آلیاژ آهنی، با افزودن عناصر مختلف به آهن خالص تولید می‌شود و تفاوت‌هایی با آلیاژ غیرآهنی دارد. به‌دلیل خواص مکانیکی توسعه یافته، از جمله استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش، کاربردهای گسترده‌ای دارند. برای مثال، صنعت خودروسازی، هواپیما، ابزارهای پزشکی و لوازم خانگی از کاربردهای آن است. این آلیاژها با توجه به ترکیب شیمیایی و فرآیند تولیدشان، به دسته‌های متنوعی مانند فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای زنگ‌نزن و چدن‌ها تقسیم می‌شوند.
آلیاژ چیست؟
آلیاژ، از ترکیب یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر به‌دست می‌آید. این عناصر می‌توانند فلزی یا غیرفلزی باشند. هدف از این ترکیب، بهبود خواص فلز پایه یا ایجاد ویژگی‌های جدید و بهتر است. آلیاژها نقش مهمی در صنایع مختلف دارند. برای تشکیل آن، عناصر تشکیل‌دهنده معمولاً در حالت مذاب با یکدیگر مخلوط می‌شوند. این روش به اتم‌های عناصر اجازه می‌دهد تا به‌طور یکنواخت در ساختار ماده پخش شوند.
پس از سرد شدن، آلیاژ ساختار خاصی به خود می‌گیرد که تعیین‌کننده خواص آن است. نوع و مقدار سایر عناصر نسبت به فلز پایه، تأثیر زیادی بر خواص آلیاژ دارد. برای مثال، افزودن کربن به آهن، فولاد را ایجاد می‌کند که استحکام و سختی بسیار بیشتری نسبت به آهن خالص دارد.
دلایل مختلفی برای تولید آلیاژها وجود دارد. یکی از مهم‌ترین آنها، افزایش سختی و استحکام فلزات است. بسیاری از فلزات در حالت خالص، نرم و ضعیف هستند و برای برخی کاربردها مناسب نیستند. با آلیاژ کردن آنها، می‌توان سختی و استحکام آنها را تا حد قابل‌توجهی افزایش داد. یکی دیگر از دلایل تولید آلیاژ، کاهش نقطه ذوب فلزات است. این خصوصیت در فرآیندهایی مانند لحیم‌کاری کاربردی و مهم است.
علاوه‌براین، آلیاژ کردن می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی فلزات را افزایش دهد. خوردگی یک مشکل جدی در بسیاری از صنایع است و می‌تواند باعث تخریب و از کار افتادن قطعات فلزی شود. با استفاده از آلیاژهای مناسب، می‌توان مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد و عمر قطعات را طولانی‌تر کرد. همچنین، با افزودن عناصر خاصی به فلزات، می‌توان رنگ آنها را نیز تغییر داد و آلیاژهایی با رنگ‌های مختلف ایجاد کرد.
آشنایی با آلیاژ آهنی
آلیاژ آهنی، خانواده‌ای گسترده از مواد است که عنصر اصلی تشکیل‌دهنده آن آهن است. این آلیاژها، به‌دلیل خواص مکانیکی توسعه یافته و قیمت مناسب، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. علاوه‌بر آهن، عناصر دیگری نیز در ترکیب آلیاژهای آهنی به‌کار می‌روند. این عناصر آلیاژی، برای بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی آهن اضافه می‌شوند.
کربن، یکی از مهم‌ترین عناصر آلیاژی در فولاد است که باعث افزایش استحکام و سختی آن می‌شود. عناصر دیگری مانند منگنز، سیلیسیم، کروم، نیکل و مولیبدن نیز در تولید انواع مختلف فولاد و چدن استفاده می‌شوند. هر عنصر، تاثیر خاصی بر خواص آلیاژ دارد و با تغییر ترکیب شیمیایی، می‌توان آلیاژهایی با خواص مورد نظر برای کاربردهای خاص تولید کرد.
انواع آلیاژ آهنی
آلیاژ آهنی، با توجه به میزان کربن و سایر عناصر موجود در ترکیبات خود، به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود که هر کدام خواص و کاربردهای منحصربه‌فردی دارند.
آهن فرفورژه
این آلیاژ، شکلی نسبتاً خالص از آهن است که میزان کربن در آن بسیار کم است (معمولاً کمتر از 0.04%). آهن فرفورژه، نرم و شکل‌پذیر است و به‌راحتی می‌توان آن را آهنگری کرد. در گذشته، از آهن فرفورژه برای ساخت ابزار، اسلحه و قطعات ساختمانی استفاده می‌شد. امروزه، کاربرد آهن فرفورژه کاهش یافته است و بیشتر در کاربردهای تزئینی و هنری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چدن
چدن، آلیاژی از آهن و کربن است که میزان کربن در آن نسبتاً بالا است (معمولاً بین 2 تا 4 درصد). همچنین، چدن دارای عنصر سیلیسیم نیز هست. به‌دلیل درصد بالای کربن، نقطه ذوب پایین‌تری نسبت به فولاد دارد و به‌راحتی ریخته‌گری می‌شود. چدن دارای انواع مختلفی است. هر کدام از این موارد، خواص و کاربردهای خاص خود را دارند.
چدن سفید
چدن خاکستری
چدن داکتیل
چدن چکش‌خوار
برای مثال، چدن خاکستری، در ساخت قطعات ماشین‌آلات استفاده می‌شود زیرا مقاومت خوبی در برابر سایش دارد. از طرفی، چدن داکتیل، در کاربردهای مهندسی مهم مانند لوله‌های آب و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا چقرمگی و استحکام بالایی دارد.
فولاد
فولاد، مهم‌ترین و پرکاربردترین آلیاژ آهنی است. فولاد نیز آلیاژی از آهن و کربن است، اما میزان کربن در آن کمتر از چدن است (معمولاً کمتر از 2 درصد). فولاد دارای استحکام و سختی بالا، شکل‌پذیری خوب و قابلیت جوشکاری مناسب است. فولادهای آلیاژی با افزودن عناصر مختلف مانند کروم، نیکل، مولیبدن و… خواص ویژه‌ای پیدا می‌کنند. به‌عنوان مثال، فولاد ضدزنگ، نوعی فولاد آلیاژی است که به‌دلیل وجود کروم، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد.
فولادها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
فولادهای کربنی: این نوع فولاد، علاوه‌بر آهن و کربن، حاوی عناصر دیگری مانند منگنز، سیلیسیم و فسفر در مقادیر کم است. فولادهای کربنی بر اساس میزان کربن به سه دسته کم‌کربن، کربن متوسط و پرکربن تقسیم می‌شوند. هرچه میزان کربن بیشتر باشد، سختی و استحکام فولاد نیز بیشتر می‌شود، اما در عین حال شکنندگی آن نیز افزایش می‌یابد.
فولادهای آلیاژی: در این نوع فولاد، علاوه بر کربن، عناصر آلیاژی دیگری مانند نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، تنگستن و… نیز اضافه می‌شوند. این عناصر، خواص خیلی خوبی مانند مقاومت در برابر خوردگی (فولاد ضد زنگ)، مقاومت در برابر حرارت (فولادهای ابزار) و افزایش استحکام در دماهای بالا به فولاد می‌بخشند. فولادهای آلیاژی به دو دسته کم‌آلیاژ با استحکام بالا (HSLA) و پرآلیاژ تقسیم می‌شوند.
مزایا و معایب آلیاژ آهنی
مزایا و معایب این آلیاژها به شرح زیر است:
مزایا
آهن، یکی از فراوان‌ترین عناصر در پوسته زمین است. این فراوانی، دسترسی آسان و هزینه کم ماده اولیه را برای تولید آلیاژ آهنی فراهم می‌کند.
فرآیند تولید آلیاژهای آهنی نسبتاً ساده و اقتصادی است.
با تغییر ترکیب شیمیایی و فرآیند تولید، می‌توان آلیاژهای آهنی با طیف وسیعی از خواص مکانیکی و فیزیکی تولید کرد. این تنوع، امکان استفاده از آنها را در کاربردهای گوناگون فراهم می‌کند. فولادهای با استحکام بالا در ساختمان‌سازی، چدن‌های مقاوم در برابر سایش در ماشین‌آلات، هر کدام نمونه‌ای از این تنوع هستند.
معایب
یکی از معایب اصلی بسیاری از آلیاژهای آهنی، حساسیت آنها به خوردگی، به‌خصوص زنگ‌زدگی در محیط‌های مرطوب است. این مسئله می‌تواند باعث کاهش عمر و عملکرد قطعات ساخته شده از این آلیاژها شود. البته با افزودن عناصری مانند کروم، می‌توان مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد و فولاد ضدزنگ تولید کرد.
آلیاژ آهنی چگالی نسبتاً بالایی دارد.
اگرچه آلیاژهای آهنی رسانای خوبی برای حرارت و الکتریسیته هستند، اما رسانایی آنها به اندازه فلزاتی مانند مس و آلومینیوم نیست. این ویژگی می‌تواند در برخی کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی محدودیت ایجاد کند.
ترکیبات عناصر مختلف در آلیاژ آهنی
ساختار دقیق و ترکیبات آلیاژهای آهنی بسیار متنوع است و به نوع آلیاژ (مثلاً فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، چدن و …) بستگی دارد.
سوالات متداول
آلیاژ آهنی چیست؟
آلیاژ آهنی به هر آلیاژی گفته می‌شود که آهن، عنصر اصلی تشکیل‌دهنده آن باشد. به عبارت دیگر، آلیاژ آهنی ترکیبی از آهن با یک یا چند عنصر دیگر (فلزی یا غیرفلزی) است که برای بهبود خواص آهن یا ایجاد خواص جدید در آن ساخته می‌شود. کربن، مهم‌ترین عنصر آلیاژی در آلیاژهای آهنی است و نقش مهمی در تعیین خواص آنها دارد. فولاد و چدن، دو نمونه معروف از آلیاژهای آهنی هستند.
مزیت‌های آلیاژ آهنی کدامند؟
آلیاژهای آهنی در صنایع مختلف به‌طور گسترده استفاده می‌شوند. مهم‌ترین مزیت‌های آن شامل: فراوانی آهن، قیمت مناسب، خواص مکانیکی مناسب و… .پ
انواع آلیاژ آهنی چیست؟
آلیاژهای آهنی بر اساس ترکیب شیمیایی و ساختارشان به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. مهم‌ترین انواع آلیاژهای آهنی عبارتند از: فولاد، چدن و آهن فرفورژه.