکند. درگذشته، استفاده از ورق قلع برای بستهبندی مواد غذایی بسیار متداول بود، اما امروزه ورقهای آلومینیومی جایگزین آن شدهاند.
با ترکیب قلع با مس، میتوان برنز و برنج قلع تولید کرد که در صنایع مختلف استفاده میشوند. به دلیل استحکام کششی پایین قلع، استفاده از آن در صنایع مختلف مانند تولید قطعات الکتریکی و الکترونیکی، جواهرات و تزیینات بسیار رایج است.
۶. سرب
سرب یکی از فلزات مهمی است که به دلیل خواص خاص خود در صنایع مختلف استفاده میشود. این فلز نرم و سنگین با نقطه ذوب پایین که انعطافپذیری بالایی دارد، بهراحتی قابل فرم دهی است. علاوه بر این، سرب مقاومت خوبی در برابر خوردگیهای ناشی از رطوبت و اسیدها دارد.
به همین دلیل، از سرب در صنایع مختلفی مانند تولید کابلهای برق فشارقوی، ساخت باتریها، ساختمانسازی و لحیمکاری استفاده میشود. این فلز از زمانهای قدیم در صنایع مختلف مورداستفاده قرار گرفته است و همچنان نقش مهمی در تولید و ساخت محصولات صنعتی دارد.
این فلز دارای رنگ خاکستری مایل به آبی است و معمولاً درخشندگی درخشانی دارد. چگالی سرب بسیار بالا بوده و برابر با ۱۱٫۳۴ گرم بر سانتیمتر مکعب است. نقطه ذوب این فلز نیز بسیار پایین است و حدود ۳۲۷ درجه سانتیگراد است، اما نقطهجوش آن بسیار بالا و حدود ۱۷۴۴ درجه سانتیگراد است. یکی از ویژگیهای دیگر سرب، مقاومت بالا در برابر خوردگی است که این ویژگی آن را به یکی از مواد پر استفاده در صنایع مختلف تبدیل کرده است.
۷. نقره
نقره یکی از فلزات محبوب و زیبا است که از دیرباز تا به امروز در تولید زیورآلات، اشیای تزیینی و ظروف غذاخوری استفاده میشود. این فلز براق و جذاب، با رنگ سفید خود، زیبایی و شکوهی خاص به هر قطعهای که از آن ساخته شود میبخشد. نقره یکی از فلزات نرم و شکلپذیر است و از لحاظ رسانایی الکتریکی و گرمایی بسیار عالی عمل میکند.
این فلز در معادن بهصورت خالص یافت میشود و بیشترین میزان آن همراه با دیگر فلزات مانند نیکل، سرب و مس استخراج میشود. قیمت نقره نیز از جمله گرانترین فلزات است و به همین دلیل استفادههای آن معمولاً برای تولید مدالها، سکهها، ظروف غذاخوری لوکس و صنایع الکترونیک است.
۸. برنز
برنز یکی از فلزات ارزشمند غیرآهنی است که در بسیاری از صنایع و کاربردها مورداستفاده قرار میگیرد. این فلز با وزن مخصوص ۸.۵ در مترمکعب و دمای ذوبی ۹۳۰ درجه سانتیگراد، بهصورت آلیاژ مس و قلع تولید میشود. ترکیب این آلیاژ شامل ۹۰ درصد مس و ۱۰ درصد قلع است.
ازآنجاکه رنگ برنز تیرهتر از برنج است، بیشتر به رنگ مس شباهت دارد و برای تولید وسایل تزیینی و مدالهای مسابقات مورداستفاده قرار میگیرد. از زمانهای قدیم، برنز بهعنوان یکی از فلزات موردتوجه بوده و تاکنون همچنان در صنایع مختلف به کار میرود.
۹. طلا
طلا یکی از ارزشمندترین و پرطرفدارترین فلزات در جهان است. این فلز با رنگ زرد خود و درخشندگی خاص، همیشه موردتوجه انسانها بوده است. طلا به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، بسیار مورداستفاده در صنایع مختلف مانند زیورآلات، دندانپزشکی و الکترونیک قرار میگیرد. این فلز چکشخوار و قابلانعطاف بوده و مقاومت خوبی در برابر عوامل جوی دارد.
علاوه بر این، طلا بهعنوان یک استاندارد بینالمللی برای اندازهگیری ارزش پول مورداستفاده قرار میگیرد. در معادن طلا، این فلز بهصورت رگههای نازک یا بهصورت جداگانه یافت میشود و پس از استخراج، بهصورت جواهرات زیبا و محصولات متنوع دیگری تبدیل میشود.
کاربرد انواع فلزات
فلزات یکی از دستههای اصلی مواد است که در زندگی روزمره ما به وفور استفاده میشود. انواع مختلف فلزات، از جمله آهن، آلومینیوم، مس و طلا، در صنایع مختلف یا ساختمانها، ابزارها، لوازمخانگی و حتی در زیورآلات به کار میرود. فلزات به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربهفرد خود، از جمله سختی، مقاومت، هدایت الکتریکی و حرارتی، بسیار موردتوجه قرار گرفتهاند.
بهعنوانمثال، آهن به دلیل قابلیت تشکیل آلیاژهای مختلف و مقاومت به خوردگی، در صنایع ساختمانی و خودروسازی بسیار پرکاربرد است. بهطورکلی، فلزات یک نقش حیاتی در توسعه صنایع مختلف و بهبود کیفیت زندگی انسانها ایفا میکنند.
کاربرد فلزات آهنی
فلزات آهنی بهعنوان یکی از مواد اصلی در صنایع مختلف به کار میروند. از جمله فلزات آهنی معروف میتوان به فولاد، آهن، آلومینیوم و مس اشاره کرد. این فلزات به دلیل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود، در تولید انواع محصولات مورداستفاده قرار میگیرند. برای مثال، در صنعت ساختمانسازی از فلزات آهنی برای ساخت قطعات مهمی همچون تیرها و ستونها استفاده میشود.
در صنعت اتومبیلسازی نیز از فلزات آهنی برای تولید قطعات مختلف خود استفاده میکنند. بهطورکلی، فلزات آهنی در صنایع مختلف به دلیل خصوصیات منحصربهفرد خود جایگاه ویژهای دارند و برای تولید محصولات متنوع و باکیفیت لازم است.
کاربرد فلزات غیرآهنی
فلزات غیرآهنی از جمله آلومینیوم، مس و نیکل، دارای خصوصیاتی است که آنها را از فلزات آهنی متمایز میکند. این فلزات به دلیل وزن سبک، مقاومت به خوردگی و خواص حرارتی مناسب، در صنایع مختلف به کار میروند. بهعنوانمثال، آلومینیوم به دلیل وزن سبک و مقاومت به خوردگی، در صنایع هوافضا و اتومبیلسازی به کار میرود.
مس به دلیل خواص الکتریکی خود، در صنایع الکترونیک و برق به کار میرود. نیکل نیز به دلیل مقاومت به حرارت، در ساخت توربینها و دیگهای صنعتی استفاده میشود. در مجموع، فلزات غیرآهنی از اهمیت بالایی در صنایع مختلف برخوردارند و نقش مهمی در توسعه فناوریهای مدرن ایفا میکنند.
فلزات غیرآهنی چه مزایا و معایبی دارند؟
فلزات غیرآهنی از جمله مس، روی، نیکل و کروم در صنایع مختلف و در ساخت سازهها و قطعات مختلف استفاده میشوند. این فلزات مزایای زیادی دارند که از جمله آنها میتوان به مقرونبهصرفه بودن، مقاومت در برابر خوردگی، سبکوزن بودن اشاره کرد. در مقایسه با فولاد، فلزات غیرآهنی از وزن کمتری برخوردارند و در برخی موارد میتوانند تا ۵۰ درصد از وزن اضافی را نجات دهند.
علاوه بر این، این فلزات دارای مقاومت کششی بالا در دماهای بالا، شکلپذیری و چکشخواری بالا، مقاومت در برابر حرارت و هدایت الکتریکی بالا هستند که در برخی صنایع و کاربردها از اهمیت ویژهای برخوردارند، اما از معایب فلزات غیرآهنی میتوان به هزینه بالاتر تولید و فرایند تولید پیچیدهتر آنها اشاره کرد.
جمعبندی
فلزات بهعنوان یکی از مواد اصلی در صنایع مختلف، به دودسته آهنی و غیرآهنی تقسیم میشوند. فلزات آهنی شامل آهن، فولاد و آلیاژهای آهنی هستند که به دلیل ویژگیهای خاصی مانند سختی، انعطافپذیری و مقاومت در برابر زنگزدگی، در بسیاری از صنایع استفاده میشوند. از جمله انواع فلزات آهنی معروف میتوان به فولاد ضدزنگ، فولاد کربنی و فولاد آلیاژی اشاره کرد.
از سوی دیگر، فلزات غیرآهنی از قبیل آلومینیوم، مس، نیکل و تیتانیوم هستند که از ویژگیهایی چون سبکی و هدایت حرارتی بالا برخوردارند. این انواع فلزات نیز در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هواپیماسازی و الکترونیک استفاده میشوند.