آهن به واسطه ویژگی‌های جذابی که دارد بسیار محبوب است. این فلز در ترکیب با سایر عناصر، آلیاژ‌هایی با خواص منحصر‌به‌فرد ایجاد می‌کند که می‌توانند برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار بگیرند.

کاربرد آهن در صنایع مختلف در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است و علت این به‌کارگیری گسترده ویژگی‌های مختلف آهن است که مهمترین آنها قیمت مناسب، فروانی و در دسترس بودن و مقاومت بالاست یکی از مشکلات آهن زنگ زدگی است که این مسئله در نوع فولاد ضد زنگ رفع شده است.

آهن چیست؟

آهن و فولاد از فلزات مهم در صنایع مختلف هستند به‌طوری که در صورت نبود آنها حیات بسیاری از صنایع به پایان می‌رسد. آهن بعد از آلومینیوم دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است که با نماد Fe و عدد اتمی 26 در جدول مندلیف شناخته می‌شود اما آهن به صورت طبیعی و خالص در طبیعت یافت نمی‌شود بلکه به صورت گونه‌های مختلف سنگ‌آهن وجود دارد که طی فرآیندی استخراج می‌شود و با دو روش کوره قوس الکتریکی یا قوس بلند تبدیل به آهن، فولاد و چدن می‌شود.

فولاد، آلیاژی از آهن است که با عناصر دیگری ترکیب می‌شود. هرکدام از این عناصر باتوجه به میزان و نحوه ترکیب خود تاثیر خاصی روی ویژگی‌های فولاد نهایی می‌گذارند بنابراین می‌توان فولادهایی با خواص و ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد ساخت که به کاربرد آهن در صنایع مختلف کمک می‌کند.

چرا از آهن استفاده می‌شود ؟

علت کاربرد آهن در صنایع مختلف ویژگی‌های خاص و منحصر‌به‌فرد آن است که برخی از آنها عبارت‌اند از:

• فروانی و در دسترس بودن

این عنصر از نظر جرمی فراوان‌ترین عنصر تشکیل‌دهنده زمین محسوب می‌شود. غلظت آهن در لایه‌های مختلف زمین از 5٪ در پوسته تا مقادیر زیاد در هسته زمین متغییر است.

• قیمت مناسب

باتوجه به فروان بودن آهن قیمت این فلز نیز مناسب است. آلومینیوم هم رقیب آهن است اما قابلیت انعطاف‌پذیری انواع آهن آلات را ندارد.

• مقاومت خوب

آهن، فولاد و انواع آلیاژهای آن مقاومت بسیار خوبی دربرابر فشار و ضربه دارند.

• ساخت انواع آلیاژ

با اضافه کردن عناصر دیگر به آهن می‌توان آلیاژهایی با ویژگی‌های خاص ساخت که در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند.

• هزینه استخراج کمتر نسبت یه سایر فلزات
• بازیافت راحت و سازگاری با محیط زیست
• رسانای الکتریکی خوب
• خاصیت شکل‌پذیری که امکان طراحی‌ خلاقانه را می‌دهد
• امکان رنگ‌آمیزی
• وزن قابل قبول که در برخی صنایع بسیار مهم است
• دوام بالا
• قابلیت جوش‌‌پذیری و اتصال
• قابلیت پرس‌کاری

کاربرد آهن در صنایع :

صنایع مختلف با توجه به نیاز خود از آلیاژهای مختلف آهن استفاده می‌کنند کاربرد آهن در صنایع مختلف عبارت‌ است از:

کاربرد آهن در صنعت ساختمان :

آهن در صنعت ساختمان نقش اصلی را ایفا می‌کند چه سازه‌ای که ساخته می‌شود اسکلت فولادی داشته باشد چه بتنی،‌ آهن جز جدایی‌ناپذیر آن است. آهن به واسطه مقاومتی که دارد بسیار در ساختمان پرکاربرد است به طوری که از پنجره ساختمان تا فونداسیون آن متشکل از آهن است همچنین آهن به اشکال مختلف به کار گرفته می‌شود که عبارت‌اند از :

• تیرآهن
• میلگرد
• ورق فولادی
• ناودانی
• نبشی
• انواع دیگر پروفیل

کاربرد آهن در صنعت خودرو سازی :

آهن در خودروسازی نیز بسیار بااهمیت است. یک خودروی استاندارد لازم است چند ویژگی مهم داشته باشد که عبارت‌اند از وزن مناسب، ایمنی و مصرف سوخت قابل قبول. موادی که در ساخت خودرو استفاده می‌شوند برتمام این ویژگی‌ها تاثیرگذار هستند.

برخی منابع بین‌المللی اعلام کرده‌اند که در هر خودرو 900 کیلوگرم فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد و علت استفاده از آهن و فولاد این است که مقاومت، قیمت مناسب و همینطور وزن قابل قبولی دارند. آهن در خودرو معمولا طبق درصدهای زیر به کار می‌رود.

• 40٪ در ساختار بدنه خودرو
• 23٪ در سیستم انتقال نیرو
• 12٪ در سیسیتم تعلیق
• بقیه در چرخ و تایر، سیستم ترمز و فرمان و مخزن سوخت.

کاربرد آهن در صنعت کشتی سازی :

کشتی‌ سازی مخصوصا برای کشور‌هایی که ارتباط و تجارت خود را از طریق دریا انجام می‌دهند بسیار حائز اهمیت است و دلیل کاربرد آهن در صنایع کشتی سازی استحکام و ویژگی‌های جذاب آهن است.

با گذر زمان نیاز به تغییر کشتی‌ها چه در جنس بدنه آنها چه در ابعاد وجود داشته است و هرچه کشتی‌ها بزرگتر شده‌اند نیاز به مواد قوی‌تر برای ساخت آنها بیشتر احساس می‌شود. فولاد کشتی‌ سازی نوعی از فولاد است که این نیاز را به خوبی پاسخ می‌دهد چون هم بهترین صفحات فولادی را فراهم می‌کند هم به اندازه کافی بادوام است و دربرابر آب‌های شور مقاومت می‌کند همچنین بسیار شکل‌پذیر است و اجازه ساخت اشکال منحنی‌ خاص را می‌دهد.

کاربرد آهن در صنعت لوازم خانگی :

کاربرد آهن در صنایع لوازم خانگی معمولا به صورت ورق فولادی است. چون قالب‌گیری آهن نسبت به بسیاری فلزات دیگر آسان است در این صنعت بسیار محبوب واقع شده و برای ساخت ظروفی مثل تابه، قاشق، اجاق‌های پخت و پز و ماشین ظرفشویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد از نوع ضد زنگ به دلیل مقاومت خوب دربرابر خوردگی پرطرفدارترین فولاد در این حوزه است.

کاربرد آهن در صنعت کشاورزی :

غذا که عاملی حیاتی برای بقای بشر است به نوعی محصول نهایی صنعت کشاورزی است. آهن به صورت‌های مختلف در این صنعت قدیمی به کار می‌رود به طور مثال بسیاری از ماشین آلات کشاورزی از آهن ساخته می‌شوند همینطور سیلوهای ذخیره‌سازی محصولات کشاورزی، ابزار و ادوات و مواردی ازین دست. علاوه بر مواردی که ذکر شد آهن عنصر مهمی در تولید آمونیاک است. آمونیاک از ترکیب هیدروژن و نیتروژن و آهن به عنوان کاتالیزور تولید می‌شود که به این فرآیند هابر نیز می‌گویند. آمونیاک محصول مهمی برای تولید کود مورد استفاده در کشاورزی است.

دیگر کاربرد آهن در صنایع کشاورزی این است که به عنوان ریزمغذی در تولید مواد افزودنی استفاده می‌شود که یک نوع آن آهن کلاته است که در بهبود و تقویت خاک کاربرد دارد.

کاربرد آهن در صنعت ساخت ابزار :

ابزار مختلف دور و بر خود را بررسی کنید! حتما بخش زیادی از آنها از آهن ساخته شده‌اند به طور مثال ابزار برش که در صنایع مختلف به کار می‌روند مثل چکش، چاقو و پتک از آهن ساخته شده است. همچنین آهن‌ربا که وسیله‌ای پرکاربرد در لوازم مختلف است از مگنتیت ساخته می‌شود.

کاربرد آهن در صنعت برق :

انتقال برق به مکان‌های مختلف توسط دکل‌ها انجام می‌شود که ادواتی آهنی هستند. البته می‌توان از فلزات دیگری هم برای این کار استفاده کرد اما آهن صرفه اقتصادی بیشتری دارد و همچنین بسیار در دسترس است.

کاربرد آهن در صنعت پزشکی :

فولاد محبوب برای استفاده در صنایع پزشکی، فولاد ضد زنگ است زیرا دارای مقاومت بالا دربرابر خوردگی، استحکام مناسب، کاهش خطر عفونت، تحمل حرارت، ضد باکتری و قابل بازیافت است. این نوع فولاد در تولید تخت بیمارستان، ساخت دریچه قلب مصنوعی، ایمپلنت اورتوپدی و ویلچر به کار می‌رود.

کاربرد آهن در صنعت حمل و نقل :

کاربرد آهن در صنایع خودرو سازی و کشتی سازی مورد بحث قرار گرفت اما علاوه بر این‌ها از فولاد در سایر وسایل حمل و نقل نیز استفاده می‌شود.

در صنعت ساخت هواپیما بسیاری از قطعات از فولاد ساخته می‌شوند در ساخت اتوبوس هم از ورق‌های با مقاومت بالا استفاده می‌شود. در صنایع حمل و نقل ریلی نیز استفاده از آهن مرسوم است مثل ساخت قطار و ترن‌های هوایی.

علاوه بر این در صنعت ساخت دوچرخه هم بعضا برای ساخت بدنه هم برای ساخت زنجیر دوچرخه که نیروها را از پدال به چرخ‌ها انتقال می‌دهد از آهن استفاده می‌شود.

کاربرد آهن در صنعت پتروشیمی :

انتقال فرآورده‌های نفتی و مواد پتروشیمی نیازمند لوله‌هایی با مقاومت بالا است. یکی از لوله‌هایی که در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد لوله مانسیمان است که نوعی لوله فولادی بدون درز است. از لوله‌های فولادی دارای درز جوش نیز در این صنعت استفاده می‌شود اما در جاهایی که فشار سیال و مواد داخل آنها چندان زیاد نیست.

کاربرد آهن در صنعت فولاد :

کاربرد آهن در صنعت چدن و فولاد شاید تعجب برانگیز باشد. اما تجهیزات خط تولید مثل غلتک‌های نورد و رول فرمینگ، بسترهای خنک سازی، قیچی برش و همینطور کوره‌های ذوب نیز از آهن درست شده است همچنین از فولاد با مقاومت بالا برای ساخت پاتیل‌های ذوب استفاده می‌شود.

کاربرد آهن در صنایع غذایی :

در این صنعت هم بیشتر از فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود البته چون این فولاد‌ها در تماس با محصولات خوراکی یا دارویی قرار دارند مهم است که موارد بهداشتی به درستی در به‌کارگیری آنها رعایت شود.

قطعات آهنی مثل ورق استیل که تبدیل به لوله شده و به آن لوله استیل صنایع غدایی می‌گویند در خوراکی‌های لبنی و انواع دیگر محصولات غذایی استفاده می‌شود. لوله استیل گریدهای مختلفی دارد که گرید 304 در صنایع غذایی و 316 در صنایع لبنی و دارویی کاربرد دارد.

آهن در چه صنایعی کاربرد دارد ؟

شاید بهتر باشد بپرسیم آهن در چه صنایعی کاربرد ندارد! پویایی اکثر صنایع بزرگ و کوچک به آهن وابسته است. شاید بدون آهن نتوان زندگی به شکل امروزی را تصور کرد. کاربرد آهن در صنایع گوناگون در این مقاله بررسی شد اما جالب است بدانید این عنصر به صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود و نیاز به استخراج و فرآیندهای تکمیلی دارد.

علت به کارگیری آهن ویژگی‌های جذاب و منحصر به فرد آن است که به آنها اشاره شد اما برخی از مهمترین آنها فراوانی و در دسترس بودن، مقاومت بالا و قیمت مناسب آهن است.

جوشکاری قطعات فلزی، عملیاتی بسیار رایج در صنعت است. این کار معمولا با روش قوس الکتریکی انجام می‌شود که خود انواع گوناگونی دارد. علاوه بر نکات جوشکاری آهن آلات لازم است حتما نکات ایمنی نیز رعایت شود تا از حوادث خطرناک جلوگیری شود.

بنابراین در این مقاله به نکات ایمنی، کلیات جوشکاری با روش قوس الکتریکی و انواع گوناگون این روش و همچنین نقص‌های موجود در جوش‌ها اشاره شده است.

جوشکاری چیست ؟

جوشکاری آهن به زبان ساده اتصال دو قطعه آهن به یکدیگر است. البته این فرآیند برای ترمیم بخش‌های از بین رفته یا شکسته سازه هم به کارگرفته می‌شود. در جوشکاری از گرما، فشار یا هردو استفاده می‌شود. این عملیات بسیار مهم و جدی است و نیاز به مهارت بالا دارد و اگر نادرست انجام شود منجر به خسارت می‌شود بنابراین علاوه بر رعایت نکات جوشکاری، انجام آن باید توسط فردی متخصص صورت گیرد.

جوشکاری روش‌ها و مراحل مختلفی دارد که هرکدام در شرایط خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند و لازم است نکات جوشکاری آهن آلات در انجام این عملیات رعایت شود اما قبل از اقدام به جوشکاری به جمله معروف اول ایمنی بعد کار می‌رسیم! و لازم است توجه ویژ‌ه‌ای به آن کنیم.

نکات ایمنی در جوشکاری :

از مهمترین نکات جوشکاری آهن آلات، نکات ایمنی است. رعایت این موارد باعث می‌شود از خسارت‌های جانی و مالی پیشگیری کنید پس به شدت بر رعایت آنها سخت‌گیر باشید. تجهیزات ایمنی لازم برای جوشکاری عبارت‌‌اند از :

• عینک محافظ
• حفاظ صورت
• ماسک جوشکاری دستی با لنز‌های فیلتر شده
• کلاه مقاوم دربرابر اشعه
• دستکش مقاوم
• لباس با آستین کامل و یقه دکمه‌دار
• شلوار کار نسوز
• کفش ایمنی

برای حفظ ایمنی، به هیچ وجه نباید درکنار مواد قابل انفجار یا گازهای قابل اشتعال دستگاه جوشکاری را روشن کرد همچنین اگر ماشین جوشکاری خراب است نباید از آن استفاده شود و حتما بهتر است توسط یک متخصص تعمیر شود.

کابل جوشکاری از نیروی برق تغذیه می‌کند بنابراین نکات مربوط به عایق بودن و ایمنی کابل‌های الکتریکی باید رعایت شود تا امکان برق‌گرفتگی به حداقل برسد علاوه بر این نکات زیر برای اطمینان از ایمنی کابل‌ها باید رعایت شود.

• به هیچ عنوان از کابل‌های پاره یا معیوب استفاده نکنید.
• برای انتخاب جنس کابل، شرایط محل کار را درنظر بگیرید.
• برای طولانی‌تر کردن کابل، چند کابل به هم متصل می‌شوند دقت کنید در محل اتصال کابل‌ها عایق‌کاری لازم را انجام دهید.
• توجه کنید کابل در آب یا مواد روغنی قرار نگیرد.

درنهایت اگر جوشکاری در محل سربسته درحال انجام است لازم است تهویه مناسب وجود داشته باشد.

مراحل جوشکاری آهن آلات :

به طور کل جوشکاری را می‌توان در 4 گام خلاصه کرد که در هر گام باید اصول جوشکاری آهن آلات رعایت شود که به طور کلی به آنها اشاره شده است.

1. آماده کردن دستگاه جوش

دستگاه جوش دارای دوکابل است که یکی گیره یا اتصال است و دیگری انبر که الکترود درون آن قرار می‌گیرد. کابل اتصال یا گیره به قطب منفی و کابل انبر به قطب مثبت وصل می‌شود سپس می‌توان دستگاه را روشن نمود.

2. آماده سازی محل جوش

این نکته را مدنظر داشته باشید که هرفلزی را نمی‌توان جوش داد پس به نوع فلز دقت کنید سپس کابل گیره را به قطعه متصل کنید. دقت کنید سیم گیره هم حتما باید به قطعه وصل شود تا اتصال با دستگاه برقرار شود. اگر سیم گیره روی قطعه آهن لغزش داشته باشد کابل به سرعت داغ می‌شود.

3. آماده کردن الکترود

با رعایت نکات ایمنی به سراغ آماده کردن الکترود یا به عبارتی سیم جوش می‌رویم. الکترود را میان انبر قرار می‌دهیم و آمپر دستگاه که انتخاب مناسب آن مهم است را با کلید پیچ مانند تنظیم می‌کنیم.

4. انجام جوشکاری

کار اصلی در این قسمت انجام می‌شود و دقیقا اینجاست که باید نکات جوشکاری آهن آلات رعایت شود که در ادامه مفصل‌تر به آنها اشاره می‌شود بهتر است ابتدا برای اتصال دو قطعه از چند خال جوش استفاده کنید. جوشکاری معمولا به واسطه فرآیند قوس الکتریکی ایجاد می‌شود.

جوشکاری با روش قوس الکتریکی :

تخلیه بار الکتریکی در میان گاز یونیزه شده که در فاصله خاصی بین الکترود و قطعه ایجاد می‌شود قوس الکتریکی نام دارد. حرارت لازم برای ذوب مصالح در این روش توسط قوس الکتریکی تامین می‌شود. اگر الکترود مورد استفاده در این روش از جنس تنگستن باشد هنگام انجام جوشکاری الکترود ذوب نمی‌شود بنابراین الکترود مصرف نمی‌شود درغیر این صورت و اگر الکترود از جنس فلز با نقطه ذوب پایین باشد همزمان با ایجاد قوس انتهای الکترود ذوب می‌شود.

مقاومت الکتریکی زیاد قوس حرارت زیادی تولید می‌کند که باعث ذوب الکترود و لبه‌های دوقطعه فلز پایه در داخل حوضچه مذاب می‌شود در داخل حوضچه فلز پایه و جوش با هم مخلوط می‌شوند و با حرکت الکترود به سمت جلو حوضچه‌های قبلی سرد شده و نوار جوش تشکیل می‌دهند. این روش انواع مختلفی دارد که لازم است بررسی شوند و نکات جوشکاری آهن آلات در اجرای آنها رعایت شود.

ترفند های جوشکاری آهن آلات :

نکات جوشکاری آهن آلات در قسمت‌های مختلف این فرآیند متفاوت است و باید رعایت شود چون بر کیفیت جوش بسیار اثرگذار است.

نوع جریان جوشکاری : نوع جریان می‌تواند مستقیم یا متناوب باشد این جریان توسط ماشین‌های جوشکاری تامین می‌شود که انواع مختلفی دارند مثل ترانسفورماتور، رکتی‌فایر، دینام، ژنراتور و اینورتر جوشکاری.

شدت جریان : به ضخامت قطعه و قطر الکترود بستگی دارد و بهتر است به میزان آمپری که سازنده الکترود پیشنهاد داده توجه کرد. در این خصوص جداولی هم وجود دارد که می‌توانید به آنها مراجعه کنید به طور مثال اگر قطر الکترود 4- 5 میلیمتر باشد و ضخامت قطعه 6-10 میلیمتر شدت جریان مناسب عددی بین 150-200 آمپر است.

طول قوس : فاصله بین سر الکترود تا سطح قطعه مورد جوشکاری به هنگام برقراری قوس است. در صورتی که ولتاژ زیاد باشد ممکن است موجب انحراف قوس شود و اگر ولتاژ کم باشد طول قوس کوچک بوده و برقراری قوس مشکل است به طور کل بهتر است طول قوس کمتر از قطر الکترود مصرفی باشد. اما دقت کنید فاصله انبر و قطعه مهم است اگر انبر زیاد نزدیک باشد به قطعه می‌چسبد، اتصال کوتاه ایجاد می‌شود و باعث فشار به دستگاه جوش یا شاید سوختن آن شود اگر انبر دور باشد الکترود یا سیم جوش ذوب می‌شود و به سطح قطعه می‌پاشد و گاهی باعث سوراخ شدن آهن نیز می‌شود.

سرعت پیشروی : این سرعت با ضخامت فلز مورد جوشکاری، مقدار جریان، اندازه و شکل جوش تغییر می‌کند اما به طور کلی سرعت مناسب برای یک جوش ساده به این صورت است که سرعت تشکیل حوضچه مذاب دوبرابر قطر الکترود باشد.

زاویه الکترود : ابتدا حالت‌های مختلف جوشکاری را بررسی می‌کنیم و سپس وضعیت جوشکار با توجه به آنها تعیین می‌شود. اعضای فلز پایه نسبت به هم در حالت‌های، روی هم، لب‌به‌لب، پیشانی، گونیا و سپری قرار می‌گیرند و با توجه به این حالات، وضعیت‌های محتمل جوشکار عبارت‌اند از تخت، افقی، قائم و بالای‌سر که راحت‌ترین وضعیت، تخت است و دشوارترین آن بالای سر، سربالا یا سقفی و البته یک جوشکار ماهر باید بتواند تمام این حالات را انجام دهد.

انواع جوشکاری قوس الکتریکی :

• با الکترود دستی (SMAW)

این روش با ذوب فلز پایه، فلز الکترود و روکش آن همراه است و الکترود به عنوان یک پرکننده عمل می‌کند همچنین قسمتی از پوشش الکترود به گاز محافظ و بخشی دیگر به گل یا سرباره تبدیل می‌شود.

• زیر پودری (SAW)

از الکترود بدون روکش استفاده می‌شود و پودر نقش ماده محافظ را بازی می‌کند.

• توو پودری (FCAW)   

از الکترود ممتد فلزی لوله‌ای شکل استفاده می‌شود که درون خود مواد حفاظتی دارد. این روش خودکار است و ماده محافظ به صورت نوار پودری روی جوش ریخته می‌شود.

• با گاز محافظ (GMAW)

از الکترود بدون پوشش به صورت ممتد و گازی که به عنوان ماده محافظ جلوی ورود هوا به حوضچه را می‌گیرد استفاده می‌شود اگر این گاز بی‌اثر باشد نوع جوشکاری MIG و اگر فعال باشد MAG است. انواع گازهای مورد استفاده در این روش عبارت‌اند از هلیوم، آرگون و دی‌اکسیدکربن که استفاده از گاز دی‌اکسید‌کربن به تنهایی یا مخلوط با دیگر گازها در این روش رایج است. چون این نوع جوش به تجهیزات خاص نیاز دارد استفاده از آن در کارخانه میسر است و در کارگاه به دلیل وزش باد مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

• با الکترود تنگستنی و حفاظت گاز خنثی (GTAW/TIG)

در میان همه روش‌ها این روش ظاهر بسیار خوبی دارد و در عین حال گران‌تر است از طرفی نرخ رسوب و سرعت کمتری دارد.

• پلاسما (PAW)

اگر در جوشکاری با الکترود تنگستنی از پلاسما استفاده شود به آن PAW می‌گویند.

• کربنی (CAW)

از الکترود کربنی در این روش استفاده می‌شود.

نقص‌ های موجود در جوش‌ :

• وجود تخلخل یا حفره
• حضور تنگستن
• فرو رفتگی زیر خط جوش
• ترک خوردن جوش
• جوش نخوردن کامل

با رعایت نکات جوشکاری آهن آلات و انجام این عملیات توسط یک جوشکار حرفه‌ای باید به یک جوش باکیفیت برسیم که فاقد اینگونه نواقص است.

روش ‌های جوشکاری آهن آلات :

انواع روش ‌های قوس الکتریکی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت همچنین نکات جوشکاری آهن آلات در هر قسمت ارائه شد اما با وجود تمام این موارد باز هم انجام عملیات جوشکاری نیاز به یک فرد ماهر دارد. پس برای رسیدن به یک جوش باکیفیت حتما از فرد خبره استفاده کنید همچنین درنظر داشته باشید که نکات ایمنی را رعایت کنید تا دچار حادثه نشوید.

آهن یکی از عناصر فراوان در پوسته زمین است که به علت ویژگی‌ها و خواصی که دارد بسیار محبوب و پرکاربرد است. آهن و فولاد متفاوتند اما گاهی من جمله در این مقاله به جای هم استفاده می‌شوند. درواقع فولاد آلیاژی از آهن است که خواص بهبود یافته‌ای نسبت به آهن دارد و سهم بزرگی از اقتصاد جهان را به خود اختصاص داده است که ناشی از تاثیر صنعت حمل و نقل است. بخشی از صنعت حمل و نقل هم خودروها هستند بنابراین کاربرد آهن در خودرو سازی را در این مقاله بررسی می‌کنیم.

صنعت حمل و نقل :

حمل و نقل یک شاخص مهم در اقتصاد است و در بسیاری از کشورها 6 تا 12 درصد تولید ناخالص آنها را تشکیل می‌دهد. این رقم در کشور ایران 7 تا 9 درصد برآورد می‌شود.

عامل مهم و تأثیرگذار در صنعت حمل و نقل فلزات هستند چون زیرساخت بسیاری از صنایع وابسته به حمل و نقل مستقیم یا غیر مستقیم به فلزات مرتبط است مثل حمل و نقل جاده‌ای، ریلی، هوایی و دریایی. به علاوه در ساخت خودرو، قطار، هواپیما و کشتی که اسباب اصلی حمل و نقل هستند فلزات مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اهمیت آهن در خودرو سازی :

کاربرد آهن در خودرو سازی بر کسی پوشیده نیست. یک خودروی مناسب باید چند ویژگی مهم داشته باشد که عبارت‌اند از : ایمنی، مصرف سوخت قابل‌قبول و وزن مناسب. مواد به کار رفته در خودرو بر روی تمام این عوامل تاثیرگذار است. اما کاربرد آهن در خودرو سازی کجاست؟

فولاد، پرمصرف‌ترین آلیاژ آهنی در خودروهای رایج است. به نقل از worldsteel.org در هر خودرو 900 کیلوگرم فولاد مصرف می‌شود. کاربرد ٱهن در خودروسازی علل مختلفی دارد که به آنها اشاره خواهد شد. در خودرو مهم است که ماده استفاده شده سه ویژگی را حتما داشته باشد.

1. مقاومت
2. وزن مناسب
3. قیمت قابل قبول

خودروسازان همواره در حال پیداکردن بهینه‌ترنین حالت بین این سه مورد هستند. یعنی ماده‌ای که نسبت مقاومت به وزن بالایی داشته باشد و در عین حال صرفه اقتصادی هم داشته باشد. کاربرد آهن در خودرو سازی به همین دلیل است چون پاسخ مناسبی به این نیاز‌ها می‌دهد. علاوه بر آهن یا فولاد فلزات دیگری نیز در خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سایر فلزات مورد استفاده در ساخت خودرو :

• آلومینیوم : از عناصری است که به وفور در پوسته زمین یافت می‌شود اما نگرانی بابت منابع رو به پایان آهن در بلند مدت و سبک‌تر کردن خودرو سهم آن را به تدریج کاهش و استفاده از آلومینیوم و کامپوزیت‌های پلاستیکی را افزایش داده است اما مهم است که بتوان از آنها در ساخت خودرو هم استفاده کرد. آلومینیوم از فلزات رایج در صنعت خودرو است که قوی‌تر و سبک‌تر از فولاد است و همچنین دربرابر زنگ ‌زدگی مقاومت خوبی دارد، با محیط زیست سازگار است و سبک‌تر بودن آن نسبت به فولاد، مصرف سوخت خودرو را کاهش می‌دهد در نقطه مقابل بین کاهش وزن و افزایش قیمت تعادل برقرار است یعنی این فلز گران‌تر از فولاد است. به همین دلیل خودروهای تولید شده با آلومینیوم اغلب گران قیمت هستند. در گذشته 2٪ از کل اجزای خودرو از آلومینیوم تشکیل شده بود اما امروزه این عدد به 15٪ رسیده است به علاوه این فلز قابل بازیافت هم هست.

• آلیاژ مناسب برای صنعت حمل و نقل : ویژگی‌های جذاب آلومینیوم موجب کاربرد گسترده این فلز در صنعت حمل و نقل شده است و این موضوع منحصر به صنعت خودرو سازی نیست بلکه حمل و نقل ریلی و ساخت قطار و هواپیما را هم شامل می‌شود. محققان دانشگاه امیرکبیر در سال‌های اخیر و در مقیاس آزمایشگاهی موفق به ساخت قطعات آلومینیومی نانوساختار  شده‌اند. آنها از ساخت آلیاژی مناسب برای صنعت حمل و نقل خبر داده‌اند که استحکام بالا، کاهش وزن، صرفه‌جویی در مواد اولیه، مصرف کمتر انرژی و کاهش آلودگی از ویژگی‌های آن است و علاوه بر اینها بهبود ایمنی وسیله نقلیه هم مدنظر بوده است.

• منیزیم : نسبت به فولاد قوی‌تر و همچنین سبک‌تر است و در مقایسه با آلومینیوم کار با آن ساده‌تر است.

• تیتانیوم : ماده سبک، قوی و مقاوم دربرابر خوردگی است اما ساخت آن نیز دشوار است. در مقایسه با سایر فلزاتی که چگالی یکسانی با تیتانیوم دارند مقاومت این فلز از همه بالاتر است به همین دلیل یک انتخاب عالی برای خودروهای لوکسی است که می‌خواهند وزن کمتری داشته باشند.

• مس : این فلز قابلیت فراوانی در هدایت جریان الکتریکی دارد. به همین دلیل خودروها در قطعات مختلف مثل سیستم ناوبری، ترمز ضد قفل، صندلی حرارتی، ضدیخ شیشه‌ای و خطوط هیدرولیک به این خاصیت وابسته هستند همچنین سیم‌های موجود در خودرو اغلب توسط مس ساخته می‌شوند و در کل خودرو جریان دارند.

علاوه بر این استفاده بیشتر از خودروهای هیبریدی و برقی مصرف مس را افزایش داده است و این رقم همچنان رو به افزایش است. هرکدام از این خودروها متوسط 25 کیلوگرم مس نیاز دارند.

علت کاربرد آهن در خودرو سازی چیست؟

انجمن جهانی فولاد برآورد کرده است که خودرو 12٪ مصرف آهن در جهان را به خود اختصاص داده است. شرکت آرسلور میتال که از تولید کنندگان فولاد در جهان است در سال 2014 در حدود 16.7٪ بازار ورق‌های فولادی را در دست داشته است. همچنین صنعت حمل و نقل اعم از خصوصی و عمومی به عرضه فولاد بستگی دارد به طور مثال در حمل و نقل عمومی بدنه اتوبوس‌ها چون تحت فشار شدید قرار دارند اغلب از فولاد باکیفیت ساخته می‌شوند. در ساخت بدنه دوچرخه نیز از فولاد استفاده می‌شود. کاربرد آهن در خودرو سازی اما در قسمت‌های مختلف است. آهن آلات خودرو سازی مطابق درصد‌های زیر در آن به‌کار رفته است:

• 40٪ در ساختار بدنه خودرو، درها و پنل‌ها
• 23٪ در سیستم انتقال نیرو و اعضای آن
• 12% در سیسیتم تعلیق
• مابقی در چرخ و تایر، مخزن سوخت، سیستم ترمز و فرمان.

علت استفاده از آهن در ساخت خودرو‌ها ویژگی‌های جذابی است که آهن و فولاد دارند. به همین دلیل است که سالیان سال استفاده از فولاد رواج دارد. این ویژگی‌ها عبارت‌اند از :

• در دسترس بودن
• مقاومت و استحکام بالا
• قیمت مناسب
• خاصیت شکل‌پذیری که امکان طراحی‌ خلاقانه را می‌دهد.
• امکان رنگ‌آمیزی
• وزن قابل قبول و درنتیجه کاهش مصرف سوخت خودرو در مقایسه با بسیاری از فلزات.
• قابلیت بازیافت و سازگاری با محیط‌زیست
• دوام بالا
• قابلیت تعمیر و بازسازی
• قابلیت جوش‌‌پذیری و اتصال
• قابلیت پرس‌کاری

کاربرد فولاد در بدنه خودرو :

اخیراً از نوعی فولاد پیشرفته با مقاومت بالا در بسیاری از شرکتهای تولید کننده استفاده می‌شود و این نوع، جایگزین فولاد معمولی شده است این فولاد با نام AHSS(Advanced High Strength Steel) شناخته می‌شود و تفاوت اصلی آن با فولاد معمولی ساختار آن است.

 ایجاد مقاومت در فولاد همواره کاری پرچالش است. چون برای این کار باید ترکیب فولاد تغییر کند و مقدار برخی عناصر کم و زیاد شود که این امر گاهی منجر به سخت‌تر شدن فولاد می‌شود اما در این نوع خاص این مسئله نیز برطرف شده است.

نسل جدید فولاد که دارای دوام عالی و مقاومت بسیار بالاست. در حال حاضر برای طراحی تقریبا 60٪ بدنه خودروهای امروزی استفاده می‌شود و باعث کاهش وزن، حفظ ایمنی مسافران و بهینه شدن مصرف سوخت می‌شود. به نقل از ‌worldsteel.org این فولاد پیشرفته باعث کاهش 8 الی 10 درصدی وزن خودروها می‌شود در نتیجه مصرف سوخت نیز پایین‌تر است همچنین هزینه و زمان تعمیر بدنه خودرو را کاهش می‌دهد. هزینه تولید آن یک‌سوم آلومینیوم است اما سختی آن 3برابر بیشتر از آن است همچنین 2 برابر بیشتر از فولاد معمولی مقاومت دارد. بنابراین ahss نوعی از فولاد هستند که شرکت‌های تولید کننده آن می‌توانند نیاز‌های صنعت خودروسازی را با آن پاسخ دهند. این نوع فولاد خود به سه دسته زیر تقسیم می‌شود:

• نسل اول : معروف به فولادهای استحکام بالای، کم آلیاژ است با این وجود انعطاف‌پذیری کمی دارد به همین دلیل نسل دوم تولید شد.
• نسل دوم : انعطاف‌پذیری و استحکام بالا دارند اما هزینه تولید آنها نیز بالا است.
• نسل سوم : با توجه به کمبودهای دو نسل قبل این نسل مستحکم، انعطاف‌پذیر و اقتصادی است.

حداقل مقاومت کششی فولاد پیشرفته 500 تا 800 مگاپاسکال است و گریدهای جدید آن وزن خودرو را 25-39٪ نسبت به فولاد معمولی کاهش می دهد و در نتیجه 3-2 تن گاز گلخانه‌ای کمتری در طول عمر خودرو تولید می‌شود.

اشکال مختلف آهن در خودرو سازی :

فولاد و آهن در اشکال متنوعی به بازار عرضه می‌شوند مانند ورق، تیرآهن، میلگرد و مواردی از این دست اما کاربرد آهن در خودرو سازی به شکل ورق فولادی یکی از پرمصرف‌ترین انواع آن است. انواع ورق استفاده شده در این صنعت عبارت‌اند از ورق سیاه، ورق گالوانیزه، ورق روغنی، ورق ضد زنگ، ورق آلیاژی، ورق سخت، ورق ASTM-a36 و ورق ahss که در مورد آن توضیح داده شد.

آهن آلات صنعت خودرو :

کاربرد آهن در خودرو سازی قدمتی چندده ساله دارد و این موضوع بی‌علت نیست. ویژگی‌های جذاب و منحصر به فرد آهن و فولاد علت اصلی این موضوع است. استحکام، وزن، تاثیر آن در مصرف سوخت و قیمت تمام‌شده خودرو همگی متاثر از مواد به کار رفته در آن است. همچنین تاثیر کلان این موضوع را می‌توان در اهمیت صنعت حمل و نقل در رشد اقتصادی کشورها دید. فولادهای پیشرفته رفته رفته جایگاه بهتری در صنعت خودرو پیدا کرده‌اند و به دلیل مزیت‌هایی که نسبت به فولاد معمولی دارند استفاده از آنها در صنعت خودرو روز افزون است. سایر فلزاتی که سهم رو‌به رشدی در خودرو سازی دارند نیز در این مقاله بررسی شدند.

آهن و فولاد گاهی یکسان درنظر گرفته می‌شوند اما در اصل اینطور نیست. سنگ آهن عنصری طبیعی است که از طبیعت استخراج می‌شود و با تغییراتی که در ترکیب آن ایجاد می‌کنند آهن و فولاد شکل می‌گیرد. این مواد به اشکال مختلف، در صنایع گوناگون و برای مصارف متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آهن آلات ساختمانی یکی از انواع این محصولات هستند که خود اشکال گوناگونی دارند و ساخت یک سازه وابسته به آنها است برخی به طور مستقیم و برخی غیرمستقیم در ایجاد یک سازه نقش ایفا می‌کنند. مهمترین آهن آلات ساختمانی براساس موارد مختلفی مثل شکل، مشخصات و مواردی ازین دست تقسیم‌بندی می‌شوند و ویژگی‌های هرکدام با دیگری متفاوت است بنابراین باید دقت کرد در زمان طراحی گزینه مناسب را انتخاب کرد تا دچار ضرر و چالش نشویم.

انواع آهن آلات ساختمانی :

آهن آلات ساختمانی از فونداسیون تا پنجره مورد استفاده قرار می‌گیرند و با توجه به سابقه طولانی در استفاده از آنها با گذر زمان تغییر کرده‌اند. به عنوان مثال یکی از مهمترین آهن آلات ساختمانی تیرآهن است اما قبل از اینکه از نوع آهنی آن استفاده شود از جنس چوب بوده است. علاوه بر جنس، شکل هم در نامگذاری تیرآهن تاثیر دارد به عنوان مثال تیرآهن "آی" شکل داریم و همینطور تیرآهن "اچ" شکل. نامگذاری بر اساس شکل در سایر آهن آلات ساختمانی هم وجود دارد مثل پروفیل "زد" و مواردی از این دست.

برخی از محصولات آهنی نیز هستند که نمی‌توان آنها را بر اساس شکل سطح مقطع تقسیم‌بندی کرد مثل توری‌ها، مش‌ها و این نوع قطعات. به طور کلی انواع آهن آلات ساختمانی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد :

• پروفیل‌ ساختمانی
• فولاد‌ ساختمانی

پروفیل‌ ساختمانی :

پروفیل قطعه‌ای است که شکل سطح مقطعش در طول آن ثابت است. این نوع از آهن آلات خود به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از :

• پروفیل باز : اگر سطح مقطع پروفیل یک شکل هندسی باز مثل همان پروفیل "زد" باشد، به آن پروفیل باز می‌گویند. از انواع این پروفیل می‌توان به نبشی، ناودانی، تیرآهن اشاره کرد.

• پروفیل بسته : اگر سطح مقطع پروفیل یک شکل هندسی بسته باشد مثل مربع، به آن پروفیل بسته می‌گویند. از انواع این پروفیل می‌توان به قوطی و لوله اشاره کرد.

میلگردها هم با توجه به اینکه شکل سطح مقطع آنها در طولشان ثابت است جزو دسته پروفیل‌ها قرار می‌گیرند

فولاد ساختمانی :

نوع دیگر از انواع آهن آلات ساختمانی که شکل سطح مقطع خاصی ندارند فولاد ساختمانی هستند. از انواع این مقاطع می‌توان به توری‌ها، مفتول‌ها و ورق‌های فولادی اشاره کرد که از مهمترین آهن آلات ساختمانی هستند و خود انواع مختلفی دارند مثل ورق سیاه، ورق گالوانیزه، ورق روغنی و مواردی از این دست.

انواع پروفیل ساختمانی :

انواع پروفیل‌های ساختمانی هرکدام ویژگی، کاربرد، خواص و مشخصات خاصی دارند و آشنایی بیشتر با هرکدام از آنها می‌تواند شما را در انتخاب بهتر این مقاطع یاری کند.

تیرآهن :

از مهمترین آهن آلات ساختمانی است و کاربرد آن با توجه به نظر طراح سازه تعیین می‌شود اما در کل می‌تواند به عنوان ستون، تیر اصلی، تیرفرعی و در کل ساخت اسکلت اصلی سازه مورد استفاده قرار ‌گیرد. هر تیرآهن تشکیل شده از دو بال و یک جان. اعضایی که دو طرف تیرآهن هستند بال نام دارند و عضوی که عمود بر دو عضو دیگر است، جان است.

اگر اندازه بال و جان تیرآهن برابر باشد به آن هاش می‌گویند و با علامت IPB شناخته می‌شود و اگر این طور نباشد به آن تیرآهن آی می‌گویند که به دو نوعIPE  (با ضخامت بال‌های یکسان) و INP (با ضخامت بال‌های  متغیر) تقسیم می‌شود. لانه زنبوری، نوع دیگری از تیرآهن است که بر روی جان آن حفره‌هایی مشابه لانه زنبور وجود دارد. سایز تیرآهن بر اساس ارتفاع جان آن مشخص می‌شود مثلا وقتی می‌گوییم IPE14 یعنی ارتفاع جان تیرآهن 14 سانتیمتر است. وزن تیرآهن‌های مختلف در جدول اشتال ذکر شده اما لزوما وزن تیرآهن خریداری شده با وزن آن در جدول اشتال مطابقت ندارد ولی هرچه وزن آن به جدول استاندارد نزدیکتر باشد نشانگر کیفیت بالاتر محصول است.

میلگرد :

از آنجا که بتن در تحمل بارهای کششی ضعیف است میلگرد اغلب برای مسلح کردن بتن استفاده می‌شود تا مقاومت آن را افزایش ‌دهد و ضعف بتن در تحمل کشش را جبران کند. میلگرد در اشکال مختلفی مثل خاموت، سنجاقی، عصایی و رکابی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

میلگرد به طور کلی به دو دسته آجدار و ساده تقسیم می‌شود همچنین 4 نوع میلگرد موجود در بازار عبارت‌اند از میلگرد A1 که از نوع ساده است و میلگرد‌های A2,A3,A4 که آجدار هستند، تفاوت این سه میلگرد در شکل آج، و ویژگی‌های آنها است. وزن میلگرد استاندارد در جدول اشتایل ذکر شده و هرچه وزن میلگردی که خریداری شده است به وزن جدول استاندارد نزدیکتر باشد نشان از کیفیت بالای آن است. میلگرد از پرمصرف‌ترین و مهمترین آهن آلات ساختمانی است.

نبشی :

نبشی اغلب در تقویت اسکلت، ساخت قاب و چهارچوب وال‌پست و همچنین برای اتصال اعضا به یکدیگر استفاده می‌شود. مانند اتصال ستون به صفحه ستون.

نبشی به دو نوع بال مساوی و بال نامساوی تقسیم می‌شود. پارامتر دیگری که در نامگذاری نبشی ذکر می‌شود، ضخامت نبشی است به طور مثال نبشی 5*50*50 یعنی نبشی بال مساوی که طول بال‌های آن 5 سانتی‌متر و ضخامت آن 5 میلیمتر است. نبشی به دو صورت پرسی و فابریک تولید می‌شود و طبق وزن هم در دو دسته سبک و سنگین قرار می‌گیرد.

ناودانی :

در ساخت قاب‌های مورد نیاز در صنعت ساختمان، تجهیزات دریایی، کمک به تیرآهن در تکمیل اسکلت سازه و بیشتر در مواردی که پشتیبانی سازه‌ای نیاز باشد کاربرد دارد. ناودانی تشکیل  شده از دو بال و یک جان. دو بال آن یا موازی یا شیب دار هستند و بر همین اساس دو نوع U  وC  را به آن اختصاص می‌دهند. ناودانی هم به دو صورت پرسی و فابریک تولید می‌شود و بر اساس ظاهر هم می‌توان آن را به دو صورت مشبک و ساده تقسیم کرد. براساس وزن هم ناودانی در دو دسته سبک و سنگین قرار می‌گیرد.

لوله :

سطح مقطع این قطعه دایره و کاربرد اصلی آن در انتقال میعانات و سیالات است مثل آب و فاضلاب. لوله سه جنس مختلف دارد شامل آهنی، فولادی و چدنی. لوله‌های فولادی مقاومت بیشتری دارند اما در برابر خوردگی ضعیف هستند به همین دلیل آنها را به صورت گالوانیزه تولید می‌کنند و لوله‌های گالوانیزه تست آب از انواع همین لوله هستند. اهمیت این لوله‌ها بسیار بالاست چون در صورت هرگونه مشکلی خسارات سنگینی بر جای خواهد گذاشت. یک نوع از این آهن آلات ساختمانی نیز لوله‌های داربستی هستند که در ساختمان سازی و در مواردی که لازم است کار در ارتفاع انجام شود یا ساپورت موقتی ایجاد شود از آنها استفاده می‌کنند. لوله گاز رسانی نوع دیگر این مقاطع است که از نظر استانداردهای گاز رسانی مورد تایید است و به دو صورت روکار و تووکار در ساختمان سازی اجرا می‌شود.

قوطی :

نوعی از پروفیل که مانند لوله، توخالی است اما سطح مقطع آن مربع، مستطیل و مشابه این است. این نوع از آهن آلات ساختمانی در دو نوع سبک و سنگین تولید می‌شوند. نوع سبک ضخامتی کمتر از 1.5 میلیمتر دارد و طی فرآیند نورد سرد تولید می‌شود این پروفیل در صنایع خودرو سازی، ساخت مبل و صندلی و لوازم خانگی کاربرد دارد. نوع سنگین قوطی با ضخامت بالاتر از 1.5 میلیمتر تولید می‌شود و در شاسی سازی، ساخت در و پنجره و ابزارهای صنعتی کاربرد دارد.

فولاد ساختمانی :

پس از آشنایی کلی با مهمترین آهن آلات ساختمانی که از نوع پروفیل بودند به سراغ محصولات فولادی ساختمانی می‌رویم که از قطعات پرمصرف در صنعت هستند.

ورق فولادی :

ورق‌های فولادی انواع مختلفی دارند که بر اساس ویژگی‌هایشان در شرایط مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند اما به طور کل در ساخت قالب، صنعت خودروسازی، تولید ساندویچ پنل، ساخت لوازم خانگی و مواردی از این دست از ورق فولادی استفاده می‌شود. انواع ورق عبارت‌اند از :

• ورق سیاه
• ورق روغنی
• ورق آلیاژی
• ورق گالوانیزه
• ورق رنگی
• قلع اندود
• ورق اسید‌شویی
• ورق آلوزینک
• ورق آجدار
• ورق ضدزنگ

ورق‌ها بر اساس فرآیند تولیدشان به دو نوع نورد گرم و نورد سرد تقسیم می‌شوند. دقت ابعاد و شکل ظاهری ورق در نوع نورد سرد بیشتر است. علاوه بر عرض و طول پارامتر دیگری در ابعاد ورق حائز اهمیت است و آن ضخامت ورق است. اهمیت ٱن به این دلیل است که کاربرد ورق را تحت تاثیر قرار می‌دهد. ورق‌های به چند صورت به بازار عرضه می‌شوند که عبارتند از رول (کویل)، شیت (فابریک و برشی) و پلاک و تسمه ورق از پرمصرف‌ترین و مهمترین آهن آلات ساختمانی است.

مفتول :

کاربرد این محصول بیشتر در آرماتور بندی است و چون این نوع از آهن آلات ساختمانی از فولاد کم کربن ساخته می‌شود شکل پذیری بسیار خوبی دارند. سیم مفتول سیاه یکی از پرکاربردترین انواع آن است.

رابیتس :

رابیتس توانایی خوبی در نگه‌داشتن انواع مصالح ساختمانی مثل بتن و گچ دارد. به طور مثال در بتن ریزی محل‌هایی که امکان قالب بندی وجود ندارد را می‌توان با رابیتس بست تا جلوی ریزش بتن را گرفت. این محصول به صورت گالوانیزه تولید می‌شود تا دچار زنگ زدگی نشود.  

آهن آلات مورد نیاز ساختمان سازی :

فلزات مختلفی در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرند که یکی از پرکاربردترین آنها آهن یا فولاد است. مهمترین آهن آلات ساختمانی به منظور آشنایی بیشتر با آنها در این مقاله معرفی شدند. افزایش آگاهی شما نسبت به ویژگی محصولات مختلف آهنی، باعث می‌شود شناخت و انتخاب بهتری به هنگام خرید آنها داشته باشید.

زنگ زدگی اگر به موقع زدوده نشود خسارت بزرگی ایجاد می‌کند. باوجود تمام خواص و مقاومتی که از آهن سراغ داریم، خوردگی یا زنگ زدگی می‌تواند قطعه فلزی را از بین ببرد یا ماشین‌آلات آهنی را از کار بیندازد. بنابراین لازم است به محض مشاهده زنگ زدگی برای زدودن آن اقدام شود. انواع روش‌های از بین بردن زنگ آهن در ادامه معرفی شده است، لازم است با توجه به وضعیت زنگ زدگی یکی از آنها را انتخاب و اجرا کنید. علاوه بر این اگر زنگ زدگی کوچک و ساده است می‌توان با روش‌های ساده و خانگی آنها را برطرف کرد که در انتهای مقاله به آنها اشاره شده است.

زنگ آهن چیست ؟

آهن یکی از پرمصرف‌ترین فلزات در اطراف ماست. باوجود تمام ویژگی‌های عالی یک نقطه ضعف دارد و آن زنگ زدگی است. زمانی که آهن در تماس طولانی با آب و رطوبت قرار می‌گیرد. با اکسیژن ترکیب می‌شود و درنهایت اکسید می‌شود البته اکسیژن به تنهایی نمی‌تواند سبب زنگ زدگی شود و به رطوبت هم نیاز دارد به همین دلیل اکسید شدن آهن در محیط‌های مرطوب بیشتر می‌شود. در این حالت یک لایه زنگ بر روی آهن ایجاد می‌شود که ظاهری رسوبی و قهوه‌ای-نارنجی رنگ دارد. آهن به دو صورت زنگ می‌زند:

• مخرب

هنگام زنگ زدگی یک لایه اکسید روی فلز ایجاد می‌شود و همین لایه جلوی پیشروی زنگ به لایه‌های زیرین را می‌گیرد اما اگر اکسید آهن پاک نشود به لایه‌های زیرین نفوذ می‌کند و قطعه می‌شکند.

• پایدار

زنگ زدگی به لایه‌های زیرین منتقل می‌شود و درنهایت منجر به شکستگی و از بین رفتن قطعه می‌شود بنابراین رسیدگی سریع را می‌طلبد.

از دیگر عوامل موثر بر تسریع زنگ زدگی آهن آب شور، مواد اسیدی و دی ‌اکسید کربن است. زنگ زدگی نه‌تنها باعث فرسودگی آهن می‌شود بلکه ظاهری نامناسب هم برای این قطعه ایجاد می‌کند و کارایی آن را از بین می‌برد. زنگ زدگی آهن نوعی خوردگی است و اگر به موقع به آن رسیدگی نشود خسارات بزرگی برجای می‌گذارد. به طور مثال قطعات و ماشین‌آلاتی که بعضاً قیمت بالایی دارند اگر دچار زنگ زدگی شوند و خوردگی به لایه زیرین آنها منتقل شود کل سیستم را مختل می‌کند و دیگر آن قطعه یا ماشین قابل استفاده نخواهد بود.

پاک کردن زنگ زدگی آهن :

برای پاک کردن زنگ آهن روش‌های مختلفی اعم از روش‌های خانگی و صنعتی وجود دارد. طبیعتاً نمی‌توان از روش‌های خانگی در صنعت استفاده کرد. انتخاب اینکه از کدام روش صنعتی استفاده کنیم بستگی به عوامل زیر دارد :

• نوع قطعه
• اندازه قطعه
• میزان زنگ زدگی

علاوه بر این برخی روش‌ها نیازمند رعایت نکات ایمنی هستند یا آلودگی زیست محیطی ایجاد می‌کنند که این موارد نیز باید مدنظر قرار گیرد.

روش‌های رفع زنگ آهن :

بهتر است در وهله اول برای پیشگیری از زنگ زدگی اقداماتی را انجام داد. مثل استفاده از پوشش‌های ضدزنگ گالوانیزه، عایق و یا استفاده از آلیاژهای خاص آهن که با ترکیبات منحصر‌به‌فردی که دارند مقاومت خوبی دربرابر زنگ زدگی ایجاد می‌کنند. اما در صورتی که زنگ زدگی اتفاق افتاد باید با توجه به موارد ذکر شده از یکی از روش‌های زیر استفاده کرد.

سند بلاست :

لازم است بدانید! تنفس ذرات معلق موجود در فضا ناشی از اجرای این روش برای افراد مضر است بنابراین قبل از شروع این نکته را مدنظر داشته باشید.

زیرمجموعه روش ساب پاشی است که در آن پاکسازی با ساینده‌های طبیعی و فشار هوا انجام می‌شود. استفاده از این روش برای از بین بردن زنگ آهن بسیار کاربردی و معروف است. در این روش "سند" که در زبان انگلیسی به معنای شن(ماسه) است را با فشار بالای هوا به سطح فلز مورد نظر پرتاب می‌کنند تا از این طریق اکسیدهای آهن زدوده شود. هوا هم به عنوان منبع نیرو شن وماسه را به سمت آهن زنگ زده پرتاب می‌کند. با کنترل شدت هوای خروجی می‌توان ضخامت‌های مختلف زنگ آهن را از روی سطح پاک کرد.

روش سندبلاست یک روش قدیمی و محبوب است که در آن از مواد شیمیایی استفاده نمی‌شود علاوه بر زدودن زنگ آهن برای از بین بردن مواد دیگری مثل گرد و غبار، روغن و گریس هم استفاده می‌شود همچنین برای آماده کردن سطوح جهت رنگ آمیزی.

این روش برای همه سطوح مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، به خصوص سطوح نرم و همچنین ممکن است هنگام انجام عملیات سند بلاست سطح موردنظر پاره شود.

شات بلاست :

مشابه روش سند بلاست است و زیر مجموعه روش ساب پاشی با این تفاوت که در این روش به جای شن و ماسه از ساچمه‌های فلزی سیلیسی برای از بین بردن زنگ آهن استفاده می‌شود. علاوه بر زدودن زنگ آهن می‌توان برای ایجاد سطوح هموار و بهبود سختی هم از این روش استفاده کرد.

ساچمه‌های فلزی که در این روش استفاده می‌شوند می‌توانند لایه‌های ضخیم‌تر زنگ آهن را نیز بزدایند به همین دلیل کاربرد بیشتری نسبت به روش سندبلاست دارند. از طرفی این روش فقط برای قطعات بزرگ قابل استفاده است چون فشار بالایی وارد می‌کند اما سند بلاست را می‌توان برای قطعات کوچک هم استفاده کرد.

محافظت از خود دربرابر ذرات معلق، در این روش هم حائز اهمیت است.

واترجت : 

"واتر" که در زبان انگلیسی به معنای آب است ماده‌ای است که در این روش برای از بین بردن زنگ آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد به این صورت که آب با فشار زیاد بر قطعه موردنظر اعمال می‌شود. دستگاه واترجت مجهز به :

• یک نازل قوی است که فشار آب را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.
• پمپ فشار قوی
• شلنگ فشار قوی
• گان اسپری آب
• پمپ بوستر
• فیلتر

است و به این صورت کار می‌کند که ابتدا فشار آب به مقدار زیادی افزایش می‌یابد و بعد از عبور از فیلتر‌ها با فشار بسیار زیادی پرتاب می‌شود. این فشار زیاد آب توانایی زدودن زنگ آهن را دارد اما کنترل فشار در این روش بسیار مهم است و لازم است توسط نیروی متخصص تنظیم شود. برخلاف دو روش دیگر استفاده از واترجت، آلودگی برای افراد ایجاد نمی‌کند.

لیزر :

یکی از بروزترین روش‌هاست که با مقدار کمی انرژی، این کار را انجام می‌دهد. در این روش پرتوهایی با توان بالا را به قطعه مورد نظر می‌تابانند و این کار باعث عاری شدن فلز از زنگ زدگی می‌شود. لیزر علاوه بر آهن برای تمیز کردن سطح فلزات دیگری مانند مس و آلومینیوم هم استفاده می‌شود.

مزایای این روش سرعت بالا، بهینه بودن مصرف انرژی، کاربرد فراگیر و استفاده نکردن از مواد شیمیایی است همچنین روش‌هایی که پیشتر ذکر شدند برای سطوحی در دمای پایین و معمولی مناسب هستند اما لیزر می‌تواند برای ابزاری که در دمای بالا کار می‌کنند نیز به از بین بردن زنگ آهن کمک کند.

اسید شویی :

روش محبوب برای از بین بردن زنگ آهن است. در این روش از اسیدهایی مثل اسید اگزالیک برای زدودن زنگ آهن استفاده می‌شود به این صورت که دو تا سه قاشق اسید را درون یک گالن آب می‌ریزند و آهن زنگ زده را در آن قرار می‌دهند براساس مقدار زنگ زدگی یا ابعاد قطعه مدت زمان غوطه‌وری در اسید متفاوت است. اسید محلول در آب با زنگ آهن واکنش می‌دهد، به راحتی آن را در خود حل می‌کند و در نهایت یک محلول بی‌رنگ ایجاد می‌شود. سرانجام لازم است قطعه موردنظر شسته شود و پس از آن دیگر هیچ اثری از زنگ بر روی فلز نخواهد بود اما برای اطمینان از پاک شدن قطعه می‌توانید آن را در محلول بی‌کربنات سدیم هم قرار دهید چون باقی‌ماندن اسید بر روی قطعه نیز سبب خوردگی آن می‌شود.

اسید شویی حتی زنگ زدگی‌های قدیمی آهن را هم پاک می‌کند و نقطه ضعف این روش مصرف زیاد آب و تولید پسماند اسیدی است که در طبیعت باقی‌ می‌ماند.

الکترولیز :

ساده‌ترین روش از بین بردن زنگ آهن است. این روش نیاز به آند، کاتد، محلول الکترولیت و یک آداپتور دارد. پس از انجام مراحل لازم، زنگ زدگی‌ها به عنوان آند توسط محلول الکترولیت به سمت کاتد رفته و بر روی آن رسوب می‌کنند این فرآیند باتوجه به میزان زنگ زدگی ممکن است چند روز طول بکشد و بعد از آن لازم است قطعه به خوبی با آب شسته شود تا آثار محلول از سطح آن پاک شود.

روش‌های دیگر برای از بین بردن زنگ آهن :

• استفاده از محلول آماده زدودن زنگار آهن

برای مقیاس‌های بزرگ به‌صرفه نیست و برای پروژه‌های کوچک و خانگی کاربرد دارد.

• استفاده از شعله

دارای ریسک است چون حرارت باعث آسیب به قطعه می‌شود.

• استفاده از اسیدهایی مثل فسفریک، سیتریک و سولفوریک
• استفاده از اسپری زنگ زدا

علاوه بر این، روش‌های ساده و خانگی زدودن زنگ آهن عبارت‌اند از:

• استفاده از سرکه سفید
• استفاده از لیمو
• استفاده از جوش شیرین
• استفاده از جوهر لیمو
• استفاده از  سیب زمینی
• استفاده از نوشابه

با زنگ زدگی آهن چه کنیم؟

آهن که یکی از فراوان‌ترین عناصر پوسته زمین است درکنار خواص و ویژگی‌های جذاب و منحصر‌به‌فردی که دارد در مقابل اکسیژن و رطوبت آسیب‌پذیر است و دچار زنگ زدگی می‌شود. برای از بین بردن اکسید آهن که به صورت رسوب و به رنگ قهوه‌ای و نارنجی است روش‌های مختلفی وجود دارد که باید بر اساس مقدار زنگ زدگی، نوع قطعه و ابعاد آن یکی از آنها را برگزید.

انواع روش‌ها در این مقاله معرفی شد که آشنایی با آنها می‌تواند به شما در انتخاب بهترین روش کمک کند

آلیاژ از ترکیب چند عنصر که یکی از آنها معمولا فلز است ساخته می‌شود و این ترکیب شیمیایی به وفور در اطراف ما وجود دارد. از فولادی که در ساختمان منزلتان به کار رفته تا فلز گران بهای طلا! آلیاژ هستند.

آلیاژها می‌توانند خواص فلز پایه را بهبود دهند و به دو دسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌شوند. مهمترین آلیاژهای آهن و خواص هرکدام در ادامه معرفی خواهد شد.

آلیاژ چیست ؟

آلیاژ، لغتی فرانسوی است به معنای ترکیب کردن. آلیاژ از ترکیب یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر به وجود می‌آید. خواص فلز حاصل از این ترکیب متفاوت با فلز اصلی است. ترکیب این عناصر با یکدیگر معمولا پس از مذاب کردن آنها انجام می‌شود. در حین این فرآیند اتم‌های عناصر به هم می‌پیوندند که گاهی این پیوند به طور کامل و گاهی بخشی و قسمتی.

البته گاهی برای ترکیب دو عنصر آنها را به مرحله مذاب نمی‌رسانند و فقط حرارت می‌دهند تا ترکیبشان به هم بپیوندند. فلز اصلی در این فرآیند را فلز پایه می‌گویند. باتوجه به اینکه میزان همگنی در اختلاط عناصر چقدر است آلیاژ‌ها به دو دسته همگن و غیرهمگن تقسیم می‌شوند. همچنین براساس تعداد عناصر موجود در آن آلیاژ را دوتایی، سه‌تایی و چندتایی نام‌گذاری می‌کنند.

هدف از ساخت آلیاژ چیست؟

دلایل مختلفی برای ساخت آلیاژ وجود دارد که برخی از آنها عبارت‌اند از :

• افزایش درجه سختی فلزات
• پایین آوردن نقطه ذوب
• افزایش استحکام کششی
• افزایش مقاومت دربرابر زنگ‌زدگی
• تغییر رنگ

خواص فیزیکی انواع آلیاژ با نمودار فازی توصیف می‌شود

انواع آلیاژ :

آلیاژ‌ها با توجه به فلز پایه‌شان به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:

• آهنی

فلز پایه در این نوع آهن است. در میان این دسته، فولاد از مهمترین آلیاژهای آهن است. در ساخت این نوع از آلیاژ علاوه بر کربن از عناصر دیگری مانند منگنز، سیلسیوم و آلومینیوم نیز استفاده می‌شود. به ویژگی انواع آلیاژ آهنی ساخته شده با این عناصر در ادامه اشاره خواهد شد.

• غیرآهنی

فلز پایه در این آلیاژها غیر از آهن است. برنج از مهمترین انواع آلیاژ غیرآهنی است.

 انواع آلیاژ آهنی :

تقسیم بندی‌های متفاوتی برای مهمترین آلیاژهای آهن صورت می‌گیرد که به چند مورد آن اشاره می‌کنیم.

سه دسته اصلی آلیاژهای آهنی عبارت‌اند از :

• آهن فرفوژه
• چدن
• فولاد

آهن فرفوژه :

تقریبا ساخته شده از آهن خالص است. این آهن در برابر زنگ‌زدگی مقاومت خوبی دارد چون درون آن سرباره وجود دارد. همچنین انعطاف پذیری بالا در هنگام گرم و سرد شدن از ویژگی‌های خوب این آهن است علاوه بر این جوش‌پذیری بسیار خوبی هم دارد که یکی از علل آن کربن بسیار پایین در ترکیب این آلیاژ است.

از این آهن در تولید مبلمان خانگی، زیور آلات، سیم خاردار، میخ و زنجیر استفاده می‌شود.

چدن :

از سه عنصر اصلی تشکیل شده است. آهن خام ذوب شده، کک و سنگ آهک. این مواد در یک کوره تولید می‌شوند و سپس در قالب قرار می‌گیرند.

چدن قابلیت، ماشین‌کاری، فرز کاری و لحیم کاری خوبی دارد و نقطه ضعف آن این است که باید قبل از جوشکاری گرم شود. چدن انواع مختلفی دارد چدن خاکستری، سفید یا چدن چکش‌خوار. اگر در چدن خاکستری خنک شدن با آرامی صورت گیرد، کربن به شکل تکه‌های کوچک گرافیت در سرتاسر فلز پخش خواهد شد. حال اگر در چدن خاکستری کربن به صورت کامل حل شود و ترکیب شود و فلز مذاب به‌سرعت سرد شود چدن سفید ایجاد می‌شود که فلزی سخت و درعین حال شکننده است. چدن چکش‌خوار نیز از حرارت دادن چدن سفید به دست می‌آید.   

فولاد :

فولاد از ترکیب آهن و کربن تشکیل می‌شود علاوه بر این دو، عناصر دیگری نیز در این آلیاژ استفاده می‌شوند که عبارت‌اند از:

• کروم : باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر خوردگی و ضربه می‌شود.
• نیکل : افزایش استحکام و شکل‌پذیری
• منگنز : مقاومت دربرابر سایش، نورد گرم و همچنین آهنگری آسان‌تر
• مولیبدن : افزایش سختی پذیری و بهبود خستگی
• تنگستن : حفظ سختی فولاد در دماهای بالا
• سیلیکون : افزایش سختی و مقاومت دربرابر خوردگی
• وانادیوم : کمک به کنترل اندازه دانه
• تیتانیوم و کلمبیوم : مقاومت در برابر خوردگی

 فولاد قابلیت ماشین‌کاری، جوشکاری و آهنگری دارد و براساس کربن موجود به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود که هرکدام ویژگی خاص خود را دارند.

فولاد کم کربن :‌ نرم و انعطاف‌پذیر است و به راحتی برشکاری و نورد می‌شود. استحکام کششی خوبی دارد اما دربرابر خوردگی ضعف دارد.

فولاد کربن متوسط : برای ماشین‌کاری و آهنگری قطعاتی که به سختی و استحکام سطحی نیاز دارند استفاده می‌شود. ممکن است عملیات حرارتی بر روی این فولاد پس از ساخت هم انجام شود. در حین جوشکاری آلیاژ مذکور ناحیه جوش در صورت سردشدن به سرعت سخت می‌شود.

فولاد پرکربن : به سختی جوش می‌خورد و به شکل ورقی، سیمی و میله‌ای ساخته می‌شود تا برای ماشین‌کاری قبل از عملیات حرارتی مناسب باشد. پس از ساخت برای مقاومت در برابر تنش برشی و سایش بالا عملیات حرارتی بر روی آن انجام می‌شود.

تقسیم‌بندی دیگری برای انواع آلیاژ آهن به شرح زیر است.

• فریت آلفا : محلول جامد کربن در آهن آلفا، فریت نامیده می‌شود. نوع پیوند در این ترکیب بین نشین است یعنی اتم‌های کربن بین زنجیره بلوری آهن قرار می‌گیرند. کربن به میزان کمی در فریت و در دمای 723 درجه حل می‌شود. هرچه دما کمتر شود حل شدن کربن کاهش می‌یابد.

• آستنیت :  محلول جامد کربن در آهن گاما را آستنیت می‌نامند. مشابه فریت آلفا، اتم‌های کربن به صورت بین‌نشین اما به میزان بیشتری در شبکه آهن حل می‌شوند بنابراین حلالیت کربن در آن خیلی بیشتر از فریت است.

• سمانتیت : ترکیب فلزی بین آهن و کربن است که ساختاری شکننده دارد و 5 نوع سمنتیت وجود دارند که عبارت‌اند از: سمنتیت اولیه، یوتکتیکی، ثانویه، یوتکتوئیدی، ثالیه.

این 5 نوع از نظر ساختار کریستالی، درصد کربن، نقطه ذوب و خواص فیزیکی و مکانیکی مشابه هستند و تنها تفاوت آنها در مرجع‌شان است.

• فریت دلتا : محلول جامد کربن در آهن دلتا را فریت دلتا می‌نامند.

• لدبوریت : مخلوط یوتکتیکی از آستنیت و سمانتیت را لدبوریت می‌نامند. مهم است بدانید که آستنیت در دمای محیط پایدار نیست.

• پرلیت : از واکنش یوتکتوئیدی فریت و سمانتیت به دست می‌آید.

0.01 درصد از کربن حل شده در آهن تشکیل محلول جامدی به نام فریت را می‌دهد. اگر این مقدار به 6.67 درصد برسد ماده حاصله سمنتیت است. این دو مهمترین آلیاژهای آهن با عناصر آهن و کربن هستند و هرچه مقدار کربن بیشتر باشد سمنتیت بیشتری تولید می‌شود و در نتیجه آلیاژ سخت‌تر و شکننده‌تری ایجاد می‌شود.

استفاده گسترده از مهمترین آلیاژهای آهنی به این دلیل است که :

• ترکیبات دارای آهن در پوسته زمین به وفور یافت می‌شود.
• تولید آنها اقتصادی است.
• آلیاژهای آهنی متنوع هستند و خواص منحصر‌به‌فردی دارند.

یکی از بزرگترین عیوب آلیاژهای آهنی ضعف در برابر خوردگی است. البته افزودن کروم به فولاد مقاومت آن دربرابر خوردگی را افزایش می‌دهد و فولاد ضدزنگ ایجاد می‌کند.

تاثیر آلیاژ چیست ؟

آلیاژها که از ترکیب یک فلز و سایر عناصر ساخته می‌شوند باعث بهبود خواص فلز پایه می‌شوند. مهمترین آلیاژهای آهن هم به همین ترتیب متاثر از عناصر تشکیل‌دهنده خود خواص منحصر به فردی دارند. انواع آلیاژ آهنی در این مقاله معرفی شد که آشنایی با آنها می‌تواند درک بهتری از این ترکیب جذاب به شما بدهد.

روش استخراج آهن :

آهن یکی از فراوان‌ترین عناصر پوسته زمین است که برای استفاده از آن باید مراحل متعددی طی شود. از اکتشاف تا تولید آهن خالص. این مراحل مورد بررسی قرار خواهدگرفت و روش استخراج آهن نیز تشریح می‌شود.

آهن چیست؟

اطراف ما پر است از وسایلی که از آهن تولید شده است. این فلز یکی از پرمصرف‌ترین‌ها در صنایع مختلف مثل صنعت ساختمان، صنعت خودروسازی، الکترونیک و مواردی از این دست است.

 آهن نام عنصری است که با نماد Fe در جدول مندلیف شناخته می‌شود. این عنصر به صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود بلکه به صورت سنگ‌آهن موجود است و طی فرآیندهایی ابتدا استخراج و سپس به آلیاژهای مختلف تبدیل می‌شود که مهترین آن فولاد است.

عیار پارامتر مهم دیگری است که باید آن را شناخت زیرا معیاری برای تشخیص ارزشمند بودن سنگ‌آهن است. عیار آهن درصد آهن خالص موجود در سنگ‌آهن است. سنگ‌آهن در طبیعت به پنج نوع مختلف تقسیم می‌شود. هماتیت، مگنتیت، لیمونیت، گوتیت و سیدریت. هماتیت و مگنیتیت دارای 70٪ آهن هستند و از بین انواع نام برده به دلیل درصد بالاتر آهن اهمیت بیشتری دارند. روش استخراج آهن در ادامه بررسی خواهد شد.

آهن؛ از اکتشاف تا ذوب

اکتشاف : مکان‌هایی که احتمال وجود سنگ‌آهن در آنها هست(معدن) شناسایی می‌شوند.

استخراج : 2 روش استخراج آهن وجود دارد و با تجهیزات مخصوص، سنگ آهن از زمین بیرون می‌آید.

فرآوری : با انجام چندمرحله مواد باارزش و بی‌ارزش تفکیک می‌شوند.

ذوب : مواد فرآوری شده، ذوب و به آهن خالص تبدیل می‌شوند

معدن آهن :

معدن آهن که به آن کانسار هم می‌گویند محلی با مقدار قابل توجهی آهن است. ذخیره معدن هم مقدار سنگ‌آهن قابل استخراج است که برای کشور ایران مقدار آن 3میلیارد تن است این مقدار کشورمان را در میان 10 کشور برتر جهان از نظر ذخایر آهن قرار داده است. سنگ‌آهن موجود در کانسار باید عیار قابل‌قبولی داشته باشد تا استخراج آن صرفه اقتصادی داشته باشد. عیار خوب و اقتصادی 70٪ است و اگر عیار کمتر از 60٪ باشد مناسب نیست.

معدن آهن یا در عمق 1000 متری زمین است یا 2000 متری و این عامل به همراه شکل معدن، تجهیزات موجود و عیار سنگ‌آهن که پیشتر به آن اشاره شد بر نحوه استخراج معدن تاثیر می‌گذارند.

 اکتشاف آهن :

یافتن مکانی که معدن آهن در آنجا قرار دارد تعریف ساده اکتشاف است. اکتشاف خود مراحل مختلفی دارد از پی‌جویی مقدماتی تا اکتشاف نهایی. علاوه بر اینکه مقدار ذخیره معدن مهم است. آهن موجود در کانسار هم باید عیار مناسبی داشته باشد. روش‌های مختلف اکتشاف آهن عبارتند از:

• برداشت زمین شناسی
• ژئوشیمی
• بیوشیمی
• عکس برداری هوایی
• برداشت الکتریکی
• برداشت ژئوفیزیک
• حفر گمانه

برای مثال برداشت زمین شناسی در مرحله پی جویی انجام می‌شود و زمین شناسان با بررسی نواحی مستعد در این مرحله آثار وجود کانسار را بررسی می‌کنند و در صورت تایید مرحله بعدی انجام می‌شود.

مرحله بعدی اکتشاف هم با توجه به خواص سنگ‌های کشف شده تعیین می‌شود و درنهایت هم برای اطمینان کامل از عیار آهن و ذخیره سنگ آهن، منطقه حفر می‌شود و نمونه‌های به دست آمده آزمایش می‌شوند.

2 روش استخراج آهن :

استخراج آهن با روش‌های مختلفی انجام می‌شود انتخاب هریک از روش‌ها به عمق سنگ آهن، مسائل اقتصادی و شکل کانسار بستگی دارد انواع روش‌های استخراج آهن عبارت‌اند از:

• استخراج روباز
• استخراج زیرزمینی

اکثر معادن دنیا با روش استخراج روباز مورد استفاده قرار می‌گیرند. کلیت مراحل استخراج آهن به شرح زیر است:

1. حفاری

چندین چاله با دستگاه حفاری و الگوی مشخص ایجاد می‌شود و درون این چاله‌ها ماده منفجره قرار می‌گیرد.

2. انفجار

برای خردکردن سنگ‌ها این کار را انجام می‌دهند که توسط ماده‌ای به نام سوخت آمونیوم نیترات یا آنفو انجام می‌شود. محل را از کارکنان و وسایل تخلیه می‌کنند و آنها را در مکان امنی اسکان می‌دهند سپس انفجار انجام می‌شود.

3. بارگیری

از تجهیزات خاصی برای این کار استفاده می‌شود که معمولا شاول و کامیون است. شاول که ظرفیت‌های مختلفی دارد مواد خرد شده را از روی زمین جمع می‌کند و درون کامیون می‌ریزد.

4. باربری

آخرین مرحله استخراج، باربری مواد است در این مرحله دامپتراک که مشابه کامیون است. مواد را با توجه به نوع آن به محل فرآوری یا دپو منتقل می‌کند. اگر ماده مورد نظر معدنی باشد به محل فرآوری رفته و اگر باطله باشد به محل دپو می‌رود.

استخراج روباز :

هنگامی که کانسار آهن توده‌ای شکل و به سطح زمین نزدیک است از روش‌های روباز به منظور استخراج آهن استفاده می‌شود.

در این روش استخراج آهن ابتدا موادی که بالای کانسار هستند توسط ماده منفجره خرد می‌شوند و سپس به محل دیگری منتقل می‌شوند و بعد از رسیدن به ماده معدنی اصلی عملیات حفاری، انفجار، بارگیری و باربری سنگ‌آهن بر حسب اینکه ماده به دست آمده معدنی یا باطله باشد به سمت محل دپو یا کارخانه فرآوری انجام می‌شود.

استخراج زیرزمینی:

 هنگامی که کانسار آهن در قسمت عمیق‌تری از زمین باشد یا استفاده از روش روباز هزینه بالایی داشته باشد استخراج آهن با این روش انجام می‌شود.

در این روش استخراج آهن ابتدا یک شفت یا چاه حفر می‌شود تا به تراز ماده معدنی برسد سپس حفر تونل انجام می‌شود و مراحل حفاری، انفجار، بارگیری و باربری صورت می‌گیرد.

فرآوری سنگ آهن استخراج شده :

در این مرحله مواد با ارزش و بی‌ارزش از هم تفکیک می‌شوند. این فرآیند هم روش‌های مختلفی برای انجام دارد اما روش کلی عبارت است از:

1. سرند کردن
2. خردایش
3. خوراک‌دهی
4. آسیاب کردن
5. جدایش ثقلی
6. جدایش مغناطیسی

سرند کردن :

این کار توسط دستگاه سرند ارتعاشی انجام می‌شود و مرحله بسیار مهمی است. قبل از خردایش سنگ‌ها، قطعات کوچک توسط سرند جدا می‌شوند این کار وزن موادی که در مرحله بعد روی سنگ‌شکن می‌روند را کاهش می‌دهد در نتیجه بهره‌وری بالاتر می‌رود زیرا هرچه قطعات ریز بیشتر باشند انرژی مصرفی افزایش پیدا می‌کند.

خردایش :

هدف خردایش و سپس دپو کردن مواد، بهبود فرآیند فرآوری و کاهش اتلاف وقت در مراحل بعدی است. بعد از سرند، قطعاتی که بزرگتر هستند به بخش سنگ‌شکن انتقال داده می‌شوند که انواع مختلفی دارند. سه نوع مورد استفاده در خردکردن سنگ‌آهن عبارت‌اند از: فکی، ژیراتوری و مخروطی.

خردایش به قدری ادامه پیدا می‌کند تا سنگ‌آهن به ابعاد موردنظر برسد سپس به محل دپو منتقل می‌شود.

خوراک‌دهی :

با انبارکردن مواد معدنی اگر دستگاه سنگ‌شکن نیاز به تعمیر داشته باشد فرآیند فرآوری متوقف نمی‌شود و علاوه‌بر این خوراک‌دهی به آسیاب هم به صورت مداوم انجام می‌شود. در نتیجه ثبات این فرآیند تضمین می‌شود.

آسیاب کردن :

در این مرحله ماده معدنی برای مدت معین درون آسیاب قرار می‌گیرد که مدت به سختی مواد، سرعت آسیاب، اندازه خوراک و اندازه نهایی موردنظر بستگی دارد. مواد خروجی از آسیاب توسط سیکلون یا صفحه لرزان تقسیم‌بندی می‌شوند. به این ترتیب ذرات بزرگ به مراحل قبلی و ذرات کوچک به مرحله بعد انتقال می‌یابند.

جدایش ثقلی:

این فرآیند توسط مارپیچ‌های مخصوص و آب صورت می‌گیرد و در طی آن ذرات سنگین و سبک آهن توسط نیروی گریز از مرکز از هم جدا می‌شوند. مخزنی در انتهای مارپیچ وجود دارد که مواد معدنی را در خود جمع می‌کند و همچنین مواد سبک را از فرآیند خارج می‌کند. به ماده جمع شده در مخزن کنستانتره می‌گویند این مرحله بسته به اینکه چه میزان جدایش نیاز است تکرار می‌شود.

جدایش مغناطیسی:

برای افزایش عیار سنگ‌آهن مواد جمع‌شده در مرحله قبل مستقیم وارد جدایش مغناطیسی می‌شوند چون کنستانتره به دست آمده از جدایش ثقلی از مقدار کمی سنگ آهن تشکیل شده است.

طبلک‌های مغناطیسی موجود در این فرآیند مواد مغناطیسی را به خود جذب می‌کنند و همچنین مواد سبک جداشده در مرحله قبل درون کوره پخته می‌شوند تا آهن موجود در آنها جدا شود.

در انتهای فرآیند فرآوری، گندله سنگ آهن حاصل می‌شود که طی مراحلی آن هم تبدیل به آهن اسفنجی می‌شود. گندله‌ها به کارخانه ذوب آهن منتقل می‌شوند تا آهن خالص تولید شود.

معادن استخراج آهن :

2٪ از کل منابع آهن جهان در اختیار ایران است که در نقاط مختلفی شناسایی شده‌اند. معدن چغارت بافق یزد مهمترین معدن سنگ‌آهن در ایران به شمار می‌رود و یک سوم ذخایر سنگ‌آهن در کل کشور را داراست که کارخانه ذوب‌آهن اصفهان را هنگام تاسیس تغذیه می‌کرد.

معدن سنگ‌آهن چادرملو بزرگ‌ترین تولید‌کننده کنستانتره سنگ‌آهن است که در کویر مرکزی واقع شده است. موجودی ذخایر این معدن 320 تن است که انتظار می‌رود تا 10سال آینده به پایان برسد.

معدن سنگ‌آهن گل و گهر سیرجان بزرگترین معدن شناخته شده سنگ‌ٱهن خاورمیانه است که 1میلیارد تن ذخیره احتمالی و 219 میلیون تن ذخیره قطعی دارد. این معدن تولیداتی به صورت گندله، کنستانتره و سنگ دانه‌بندی شده دارد.

معدن سنگ‌آهن سنگان در نزدیکی مشهد است که 600 سال پیش با عنوان معادن سنگ‌آهن خواف معرفی شد. میزان ذخیره این معدن 2.1 میلیارد تن برآورد شده است.

آهن و روش استخراج آن:

آهن یکی از پرکاربردترین فلزات در جهان است که دنیای پیرامون ما را به شکل امروزی درآورده است. روش استخراج آهن شامل مراحل گوناگونی است که به آنها اشاره شد اما قبل از استخراج باید اکتشاف به درستی صورت گیرد تا اطمینان حاصل شود که استخراج معدن مذکور صرفه اقتصادی دارد یا خیر. بعد از استخراج نیز فرآوری و ذوب آهن انجام می‌شود تا آهن خالص به دست آید..

آهن فلزی است که از هزاران سال پیش مورد استفاده بشر بوده است. اما این فلز ارزشمند و حیاتی به صورت خام در طبیعت یافت نمی‌شود و نیاز است مجموعه‌ای از عملیات و فرآیندها روی آن صورت گیرد تا به حالت قابل استفاده در صنعت تبدیل شود.

برای انجام این کار دو روش تولید آهن مرسوم در تمام دنیا وجود دارد که هرکدام شامل گام‌های متعدد و پیچیده‌ای هستند. سعی شده این گامها و این فرآیندها به سادگی در این مقاله تشریح شوند همچنین فولاد، آهن و چدن با یکدیگر تفاوت‌هایی دارند که مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

آهن چیست؟

آهن و فولاد از مهمترین فلزات در صنایع مختلف هستند و بدون آنها حیات بسیاری از کارها و صنایع به پایان خواهد رسید. صنعت ساختمان، صنعت کشاورزی، خودروسازی و سایر صنایع از این دست وابسته به آهن هستند اما آهن چیست؟

استفاده از آهن قدمتی دیرینه دارد. مصریان چند هزار سال پیش برای ساخت سلاح و ادوات از آهن استفاده می‌کردند. آهن پس از آلومینیوم فراوان‌ترین عنصر پوسته زمین است. نماد آن Fe و عدد اتمی آن 26 است. این عنصر با آب و هوا واکنش می‌دهد و تشکیل اکسید می‌دهد و همین موضوع باعث شده که آهن به صورت خالص در طبیعت موجود نباشد و بیشتر به شکل سنگ آهن در طبیعت یافت شود.

مراحل تولید آهن :

سنگ آهن در انواع مختلفی در طبیعت وجود دارد که عبارت‌اند از: هماتیت، گوتیت، لیمونیت، مگنتیت و سایرین. هر کدام از این انواع، فرآیند استخراج خاصی دارند که بسیار پیچیده و تخصصی است به علاوه فرآیند تولید آهن هم بسیار پیچیده است و توسط کارخانه‌هایی با دستگاه‌های عظیم انجام می‌شود.

اکثر کشورهای برتر تولید کننده فولاد از 2 روش اصلی برای تولید استفاده می‌کنند که عبارتند از :

• کوره قوس الکتریکی یا احیای مستقیم (EAF)
• کوره بلند یا کنورتور (OBC)

چین به عنوان بزرگترین تولید‌کننده فولاد در جهان 88٪ تولید خود را با روش کوره بلند انجام می‌دهد و کشورمان ایران که دهمین تولید‌کننده برتر جهان است بیش از 90٪ تولید خود را با روش کوره قوس الکتریکی انجام می‌دهد به طور مثل در کارخانه ذوب آهن اصفهان از روش کوره بلند و در کارخانه‌های فولاد اهواز و مبارکه اصفهان از روش احیای مستقیم استفاده می‌شود.

روش تولید آهن توسط کوره قوس الکتریکی یا احیای مستقیم :

جدیدتر از روش کوره بلند است، بسیار کارآمد و همچنین مقرون به صرفه است و پایه این روش تولید آهن، استفاده از آهن اسفنجی و قراضه آهن است.

سنگ آهن و زغال در طی فرآیند احیای مستقیم به صورت آهن اسفنجی درمی‌آیند. آهن اسفنجی دارای ساختاری اسفنج مانند(متخلخل) است و بالای 92٪ آهن دارد. در روش احیای مستقیم سنگ معدن را به گندله تبدیل می‌کنند و سپس گندله‌های ریز را از آن جدا می‌کنند تا باقی‌مانده را به کوره انتقال دهند. در مرحله بعد بدون تغییر حالت جامد، اکسیژن اکسید آهن را از گندله جدا می‌کنند و بعد آهن اسفنجی را با قراضه آهن وارد کوره قوس الکتریکی می‌کنند.

به طور کل در طی این مراحل، آهن اسفنجی به همراه آهک و کک وارد کوره قوس الکتریکی می‌شود ناخالصی‌های آهن اسفنجی از فولاد مذاب جداسازی می‌شود و فولاد در کوره باقی می‌ماند. فولاد باقی مانده نیز به روش‌های گوناگون به واحد ریخته‌گری ارسال و سپس نورد می‌شود تا محصول نهایی تولید شود.

شاید فکر کنید کک چیست؟ کک ماده‌ای جامد، پرکربن و جایگزین زغال است که نقش تامین انرژی، احیا آهن و ایجاد تخلخل برای عبور گازهای احیاکننده را دارد.

روش تولید آهن توسط کوره بلند :

روش تولید آهن در اکثر کشورهای مختلف تولید کننده فولاد به این صورت است که سنگ آهن، آهک و کک وارد کوره می‌شوند. کک با دمش هوا و اکسیژن می‌سوزد و این کار گرمای لازم برای ذوب سنگ آهن را تامین می‌کند حین افزایش درجه حرارت منواکسید کربن آزاد شده و درنهایت فرآیند پایان می‌یابد. گام‌به‌گام این روش تولید آهن به شرح زیر است:

مرحله اول خردکردن است و قطعات بزرگ سنگ معدن به اندازه‌های کوچکتر شکسته می‌شوند. در مرحله بعد ناخالصی‌ها حذف می‌شوند. این کار با دو روش مغناطیسی و الکتریکی انجام می‌شود که منجر به افزایش غلطت آهن می‌شود. ناخالصی‌های شیمیایی هم طی فرآیندی که به آن کلسینه می‌گویند حذف می‌شوند معمولا بهترین مقاطع فولادی آنهایی هستند که فاقد ناخالصی هستند.

پس از حذف ناخالصی‌ها، سنگ آهن، آهک و کک در واحدهایی به نام زینترینگ فشرده‌سازی و جامد می‌شوند.

و در مرحله بعد این مواد به کوره منتقل می‌شوند. کوره‌های مورد استفاده بسیار بلند هستند و گاهی 60 متر ارتفاع دارند که با سنگ‌های مقاوم دربرابر حرارت پوشیده شده‌اند. چندین واکنش شیمیایی مختلف به طور همزمان در کوره انجام می‌شود. از قسمت بالای کوره، سنگ آهن، آهک و کک را که گدازآور یا بار کوره است وارد می‌کنند. مواد گدازآور با توجه به ترکیب مواد بار کوره به دو صورت اسیدی و بازی هستند. اگر سنگ آهن بازی باشد ماده کداز آور اسیدی است و اگر سنگ آهن اسیدی باشد ماده کدازآور بازی است. دو کار توسط این مواد انجام می‌شود:

• ذوب کردن ناخالصی‌های موجود در سنگ آهن که نقطه ذوبشان از درجه حرارت کوره بالاتر است.

• هنگام احیای سنگ آهن برخی عناصر دیگر هم احیا می‌شوند که یا با آهن ترکیب یا در آن حل می‌شوند و نمی‌توان آنها را جدا کرد. موارد گداز آور قبل از اینکه این مواد با آهن ترکیب شوند با آنها ترکیب می‌شوند.

در مرحله بعد، از پایین کوره هوای گرم(که گاهی با اکسیژن تقویت می‌شود)، با شدت بالا دمیده می‌شود. برای به دست آوردن یک تن آهن خام، حدود 6تن هوا لازم است! این هوای گرم وقتی با کک ترکیب می‌شود مقدار قابل ملاحظه‌ای گرما تولید می‌کند.

دی‌اکسید کربن افزایش پیدا می‌کند با کک واکنش می‌دهد و حاصل این واکنش مونواکسید کربن است. مونواکسید کربن، اکسیژن را از اکسید آهن می‌گیرد و تشکیل آهن و دی‌اکسید کربن می‌دهد. درنهایت آهن به سمت انتهای پایینی کوره می‌رود و از آنجا خارج می‌شود به این آهن، چدن می‌گویند چون شکننده است و حاوی 2 تا 5 درصد کربن و سایر ناخالصی‌ها است. این چدن در قالب ریخته می‌شود که از آن بیشتر برای ساخت فولاد استفاده می‌کنند چون فولاد قوی‌تر و مفیدتر از آهن است.

سنگ آهک که به زدودن ناخالصی‌ها کمک می‌کند با آنها واکنش داده و حاصلش خاکستر و سرباره می‌شود. در واقع  سرباره، ماده مذابی است که بر اثر واکنش با مواد گدازآور، سنگ آهن، سوخت و ناخالصی‌های فلز به‌وجود می‌آید. سرباره فلز را از اکسید شدن به وسیله هوای ورودی محافظت می‌کند. سرباره هم به سمت انتهای پایینی کوره می‌رود اما چون وزن مخصوص آن با آهن متفاوت است و همچنین با آهن ترکیب نمی‌شود در لایه‌ای بالاتر از آن قرار می‌گیرد و به مرور از کوره تخلیه می‌شود. از سرباره می‌توان در ساخت جاده‌ها استفاده کرد. گازهای دی‌اکسید کربن و نیتروژن هم از بالای برج به عنوان گازهای خروجی خارج می‌شوند و خود کوره هم روزی 10 تا 20 بار تمیز می‌شود تا آهن و سرباره آن کاملا خارج شوند.

فرآیند تولید آهن آلات :

آهن و فولاد که حیات ما به شکل امروزی، وابسته به آنهاست از دیرباز مورد استفاده بشر بوده‌اند. کشورهای مختلفی تولیدکنندگان فولاد در جهان هستند که اکثر آنها از دو روش تولید آهن 1- کوره قوس الکتریکی یا احیا مستقیم و 2- کوره بلند یا کنورتور برای تولید آهن استفاده می‌کنند. فرآیند تولید آهن آلات پیچیده است اما مراحل هر دو روش به سادگی بیان شد تا بیشتر با این صنعت بزرگ آشنا شوید.

قیمت تمام شده آهن آلات فقط شامل قطعات فولادی نیست! هزینه حمل و نقل نیز به عهده خریدار است. این هزینه متاثر از عوامل مختلفی است. از نوع بار و مسافت تا نوع وسیله حمل و نقل و سایر عوامل. مواردی که هزینه حمل و نقل را تحت تاثیر قرار می‌دهند، انواع روش باربری آهن آلات و وسابل نقلیه مورد استفاده در ادامه بررسی می‌شود.

نکات مهم در حمل و نقل آهن آلات :

هنگام باربری آهن آلات باید موارد مختلفی را رعایت کنیم. برخی از نکات قبل و حین بارگیری و برخی بعد از آن مهم هستند. یکی از مهمترین این موارد مهار آهن است. با هر وسیله‌ای که باربری انجام می‌شود باید مهار قطعه آهنی به درستی انجام بگیرد در غیر اینصورت امکان بروز حوادث و خسارات مالی و جانی وجود دارد. این کار به 2 صورت انجام می‌شود.

• استفاده از طناب

طناب یک وسیله مناسب برای این کار است اما باید دقت کنید که دارای پوسیدگی، پارگی و گره نباشد در این غیر اینصورت مجاز به استفاده از آن نیستید چون توان تحمل وزن را ندارد و امکان گسستگی آن وجود دارد بنابراین از طنابی استفاده کنید که سالم، بدون پوسیدگی و دارای قطر مناسب باشد و باریک نباشد.

• استفاده از سیم بکسل

ابزار مهم دیگر برای مهار بار، سیم بکسل است که استحکام بیشتری از طناب دارد. چون از مفتول‌های بسیار محکم و قطور ساخته شده که مقاومت عالی دارد.

نکته مهم دیگر این است که باربری آهن آلات یک کار پرمخاطره است بنابراین نیاز به تجربه و دانش بالایی دارد پس مهم است باربری خود را به دست افراد یا شرکت‌هایی بسپارید که تخصص کافی در این زمینه داشته باشند تا دچار خسارت مالی و جانی نشوید.

چه عواملی در باربری آهن آلات موثر است؟

عوامل گوناگونی در باربری آهن تاثیرگذارند که از قیمت تا روش باربری آهن آلات را تحت تاثیر قرار می‌دهند این عوامل عبارت‌اند از:

• نوع آهن آلات

تیرآهن، ورق، میلگرد، نبشی، ناودانی، لوله و ضایعات انواع مختلف آهن آلات هستند که توسط وسایل نقلیه حمل می‌شوند حمل هر کدام از این موارد شرایط خاص خود را دارد و با وسایل نقلیه مختلفی می‌توان آنها را حمل کرد.

• میزان و ابعاد بار

علاوه بر نوع بار، میزان بار هم روش باربری آهن آلات را تحت تاثیر قرار می‌دهد اینکه حجم و وزن بار چقدر باشد و همچنین ابعاد آن تعیین کننده روش باربری آهن است.

• میزان ظرفیت اسمی ماشین

برخی از وسایل نقلیه تا میزان معینی از وزن را می‌توانند حمل کنند و همچنین ابعاد برخی از قطعات مثل تیرآهن هم بزرگ است و نمی‌توان با هر وسیله‌ای آن را حمل کرد.

• مسافت جابجایی

بهتر است ابتدا کارخانه‌ها یا فروشندگان آهن آلات اطراف خود را بشناسید تا بتوانید از نزدیک‌ترین مکان محصولات مدنظر خود را بخرید. در هر صورت بدیهی است که مسافت بر هزینه تمام شده تاثیر می‌گذارد. علاوه ‌بر هزینه هنگامی که مسافت حمل طولانی باشد یا شرایط خاص جوی وجود داشته باشد لازم است قطعات فلزی به خوبی محصور شوند تا در مقابل باد و باران و مسائلی از این دست دچار صدمه نشوند.

• زمان

زمان عامل مهم دیگری است که باید مدنظر قرار داد. شاید لازم باشد برای تخلیه بار کارگران حضور داشته باشند بنابراین باید زمانی بار به مقصد برسد که کارگران در حال استراحت نباشند.

همچنین گاهی تخلیه بار با سر و صدا همراه است و می‌تواند برای همسایگان مزاحمت ایجاد کند پس لازم است هماهنگی‌ها به گونه‌ای صورت گیرد که تخلیه بار در ساعات استراحت همسایه‌ها نباشد. درنهایت برخی از انواع ماشین آلات در ساعات عادی اجازه تردد در معابر شهری را ندارند بنابراین باید تمهیدات لازم در این خصوص صورت گیرد تا حمل بار در زمان مناسب صورت گیرد.

مراحل حمل آهن آلات :

1. هماهنگی با مجموعه باربری
2. آزادکردن بار از انبار به وسیله حواله
3. بارگیری از انبار و صادر شدن برگه باسکول
4. تخلیه بار در مقصد و کنترل بار با بارنامه

روش‌های مختلف باربری آهن آلات :

پس از بررسی و درنظر گرفتن موارد ذکر شده باید مشخص شود حمل بار با چه روشی باید انجام شود انواع روش باربری آهن آلات به شرح زیر است.

• حمل و نقل جاده‌ای
• حمل و نقل ریلی
• حمل و نقل دریایی (کانتینری)
• حمل و نقل ترکیبی

حمل و نقل جاده‌ای :

یکی از مرسوم‌ترین روش‌ باربری آهن آلات است و طبق آمار 90٪ حمل و نقل توسط این روش انجام می‌شود. در این روش از انواع خودروها برای حمل بار استفاده می‌شود که عبارت‌اند از:

• خودروهای باربری بزرگ

برای حمل قطعات بزرگ و سنگین مثل تیرآهن، میلگرد، کویل ورق و مواردی از این دست مناسب هستند.

انواع تریلی که معمولا برای حمل و نقل آهن آلات در طول‌های بزرگ 6 و 12 متری و وزن بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل تریلی کفی و بغلدار هستند و انواع کامیون که تنها در مواقعی مورد استفاده قرار می‌گیرند که ابعاد و وزن قطعات متناسب با توان کامیون باشد.

برخی از این خودروهای دارای ممنوعیت تردد در شهر هستند و فقط ساعات خاصی می‌توانند تردد کنند لذا تمهیدات لازم را در روز باربری در نظر داشته باشید.

• خودروهای باربری کوچک

وانت، خاور و خودروهایی از این دست هستند که قطعات با ابعاد کوچکتر و سبک‌تر را می‌توانند حمل کنند و درعین‌حال اجازه تردد در شهر و خارج شهر را نیز دارند.

مزیت این نوع حمل و نقل این است که سرعت انتقال بار در آن بالاست و توسعه جاده‌ها در کشور بیشتر از سایر محور‌ها است و در نقطه مقابل نقطه ضعف این روش محدودیت در میزان حمل بار است.

حمل و نقل ریلی :

این روش 10٪ درصد از باربری را در کشور ما به خود اختصاص داده است چون توسعه حمل و نقل ریلی به اندازه جاده‌ای نیست.

از مزایای این روش می‌توان به کاهش هزینه‌ها، کاهش آلودگی هوا، سرعت خوب، بارگیری و تخلیه ساده، کاهش مصرف سوخت، کاهش توقف در مسیر و کاهش خسارت‌های مالی اشاره کرد.

حمل و نقل دریایی (کانتینری) :

در این روش حمل بار توسط کشتی در بستر دریا انجام می‌شود و بیشتر برای حمل و نقل بین‌المللی و ارسال بار به نقاط مختلف دنیا از این روش استفاد می‌شود. دو نوع متعارف کانتینر که در این روش از آنها استفاده می‌شود کانتینر‌های 20 فوتی با طول 6 متر و کانتینر‌های 40 فوتی با طول 12 متر هستند.

از مزایای این روش می‌توان به انتقال حجم بالا از کالا در یک کانتینر، کاهش ترافیک جاده‌ها، وجود ایمنی برای بار، بارگیری و تخلیه بار ساده، سهولت در چیدمان و استفاده بهینه از فضا، کاهش امور گمرکی، جلوگیری از سرقت، صرفه‌جویی در هزینه بسته‌بندی و انبارداری، کاهش هزینه‌ها و کوتاه بودن زمان حمل اشاره کرد. این روش دارای سرمایه‌گذاری بالایی است و همچنین به قوانین بین‌الملل وابسته است.

حمل و نقل ترکیبی :

همانطور که از نامش مشخص است این روش ترکیبی از چند روش است. بیشتر برای ترکیب حمل و نقل جاده‌ای و ریلی استفاده می‌شود و مزایای هر دو روش را باهم دارد.

این روش با تغییر ساختار وسایل نقلیه و نوع بسته‌بندی کالاها، هزینه و زمان سفر را کاهش می‌دهد و ایمنی و راحتی در حمل و نقل را فراهم می‌کند.

هزینه حمل و نقل آهن آلات :

تعرفه حمل و نقل آهن آلات با توجه به مواردی که تا به اینجا ذکر شد متغییر است و روش‌های مختلفی برای محاسبه آن وجود دارد بنابراین نمی‌توان یک تعرفه ثابت و مشخص اعلام کرد. برای مثال حمل و نقل درون شهر، ارزانتر از حمل و نقل برون شهری است.

ساده‌ترین روش برای محاسبه هزینه حمل این است که به یک شرکت باربری متخصص و با تجربه مراجعه کنید و تعرفه را سوال کنید. روش به‌روز‌تری هم وجود دارد که استفاده از سایت‌ها و اپلیکیشن‌های مربوط به باربری است. همانطور که گفته شده عوامل مختلف بر هزینه حمل بار موثر است اما در میان روش باربری آهن آلات معمولا حمل و نقل جاده‌ای از همه ارزان‌تر و به‌صرفه‌تر است.

روش حمل و نقل آهن آلات :

باربری آهن آلات متاثر از عوامل مختلفی است که به آنها اشاره شد. هرکدام از این روش‌ها مزایا و معایبی دارند. هزینه نهایی خرید آهن آلات فقط شامل قطعات فولادی نیست و اگر قصد خرید دارید باید هزینه باربری را هم بپردازید که با توجه به روش باربری آهن آلات متفاوت می‌شود.

حتما باربری را به یک شرکت باتجربه و متخصص بسپارید تا بار شما با رعایت اصول حمل شود و متحمل خسارت نشوید.

اطراف ما پر است از وسایل آهنی. قطعات آهنی انواع مختلفی دارند از تیرآهن و میلگرد تا ورق و لوله از پیچ و سیم تا بدنه خودرو! بسیاری از این قطعات نیاز دارند برش بخورند تا بتوان از آنها استفاده کرد.

نحوه برش آهن آلات مختلف، ابزار و تجهیزات لازم و همچنین روش‌های برشکاری با هم متفاوت است و هرکدام مزایا و معایب خود را دارد به علاوه باید نکات ایمنی هنگام برش آهن آلات رعایت شود.

برشکاری انواع آهن آلات :  

هر کدام از روش‌ها و تجهیزات برش آهن آلات ویژگی‌هایی دارند اما به طور کلی می‌توان این روش‌ها را به دو دسته تقسیم کرد.

• برشکاری گرم

در این روش از تجهیزاتی استفاده می‌شود که باعث بالا رفتن دمای فلز تا دمای ذوب می‌شود و به این طریق برش اتفاق می‌افتد.

• برشکاری سرد

برشکاری در شرایطی که دمای فلز در تعادل با محیط پیرامونش باشد را برشکاری سرد می‌گویند.

هرکدام ازین دو روش برش آهن آلات، مزایا و معایبی دارند که به آنها اشاره می‌کنیم.

مزایای برشکاری گرم :

• سرعت بالا وقتی حجم کار زیاد(انبوه) است
• کم بودن ضایعات

ضایعات روش برشکاری سرد بسیار بیشتر از این روش است.

• مکانیزه کردن برشکاری

می‌توان دستگاه‌های برش گرم را توسط رایانه برنامه‌ریزی کرد و آنها برش آهن آلات را در حجم انبوه انجام ‌می‌دهند. برای دیدن قیمت آهن مشهد کلیک کنید.

معایب برشکاری گرم :

• تغییر ساختار فلز در محل برش

بالا رفتن دمای فلز هنگام برشکاری گرم باعث تغییر خواص فلز مخصوصا در محل برش می‌شود.

• تولید گازهای سمی

وجود شعله و حرارت باعث می‌شود فلز، گازهای سمی متصاعد کند.

• ایمنی پایین

مزایای برشکاری سرد :

• حفظ خواص فلز

چون دمای فلز در این حالت افزایش ندارد بنابراین در خواص آن تغییر خاصی ایجاد نمی‌شود.

• انعطاف برشکاری

تجهیزات رایج در برشکاری سرد مثل گیوتین، قیچی و مواردی ازین دست این امکان را می‌دهند که آهن را به شکل دلخواه برشکاری کرد.

• سرعت بالا
• پرتی پایین
• ایجاد نشدن گازهای سمی

چون شعله و حرارتی وجود ندارد پس گازی هم متصاعد نخواهد شد.

معایب برشکاری سرد :

• هزینه موارد مصرفی بالا

صفحه فرز، دیسک‌های مدور و موارد مصرفی ازین دست که در برشکاری سرد مورد استفاده قرار می‌گیرند به سرعت مصرف می‌شوند و نیاز به جایگزینی دارند.

• محدودیت مکان ابزار برشکاری

به طور مثال برخی از انواع گیوتین سنگین و دارای ابعاد بزرگ هستند بنابراین امکان جابجایی آنها به راحتی وجود ندارد.

قبل از برش آهن آلات :

اول ایمنی بعد کار! لازم است قبل از شروع برشکاری باتوجه به روش مدنظر خود و تجهیزات مورد استفاده نکات ایمنی را بدانید و مهتر از آن رعایت کنید. چون هنگام برشکاری تراشه‌های آهن که تیز یا داغ هستند به اطراف پرتاب می‌شوند و می‌توانند باعث آسیب یا خسارت شوند.

• قبل از استفاده از هر دستگاهی برای برش، نکات ایمنی و دستورالعمل استفاده از آن را بخوانید.
• از عینک ایمنی، حفاظ صورت و گوش‌ها استفاده کنید.
• هنگام کار با آهن آلاتی که دارای لبه تیز هستند دستکش بپوشید.
• قسمت‌هایی از بدن که در معرض خطر قرار دارند را با دستکش یا لباس آستین‌بلند و شلوار بپوشانید.
• قبل از برش زدن آهن قطعه را تمیز کنید
• قبل از دست زدن به قطعه‌‌‌ی برش خورده، مطمئن شوید که خنک شده است.
• به افرادی که پوشش مناسب و حفاظ ندارند اجازه ندهید هنگام برشکاری در کنار شما بایستند.

از چه روش و تجهیزاتی برای برشکاری استفاده کنیم؟

چند عامل در انتخاب روش و تجهیزات مناسب تاثیرگذار است که این عوامل به شرح زیراند:

• نوع قطعه‌ای که میخواهیم برشکاری را روی آن انجام دهیم (ورق یا تیرآهن!)
• ضخامت قطعه
• سرعت برشکاری
• هزینه تمام شده
• کیفیت و دقت برش

با در نظر داشتن این موارد می‌توانید روش مناسب برای برشکاری قطعه آهنی مورد نظر خود را انتخاب کنید.

انواع روش‌ برش آهن آلات :

2. قیچی

یک روش ساده و در عین حال مرسوم برای برش آهن این روش است که بیشتر مناسب ورق‌های فولادی است چون ضخامت کمی دارند و امکان ایجاد برش با قیچی وجود دارد. انواع قیچی عبارتند از: سوراخ‌بر، طویل‌بر، زاویه‌بر و لوله‌بر.

2. کاتر یا تیغه آهنی

بیشتر برای برش ورق‌هایی با ضخامت پایین مناسب است. برای استفاده از آن ابتدا یک گیره را در امتداد جهت برش قرار می‌دهند و با نوک تیغه یک خط می‌کشند. از محلی که خط کشیده شد چندین بار ورق را تا می‌کنند و سپس ورق به راحتی برشکاری می‌شود البته برش با این روش به قدرت دست برشکار آن هم بستگی زیادی دارد. برش داکت‌های فلزی و برشکاری‌های تزئینی از کاربردهای کاتر یا تیغه آهنی است.

3. گیوتین

مشابه قیچی است اما تکیه‌گاه آن معمولا با الکتریسیته یا فشار هیدرولیکی کار می‌کند. قدرت گیوتین بسیار بالاست و به همین دلیل در اکثر کارگاه‌های آهنگری یک عدد از آن یافت می‌شود.

با گیوتین می‌توان ضخامت‌های متوسط را هم برش داد و معمولا برش‌های طولی و عرضی را با آن انجام می‌دهند. گیوتین‌ها انواع مختلفی دارند:

• گیوتین دستی
• گیوتین ماشینی
• گیوتین اهرمی

4. دیسک‌های سایشی برنده

این دیسک‌ها در دستگاه برش آهن نصب می‌شوند قابلیت برش قطعات مختلف را دارند. مشکلی که برای استفاده ازین دیسک‌ها وجود دارد این است که به سرعت مصرف می‌شوند و قطر آنها کاهش پیدا می‌کند و اگر حجم برشکاری زیاد باشد باید مدام خریداری و جایگزین شوند. تیغه‌های الماسی چون دوام بیشتری دارند گزینه مناسب‌تری برای استفاده در این روش هستند.

5. اره مدور

این وسیله قدرت برش بسیار بالایی دارد و بسیار نرم و راحت آهن را برش می‌دهد. با این دستگاه می‌توان ورق تا ضخامت 96 میلیمتر را برش زد. برای اره مدور دو نوع تیغه وجود دارد.

• تیغه کاربیدی

گران‌تر و با دوام ‌تر است.

• تیغه دندانپزشکی

6. دیسک آسیابی

یکی از انواع آهن آلات، فولاد ضد زنگ است. برای برش این نوع فولاد با توجه به ابعاد قطعه از دیسک آسیابی استفاده می‌شود. اگر ابعاد قطعه کوچک باشد یک دستگاه چرخشی با دیسک سایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما اگر قطعه بزرگ باشد از یک دستگاه با دیسک سایشی که بر روی چرخ زاویه‌دار نصب شده استفاده می‌شود.

7. دستگاه فرز

از دستگا‌ه‌های سنتی و قدیمی برای برشکاری است و انواع قطعات را می‌توان با آن برش زد. فرزکاری دقت بالایی دارد و هم به صورت دستی انجام می‌شود و هم اتوماتیک.

8. لیزر

در این روش با متمرکز کردن پرتوی لیزر در یک منطقه باریک برش انجام می‌شود، بنابراین تماسی با ورق اتفاق نمی‌افتد و در نتیجه سایشی هم در کار نخواهد بود.

از این روش برای برشکاری ورق‌هایی با ضخامت 10 تا 25 میلیمتر استفاده می‌شود اما اگر ضخامت ورق زیاد باشد سرعت کار پایین می‌آید. روش به‌کارگیری ساده، دقت بالا، عدم ایجاد آلودگی صوتی و امکان برشکاری در اشکال مختلف از مزایای این روش است اما به طور کل روش مقرون‌به‌صرفه‌ای نیست.

9. واترجت

از فشار ترکیبی آب و سنگ‌های ساینده برای برشکاری با این روش استفاده می‌شود. کیفیت برش با این روش بیشتر از روش لیزری است.

10. هوابرش

دستگاه مورد استفاده در این روش برش آهن آلات دارای دو نازل است که از یکی سوخت و از دیگری اکسیژن خارج می‌شود و با ترکیب این دو، فلز برش می‌خورد. البته این روش بیشتر مناسب ورق‌های فولادی است و کیفیت بالایی هم دارد. ورق‌هایی با ضخامت 10 تا 2000 میلیمتر را می‌شود با این روش برش داد.

11. پلاسما

ورق‌های فولادی کم کربن معمولا با این روش برش می‌خورند روش کار برش پلاسما به این صورت است که گاز نجیب و هوای فشرده به دلیل ایجاد قوس الکتریکی گاز را به حالت پلاسما تغییر می‌دهند و برش آهن انجام می‌شود. برشکاری ورق‌هایی با ضخامت 1 تا 30 میلیمتر با این روش قابل انجام است.

12. دستگاه برش میلگرد

در واقع یک نوع قیچی مخصوص است که در اغلب کارگاه‌های ساختمانی وجود دارد و همانطور که از نام آن مشخص است برای برش انواع میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

13. گرد بر

گردبر که در دو نوع قیچی و دستگاه سنگ وجود دارد می‌تواند برش‌های دایره‌ای شکل بر روی انواع قطعات فولادی ایجاد کند.

14- برش CNC

این دستگاه برای برش انواع و اقسام محصولات فولادی کاربرد دارد و برش آهن آلات به وسیله این دستگاه با یکی از انواع روش‌های ذکر شده مثل پلاسما، لیزر و هوابرش انجام می‌شود.

15- اره برقی

برش آهن آلات با این روش، یکی از روش‌های قدیمی و سنتی است و با وجود تمام روش‌هایی که تا به حال ذکر شد همچنان این روش در کارگاه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چون قیمت این روش برشکاری به نسبت سایر روش‌ها پایین است استفاده از آن به صرفه و رایج است.

16- اره زاویه‌دار

اغلب برای فلزات غیرآهنی از این دستگاه استفاده می‌شود و می‌توان برش لوله و قطعاتی از این دست را به کمک این وسیله انجام داد. بهتر است موتور دستگاه هنگام کار با آن پوشانده شود تا تراشه‌های فلزی به آن آسیب نزنند.

بهترین روش برش آهن آلات :

بهینه‌ترین روش برش آهن آلات، بستگی به قطعه موردنظر، ضخامت آن، کیفیت مدنظر و هزینه‌ای که می‌خواهید پرداخت کنید دارد. بنابراین ابتدا این موارد را برای خود مشخص کنید و سپس از میان 16 روش مطرح شده در بالا بهترین روش را برای خود انتخاب کنید به این موضوع نیز توجه کنید که حتما موارد ایمنی را رعایت کرده تا دچار آسیب و خسارت نشوید.