بررسی تفاوت های بین فولاد نرم، چدن و آهن فرفورژه mild steel vs cast iron vs wrought iron  

محصولات فلزی جزء ابزارهای اولیه و پایه در صنایع مختلف بوده که کاربرد عمده آن ها مربوط به ساخت انواع سازه ها، مصالح ساختمانی و انواع لوله های مخزنی می باشد. معمولا فلزات به دو صورت آهنی و غیرآهنی وجود دارند که مواد تشکیل دهنده آن ها نسبت به هم دارای تفاوت هایی می باشد.

به طور کلی محصولات آهنی را می توان در سه دسته تقسیم بندی کرد که عبارتند از فولاد، چدن و آهن فرفورژه.

جنس و ساختار هر سه محصول از آهن بوده و دارای خواص مکانیکی و استحکام هستند اما نسبت به کاربرد و برخی مشخصات دارای تفاوت هایی می باشند که در این مقاله می خواهیم به مقایسه سه محصول آهنی فولاد، چدن و فرفورژه بپردازیم لطفا تا پایان با ما همراه باشید.

فولاد چیست؟

آلیاژی از جنس آهن بوده که حداکثر کربن آن 2 درصد و سایر آلیاژهای تشکیل دهنده آن بسیار اندک می باشد. فولاد به سبب بهره مندی از استحکام کششی و قیمت نسبتا پایین از گزینه های کاربردی و ایده آل در صنعت می باشد.

چدن چیست؟

با ذوب کردن آهن و ریختن آن در قالب، چدن تشکیل می شود. این محصول آلیاژی، از آهن و کربن بوده که در انواع مختلف چدن سفید، چکش خوار و گرافیت وجود دارد. درصد کربن چدن بین 2 تا 4 درصد می باشد.

آهن فرفورژه چیست؟

آهنی با محتوای کربن بسیار کم بوده که از قابلیت چکش خواری بالایی بهره مند می باشد. در فرفورژه آهن حرارت دیده بدون اینکه خنک شود با ضربه چکش به فرم نهایی مورد نظر می رسد.

مقایسه فولاد ملایم در مقابل چدن در مقابل آهن فرفورژه

 مقایسه فولاد، چدن و فرفورژه از نظر ترکیبات سازنده

فولاد

فولاد علاوه بر عنصر کربن از عناصر دیگری بصورت بسیار کم بهره می برد که می توان آن ها را بصورت زیر نام برد و هر چقدر این مقادیر در فولاد افزایش یابد خصوصیات ارائه شده درباره ی هر عنصر بیشتر در فولاد بروز می کند.

• سیلیسیم: باعث خاصیت چکش خواری و افزایش مقاومت فولاد می شود.
• منگنز: سبب افزایش استحکام و کاهش انعطاف پذیری فولاد می شود.
• فسفر: وجود فسفر در فولاد سبب افزایش خاصیت ماشینکاری می شود.
• گوگرد: سبب بهبود خواص فولاد شده و باعث کاهش خاصیت جوشکاری آن می گردد.

چدن

چدن با اینکه دارای کربن بالاتری می باشد اما عناصر دیگری مانند منگنز، فسفر و سیلیکون را در ساختار خود دارد. منگنز موجود در چدن باید دارای نسبت بسیار کمی باشد، زیرا منگنز زیاد در چدن سبب کاهش انعطاف پذیری و افزایش شکنندگی آن می شود.

آهن فرفورژه

بیشتر از 95 درصد ساختار آن از آهن خالص بوده و فقط 5 درصد مربوط به سایر عناصر تشکیل دهنده مانند کربن، گوگرد، فسفر و منگنز می باشد.

2- مقایسه فولاد، چدن و فرفورژه از نظر ساختار

ساختار فولاد بصورت فیبری بوده اما ساختار چدن بصورت دانه ای و کریستالی می باشد در مقابل آهن فرفورژه از ساختاری براق و فیبری برخوردار می باشد که انعطاف پذیری بالایی دارد که می توان آن را چندین بار گرم کرد و به صورت اشکال مختلف فرم داد.

3- مقایسه فولاد، چدن و فرفورژه از نظر قدرت

آهن فرفورژه چون از درصد کربن کمتری بهره می برد نسبت به چدن و فولاد از استحکام کمتری برخوردار است. ولی استحکام چدن از فولاد به سبب درصد کربن بالا بیشتر می باشد. در واقع اگر بخواهیم این سه محصول آهنی را از بیشترین به کمترین استحکام  دسته بندی کنیم باید به صورت زیر بیان کنیم:

1-چدن

2-فولاد

3-فرفورژه

4- مقایسه کشش نهایی فولاد، چدن و فرفورژه

کشش نهایی عبارت است از مقدار فشاری که یک ماده تا قبل شکست می تواند تحمل کند.

• مقاومت کشش نهایی در فولاد بین بازه 800 تا 1200 نیوتن بر میلی متر مربع است.
• مقاومت کشش نهایی چدن 600 نیوتن بر میلی متر مربع می باشد.
• مقاومت کشش نهایی فرفورژه 200 نیوتن بر میلی متر مربع می باشد.

5- مقایسه فولاد، چدن و فرفورژه از نظر سختی در مقابل شکست

توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر نفوذ یک جسم سخت تر به عنوان سختی آن شناخته می شود. با افزایش محتوای کربن، سختی افزایش می یابد.

در واقع مقاومت یک ماده در برابر نیروهای فشاری سختی نام دارد.  هرچه درصد کربن بیشتر باشد درصد سختی نیز افزایش می یابد.

در دسته بندی سختی، چدن دارای بیشترین سختی، بعد از آن فولاد و در نهایت کمترین سختی مربوط به آهن فرفورژه می باشد.

6- مقایسه فولاد، چدن و فرفورژه از نظر شکنندگی

معمولا فولاد و آهن فرفورژه شکننده نیستند اما در مقابل چدن دارای قابلیت شکنندگی می باشد.

7- مقایسه فولاد، چدن و فرفورژه از نظر چقرمگی (سختی)

انرژی و فشار مورد نیاز برای شکستن یک ماده چقرمگی (سختی) نام دارد ماده ای که با چکش به سادگی دچار شکستگی نمی شود از چقرمگی بالایی برخوردار می باشد(ماده ای که به راحتی زیر چکش شکسته نمی شود، ماده سخت نامیده می شود). از نظر چقرمگی آهن فرفورژه دارای چقرمگی و سرسختی بالاتری نسبت به فولاد و چدن می باشد. در مقایسه چرمگی بین فولاد و چدن فولاد از سختی بالاتری برخوردار است. چقرمگی با افزایش محتوای کربن کاهش می یابد.

8- مقایسه خاصیت چکش خواری فولاد، چدن و فرفورژه

زمانی که امکان شکل دادن مواد بدون شکستگی و ایجاد ترک با چکش امکان پذیر باشد خاصیت چکش خواری نام دارد چکش خواری با کربن رابطه عکس داشته بدین صورت که هر چقدر کربن بیشتر باشد خاصیت چکش خواری کاهشی خواهد بود.

آهن فرفورژه دارای بیشترین قابلیت چکش خواری و چدن دارای کمترین میزان چکش خواری نسبت به فرفورژه و فولاد می باشد.

9- مقایسه نقطه ذوب فولاد، چدن و فرفورژه

دمایی که ماده در اثر حرارت زیاد از حالت جامد تبدیل به مایع می شود نقطه ذوب نام دارد.

نقطه ذوب فولاد 1400 درجه سانتی گراد می باشد.

نقطه ذوب چدن 1200 درجه سانتی گراد می باشد.

نقطه ذوب آهن فرفورژه 1500 درجه سانتی گراد می باشد.

10- مقایسه شکل پذیری فولاد، چدن و فرفورژه

یک ماده برای اینکه منعطف تر بوده و از قابلیت شکل پذیری برخوردار باشد باید از درصد کربن پایینی بهره ببرد. فولاد دارای انعطاف پذیری بیشتر نسبت به چدن و آهن فرفورژه دارای شکل پذیری بیشتر نسبت به فولاد می باشد.

11- مقایسه قابلیت جوشکاری فولاد، چدن و فرفورژه

جوش پذیری فولاد نرم بیشتر از چدن و کمتر از آهن فرفورژه می باشد یا به عبارتی دیگر بیشترین قابلیت جوش پذیری مربوط به آهن فرفورژه و کمترین آن مربوط به چدن می باشد.

12- مقایسه زنگ زدگی فولاد، چدن و فرفورژه

فلزاتی که در معرض آب و اکسیژن قرار می گیرند سبب بروز خوردگی و پریدگی هایی می شوند که این خوردگی ها زنگ زدگی نام دارد. سرعت زنگ زدگی فولاد، چدن و فرفورژه نسبت به هم متفاوت می باشد که میتوان بصورت زیر آن را بیان کرد:

-فولاد سریعتر نسبت به چدن و دیرتر نسبت به فرفورژه دچار زنگ زدگی می شود.

-سرعت زنگ زدگی آهن فرفورژه نسبت به فولاد و چدن بیشتر می باشد .

-زنگ زدگی چدن نسبت به فولاد و فرفورژه دیرتر می باشد.

13- مقاومت در برابر خوردگی فولاد، چدن و فرفورژه

هنگامی که مواد در تماس با عوامل محیطی و جوی بدون هیچ گونه تغییری باشند توانایی مقاومت در برابر خوردگی نام دارد. از نظر مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت آهن فرفورژه بیشتر از فولاد و چدن می باشد. همچنین مقاومت چدن کمتر از فولاد می باشد.

14- مقایسه چگالی فولاد، چدن و فرفورژه

 چگالی فولاد 7.80 است.

چگالی چدن 7.50 است.

چگالی آهن فرفورژه 7.25 است.

15- کاربرد های فولاد، چدن و آهن فرفورژه

فولاد

از کاربرد های فولاد می توان به ساخت انواع میلگردها، پوشش سقف ها و ریل راه آهن انواع ورق های فولادی اشاره کرد.

چدن

از کاربرد های مهم چدن می توان به ساخت انواع مخازن، لوله ها، تیرهای چراغ برق، ادوات کشاورزی و صندلی های ریلی اشاره کرد.

آهن فرفورژه

از آهن فرفورژه در آهن کاری های زینتی(ساخت انواع نرده و درها)، راه آهن، انواع پرچ ها و پیچ ها، نرده ها، نعل اسب و دیگ های بخار استفاده می شود.

جمع بندی

با هم با فلزات آهنی فولاد، چدن و فرفورژه آشنا شدیم و نسبت به مقایسه آن ها از جنبه های گوناگون پرداختیم که عمده ترین تفاوت این فلزات مربوط به درصد کربن در آن ها بود ما سعی کردیم در این مقاله به طور کامل به سوالات شما پاسخ دهیم تا محصول آهنی متناسب با کاربرد و نیاز خودتان را انتخاب نمایید.