أنواع الحديد واستخداماته متعددة، فما هي خصائص تلك الأنواع وكيف يتم تصنيعها؟ حيث يعد الحديد من أهم العناصر الأساسية التي تتواجد في الطبيعة بشكل مستمر، ونادرًا ما يتواجد في شكله النقي، ويمر بالعديد من المراحل المختلفة إلى أن يصل لحالته المعدنية النقية.
لذا يقدم لكم صناع المال أنواع الحديد واستخداماته وأبرز خصائصه وطرق تصنيعه المختلفة وذلك من خلال السطور القادمة.
أنواع الحديد واستخداماته
يعد الحديد أحد أهم العناصر الكيميائية المعدنية والتي يرمز لها بالرمز (Fe)، وهو صنف كأحد العناصر الانتقالية التي تتواجد داخل المجموعة 8 في الجدول الدوري للعناصر، ويبلغ رقمه الذري 26، وله ثلاثة أنواع أساسية، وتتمثل فيما يلي:
اقرأ أيضًا: أقوى أنواع الحديد
أولًا: الحديد النقي
يعد الحديد النقي أحد أهم أنواع الحديد واستخداماته، الذي لا يمكن أن يتواجد داخل الطبيعة بشكله الحر، فعادةً ما يتواجد الحديد النقي في خاماته مثل أكسيد الهيماتيت وكربونات الحديد، ويتميز بلونه الأبيض اللامع والفضي.
أنواع الحديد النقي (Pure iron)
يوجد مجموعات فرعية من الحديد النقي والتي تتمثل فيما يلي:
- مجموعة حديد الأوستينيت Austenite
- مجموعة حديد دلتا الفريت Delta-Ferrite
- مجموعة حديد ألفا الفريت Alpha-Ferrite
خصائص الحديد النقي
يحتوي الحديد النقي على عدة خصائص تتمثل فيما يلي:
- يتميز الحديد النقي بأنه سريع الأكسدة داخل الهواء الرطب، أو داخل الماء الذي يحتوي على نسبة من الأكسجين المذاب.
- يتميز الحديد النقي بأنه من المعادن اللينة والمرنة في الاستخدام.
- يتميز الحديد النقي بأنه لديه قدرة عالية من المغناطيسية القوية.
- يعرف بقوته الفائقة على التوصيل الحراري والكهربائي.
- يتميز الحديد النقي باحتوائه على نسبة قليلة للغاية من الشوائب.
استخدامات الحديد النقي
يستخدم الحديد النقي في العديد من المجالات المختلفة والتي تتمثل فيما يلي:
- يدخل الحديد النقي في استخدامات الكيمياء التحليلية وفي استخدامات مجالات الطب المختلفة.
- يتم خلط الحديد النقي وإضافته مع المواد الأخرى وذلك من أجل توسيع مجالات استخداماته المختلفة.
- يستخدم الحديد النقي في مجالات الهندسة اللاسلكية والصناعات الذرية ومجالات الفضاء المختلفة.
- يتم استخدام الحديد النقي في صناعة السبائك الدقيقة وفائقة الجودة، بالإضافة إلى صناعة السبائك المتقدمة للمقاومة الحرارية، والسبائك الغير متبلورة.
- يستخدم الحديد النقي في صناعة المواد المغناطيسية اللينة والمختلفة.
طريقة تصنيع الحديد النقي
بشكل عام يتم تصنيع الحديد النقي من خلال المعالجة بالحرارة، ويمر بعدة خطوات مختلفة وذلك كما يلي:
- يتم إدخال الحديد داخل الأفران المخصصة للانصهار والتي تحتوي على درجة حرارة عالية، وذلك من أجل تقليل خامته واستخراجه منها.
- يتم بعد ذلك إزالة عنصر الكربون الزائد في الحديد وذلك من خلال فرن الأكسجين الأساسي أو فرن القوس الكهربائي.
- يتم تسليح مرة أخرى وذلك من أجل التخلص من الشوائب، وتتم هذه الخطوة من أجل الوصول إلى مستوى النقاء المناسب والمطلوب للحديد.
ثانيًا: الحديد الزهر
من خلال عرف أنواع الحديد واستخداماته، يعرف حديد الزهر باسم حديد الصب أو الصلب، وهو يعد من أهم أنواع الحديد التي تستخدم في صناعة السبائك الحديدية، بالإضافة إلى كونه يحتوي على نسبة 2% من عنصر الكربون، ويحتوي على نسبة 3% من عنصر السيليكون.
أنواع حديد الزهر
يوجد العديد من أنواع حديد الزهر والتي تتمثل فيما يلي:
- حديد الزهر المبرد (Chilled cast iron)
- حديد الزهر المرقش(Mottled cast iron)
- حديد الزهر القابل للطرق(Malleable cast iron)
- حديد الزهر الرمادي (Grey cast iron)
- حديد الزهر المقوي (Toughened cast iron)
- حديد الزهر الدكتايل (Ductile cast iron)
- حديد الزهر الأبيض (White cast iron)
خصائص حديد الزهر
يتميز حديد الزهر بالعديد من الخصائص التي تميزه عن باقي أنواع الحديد، ومن ضمن هذه الخصائص ما يلي:
- يتميز حديد الزهر باحتوائه على درجة عالية من المقاومة الجيد ضد التآكل، لذا عادة ما يكثر استخدام حديد الزهر لصنع أنابيب التي تساعد على نقل الماء.
- يتميز حديد الزهر بأنه لا ينجذب إلى المواد المغناطيسية.
- يبلغ عدد الثقل النوعي لحديد الزهر حوالي 7.5.
- يتميز حديد الزهر بدرجة انصهار عالية تساوي 1250 درجة مئوية.
- يتميز حديد الزهر بدرجة مقاومة شد تساوي 150 نيوتن/ مللي متر مربع.
- تبلغ قوة الانضغاط لحديد الزهر حوالي 600 نيوتن/ مللي متر مربع.
- يصبح حديد الزهر طري في حالة وضعه داخل الماء المالح، بالإضافة إلى كونه يتقلص حجمه عند تبريده.
- يتميز حديد الزهر بأنه معدن غير لدن، لذا فهو لا يمكن أن يستخدم في تزوير العملات.
أقرأ أيضًا: عيوب البناء بالحديد البارد
استخدامات حديد الزهر
يستخدم حديد الزهر في العديد من المجالات المختلفة والتي تتمثل فيما يلي:
- يدخل حديد الزهر في صناعات النفط المختلفة، حيث إنه يستخدم بشكل مباشر في صناعة أنابيب قنوات المياه.
- يستخدم حديد الزهر في صناعة أجزاء التعبئة وأجسام الصمامات وأجزاء الصمام بالإضافة إلى صناعة المراجل.
- يستخدم حديد الزهر في صناعة التركيبات الصحية مثل أنابيب الصرف الصحي، وأنابيب الماء والصهاريج.
- يدخل حديد الزهر في صناعة الأعمدة المعدنية والقواعد الأساسية للأعمدة.
- يستخدم حديد الزهر بشكل مباشر في صناعة قوالب الصب وهي التي تستخدم لصناعة السلالم المعدنية وأعمدة الإنارة، بالإضافة إلى البوابات وغيرها.
- يدخل حديد الزهر في صناعة عجلات النقل الكبيرة في الحجم والسكك الحديدية.
- يستخدم حديد الزهر في صناعة الأدوات اللازمة في مجال الزراعة.
طريقة تصنيع حديد الزهر
نادرًا ما يتواجد حديد الزهر في الحقيقة بشكله الخام، وعادة ما يتواجد مع مركباته، ويتم تصنيعه من خلال عدة خطوات كما يلي:
- في البداية يتم التخلص من خامات حديد الزهر من خلال عملية الصهر.
- بعد ذلك يتم دمج الحديد مع مجموعة كبيرة من حديد الخردة، وأحيانًا مع الحديد الفولاذي.
- يتم التخلص من الملوثات التي تتواجد داخل الحديد المصهور.
- بعد ذلك يتم صب الحديد المصهور داخل القوالب الخاصة به من أجل الحصول على الشكل المطلوب.
- يتم بعد ذلك تبريد الحديد من أجل إعادة تصلبه، وتمثل هذه الخطوة أهمية كبيرة وذلك لأنها تساعد على الوصول للجودة المطلوبة لحديد الزهر.
- أثناء عملية التبريد السريعة ينتج عنها حديد الزهر ذو الحبيبات الدقيقة، بينما عملية التبريد البطيئة ينتج عنها حديد الزهر ذو الحبيبات خشنة.
ثالثًا: الحديد المطاوع
حديد المطاوع أحد أهم أنواع الحديد واستخداماته، والذي يمكن الحصول عليه من خلال تسخين وإعادة تشكيل قوالب حديد الزهر أكثر من مرة على شكل متكرر، ويحتوي الحديد المطاوع على حوالي 1% من عنصر الكربون، بينما يحتوي على حوالي 4% من الشوائب.
أنواع الحديد المطاوع
هناك العديد من أنواع الحديد المطاوع والتي تختلف في خصائصها وتتمثل فيما يلي:
- حديد أسود(Black Plate)
- حديد دائري(Hoop iron)
- حديد قضبان (Rod iron)
- حديد صفائح (Plate iron)
- حديد شريط (Bar iron)
أقرأ أيضًا: كيفية حساب كمية الحديد في الأعمدة
خصائص الحديد المطاوع
هناك العديد من الخصائص التي تميز حديد المطاوع عن غيره من أنواع الحديد الأخرى، ومن ضمن هذه الخصائص ما يلي:
- يتميز حديد المطاوع بسهولة التعامل معه وذلك بسبب أنه ناعم، ويحتوي على قوة هيكلية منخفضة، حيث إنه كان يستخدم منذ العصور القديمة في صنع البوابات والدرابزين المحتوي على زخرفة.
- يتميز الحديد المطاوع بأنه مرن وقابل للطرق، ومطيل.
- يتميز حديد المطاوع أنه لا يتأثر بالماء المالحة.
- يتميز حديد المطاوع بأنه لديه درجة عالية من المقاومة ضد التآكل.
- يتميز بدرجة انصهار عالية والتي تتمثل في 1500 درجة مئوية.
- تبلغ درجة الجاذبية النوعية للحديد المطاوع حوالي 7.8.
- يتميز حديد المطاوع على درجة قوة انضغاطية حوالي 2000 كيلو جرام/ سم.
- تبلغ قوة الشد للحديد المطاوع حوالي 4000 كيلو جرام / سم مربع.
استخدامات الحديد المطاوع
يستخدم الحديد المطاوع في العديد من الصناعات والمجالات المختلفة، والتي تتمثل فيما يلي:
- يستخدم الحديد المطاوع في تصنيع المواد المغناطيسية المؤقتة.
- يدخل الحديد المطاوع في صناعة المسامير والصواميل الحديدية.
- يستخدم الحديد المطاوع في صناعة مواد الزينة الحديدية.
- يستخدم الحديد المطاوع في صناعة أنابيب الماء والبخار.
- يستخدم الحديد المطاوع في صناعة حدوة الأحصنة.
- يدخل الحديد المطاوع في صناعة ألواح التسقيف.
طريقة تصنيع الحديد المطاوع
يتم تصنيع الحديد المطاوع من خلال طريقة العجن، والتي يتم فيها تحويل حديد الصب إلى الحديد المطاوع، وذلك من خلال عدة خطوات تتمثل فيما يلي:
- يتم وضع حوالي 270 كيلو جرام من حديد الصب داخل فرن الخاص بالعجن، وهو عبارة عن فرن خاص تم تصنيعه من الطوب وطين النار وبعض الخامات الأخرى، ويتم استخدام الفحم كوقود لتشغيله.
- يتم بعد ذلك انصهار حديد الصب داخل فرن العجن، ثم يتم بعد ذلك تحريكه بشكل مستمر لمدة لا تقل عن ساعتين على الأقل.
- يستخدم في هذه العملية قضيب مصنوع من الحديد، والذي يتم إدخاله من خلال فتحة في باب الفرن المصنوع من الحديد أيضًا.
- يتم التخلص من الشوائب التي تتواجد داخل الحديد أثناء تحريكه في الفرن على هيئة رماد متسرب.
- عندما يصل الحديد إلى درجة عالية من التنقية يتم تبرد الحديد، ويتركه المختص إلى أن يصبح على هيئة كتلة إسفنجية يطلق عليها كرة حديدية.
- يتم وضع الكرة الحديدة داخل آلة سبك أو عصارة خاصة بالحديد، وتقوم العصارة بتحويل الكرة الحديدية إلى شريط من الحديد، وتنتهي عملية التصنيع ويصبح الحديد المطاوع جاهز للاستخدامات المختلفة.
أفضل أنواع حديد التسليح
بعد أن تعرفنا على أنواع الحديد واستخداماته، هناك أنواع أخرى عديدة من حديد التسليح التي تستخدم في تقوية الخرسانة المستخدمة في أعمال البناء المختلفة، وتتمثل الأنواع فيما يلي:
أولًا: حديد التسليح الصلب
يعد من أكثر أنواع حديد التسليح انتشارًا، ويطلق عليه حديد الشريط الأسود أو حديد التسليح الكربوني، يتميز بأنه غير مكلف، ولكنه يمكن أن يتآكل بسهولة أكثر عند المقارنة بأنواع الحديد التسليح الأخرى.
أقرأ أيضًا: دراسة جدوى مصنع الحديد والصلب
ثانيًا: حديد التسليح البازلت
يعد حديد البازلت نوع من الصخر البركاني الخامل، والذي يحتوي على العديد من الخصائص التي يتميز بها عن أنواع الحديد التسليح القياسي، بالإضافة على كونه يتميز بمتانته عند المقارنة بأنواع حديد التسليح الأخرى.
يعد حديد البازلت موصل غير جيد للحرارة أو الكهرباء، بالإضافة إلى كونه لا يمتص الرطوبة، ويحتوي على درجة كبيرة من مقاومة التآكل.
ثالثًا: حديد التسليح المجلفن
يعد الحديد المجلفن من أكثر أنواع الحديد المكلفة حيث يبلغ حوالي 40% من حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي، بالإضافة إلى أنه يحتوي على درجة كبيرة من مقاومة التآكل بمقدار أكبر أربعين مرة من حديد التسليح الكربوني الأسود، فلا يتم إتلافه طلائه الخارجي بسهولة.
رابعًا: حديد التسليح المقاوم لعملية الصدأ
يصنع حديد التسليح المقاوم للصدأ من الفولاذ وهو يعد أعلى قضبان حديد التسليح المتاح، وهو يتميز بدرجة مقاومة عالية بمقدار 1500 درجة عند المقارنة بأنواع الحديد الأخرى.
خامسًا: حديد التسليح الملولب
يطلق على هذا النوع من الحديد اسم “حديد التسليح الجامبو”، حيث أنه يحتوي على نهايات مترابطة سواء منفردة أو مزدوجة، على الشريط وذلك من أجل إمكانية مثبتات UNC القياسية، وذلك بهدف تأمين العناصر في أماكنها.
سادسًا: حديد التسليح الإيبوكسي
يعرف حديد التسليح الإيبوكسي باسم “حديد التسليح الأخضر”، ويتم استخدامه بشكل شائع في تطبيقات البناء، حين يتواجد خطر يسبب تآكل هذه الأبنية.
يمكن أن يستخدم حديد التسليح الإيبوكسي داخل البيئات البحرية أو في الجسور والمواقع التي يستخدم فيها أملاح إزالة الجليد، ويتم استخدامه من خلال رذاذ إلكتروستاتيكي.
يحتوي حديد التسليح الإيبوكسي على طلاء يزيد من درجة مقاومته ضد التآكل بمقدار 70 إلى 1700 مرة عند المقارنة مع حديد التسليح الأسود.
سابعًا: حديد تسليح البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
حديد تسليح البوليمر المقوي بالألياف الزجاجية عبارة عن قضيب حديدي خرساني يشبه إلى درجة كبير ألياف الكربون، يتميز بالتكلفة العالية، بالإضافة إلى أنه خفيف للغاية ويتمتع بدرجة جيدة لمقاومة التآكل.
ثامنًا: حديد التسليح الأوروبي
يصنع حديد التسليح الأوروبي بشكل أساسي من المنجنيز، وهو يعد أقل أنواع التسليح مقاومة للتآكل، عادة لا ينصح باستخدام الحديد الأوروبي، في المناطق التي تتعرض بشكل مستمر إلى العوامل الطبيعية مثل البراكين، والزلازل والعوامل التي تتطلب سلامة كبيرة لهيكل المباني، كما أنه يتميز بالتكلفة الفعالة.
أقرأ أيضًا: مشروع تجارة الإسمنت والحديد
عرضنا عليكم أنواع الحديد واستخداماته المختلفة بالإضافة إلى عرض خصائص وطرق التصنيع بالخطوات، ونتمنى بذلك أن نكون قد قدمنا لكم أنواع الحديد واستخداماته بشكلٍ مفيد.