تفاوت چدن، آهن و فولاد
تفاوت چدن، آهن و فولاد
مقایسه ساختار، ویژگی‌ها و کاربردها در صنعت و مهندسی
در دنیای فلزات، نام‌های چدن، آهن و فولاد به‌طور گسترده به‌کار می‌روند، اما بسیاری از مردم تفاوت واقعی میان آن‌ها را نمی‌دانند. در حالی که این سه ماده همگی پایه‌ی آهنی دارند، تفاوت در ترکیب شیمیایی، فرآیند تولید و خواص مکانیکی آن‌ها باعث شده است که هرکدام کاربرد خاصی در صنعت داشته باشند. در این مقاله، به زبانی ساده اما دقیق، تفاوت این سه ماده را بررسی می‌کنیم.
۱. تعریف اولیه
آهن (Iron)
• عنصر شیمیایی با نماد Fe
• ماده‌ای پایه برای ساخت فولاد و چدن
• به‌صورت خالص در طبیعت نایاب است و معمولاً به‌صورت آهن خام از سنگ آهن استخراج می‌شود
فولاد (Steel)
• آلیاژی از آهن + درصد کمی کربن (۰٫۱ تا ۱٫۷٪)
• مقاوم، قابل‌انعطاف، قابل‌جوشکاری و پرکاربرد در ساختمان و صنعت
چدن (Cast Iron)
• آلیاژی از آهن + مقدار زیاد کربن (بیش از ۲٪)
• سخت، شکننده، غیرقابل‌جوش و مناسب برای قطعات ریختگی
۲. تفاوت در ترکیب شیمیایی
ماده درصد کربن عناصر آلیاژی دیگر
آهن خالص تقریباً ۰٪ ندارد
فولاد ۰٫۱ تا ۱٫۷٪ منگنز، کروم، نیکل، مولیبدن…
چدن بیش از ۲٪ سیلیسیم، منگنز، فسفر، گوگرد
۳. تفاوت در خواص فیزیکی و مکانیکی
ویژگی‌ها آهن خالص فولاد چدن
سختی کم متوسط تا زیاد زیاد
مقاومت کششی پایین بالا متوسط
قابلیت جوشکاری ندارد عالی ضعیف یا غیرممکن
شکل‌پذیری زیاد زیاد کم
مقاومت در برابر ضربه کم بالا بسیار کم (شکننده)
قیمت پایین متوسط پایین
۴. کاربردها
چدن:
• قطعات ریختگی (بدنه پمپ، سیلندر موتور، قاب چرخ‌دنده)
• درپوش چاه، پایه ماشین‌آلات، اجاق گاز
فولاد:
• اسکلت ساختمان، خودرو، ریل، پل، لوله‌های تحت فشار
• ابزارآلات، تیرآهن، میلگرد، مخازن صنعتی
آهن خام:
• پایه تولید فولاد و چدن
• به‌تنهایی در صنعت کاربرد کمی دارد
۵. تولید و فرآیند شکل‌دهی
• چدن: تولید از طریق ذوب و ریخته‌گری مستقیم، چون به‌دلیل شکنندگی نمی‌توان آن را نورد یا فورج کرد
• فولاد: تولید از طریق کاهش کربن در آهن خام، سپس قابل نورد، آهنگری، ماشین‌کاری و جوشکاری
• آهن خام: از سنگ‌آهن با کوره بلند تولید می‌شود، پایه‌ی سایر آلیاژهاست
۶. انتخاب کدام برای چه کاری؟
کاربرد ماده پیشنهادی دلیل انتخاب
ساخت اسکلت ساختمان فولاد مقاومت بالا، جوش‌پذیری، شکل‌پذیری
قطعه‌سازی دقیق و ریختگی چدن سیالیت بالا در قالب و استحکام فشاری خوب
ساخت ابزارآلات صنعتی فولاد آلیاژی سختی بالا، مقاومت سایش، ماشین‌کاری آسان
تجهیزات ارزان قیمت چدن یا آهن خام قیمت پایین، تولید سریع
اگرچه چدن، فولاد و آهن خالص همگی از خانواده آهن هستند، اما تفاوت در ترکیب و فرآیند ساخت، آن‌ها را برای کاربردهای بسیار متفاوتی مناسب کرده است. فولاد نقطه تعادل بین سختی و انعطاف است، چدن مناسب برای قطعات ثابت و مقاوم و آهن خام، ماده‌ی اولیه‌ی تولید این دو. انتخاب صحیح این مواد، اساس موفقیت هر پروژه صنعتی یا ساختمانی است.
