فلزات آهنی

آهن و آلیاژهای آن مانند چدن و انواع فولاد جزو فلزات آهنی به‌شمار می‌روند. در حدود 90% از مصنوعات و قطعات ماشین‌آلات از فلزات آهنی است. از دلایل مصرف زیاد این فلزات در صنعت می‌توان استحکام زیاد و فراوانی سنگ آهن در طبیعت را نام برد. ایران یکی از کشورهایی است که از لحاظ سنگ معدن آهن بسیار غنی است. در صنعت از آهن خاصی استفاده نمی‌گردد زیرا آهن خالص بسیار نرم است چدن از ترکیب خالص باکربن (ذغال) سیلیسیم، فسفر ، منگنز گوگرد و انواع فولادها از ترکیب آهن خالص با کربن، نیکل ، کرم، کبالت تهیه می‌گردد.

ویژگی اساسی فلز آهن

1 – به فراوانی یافت می شود

اعتقاد بر این است که آهن دهمین عنصر فراوان جهان است. یکی از ویژگی‌‌های آهن این است که فراوان‌ترین (از نظر جرمی، 34.6٪) عنصر تشکیل دهنده زمین محسوب می‌شود. غلظت آهن در لایه‌‌های مختلف زمین از مقدار زیاد در هسته داخلی تا حدود 5٪ در پوسته‌ خارجی می‌باشد.

2 – هزینه استخراج کم نسبت به سایر فلزات

بیشترین مقدار آهن در اکسیدهای مختلف آن مانند مواد معدنی هماتیت، مگنتیت و تاکونیت یافت می‌‌شود. دانشمندان بر این باورند که هسته زمین تا حد زیادی از یک آلیاژ فلز آهن و نیکل تشکیل شده است و از طرفی آهن تقریباً برای موجودات زنده از ارگانیسم‌‌های کوچک گرفته تا انسان ضروری است. تولید آهن جدید در جهان به مقدار بیش از 500 میلیون تن در سال بوده و آهن بازیافت شده 300 میلیون تن دیگر به آن اضافه می‌‌کند

3 – کاربرد وسیع در ساخت آلیاژها

استفاده از این فلز معروف و ویژگی‌‌های آهن وسیع است، به ‌طوری ‌که بیشتر از 95٪ کل تناوب فلزی تولید شده در سراسر جهان کاربرد دارد. به لطف ترکیب هزینه کم و مقاومت بالایی که دارد کاربردهای آن از ظروف غذا گرفته تا اتومبیل‌‌های خانوادگی، از خردکن‌‌ها گرفته تا ماشین‌‌های لباسشویی، از کشتی‌‌های باری گرفته تا منگنه‌‌های کاغذی است. فولاد شناخته شده‌ترین آلیاژ آهن می‌باشد که به صورت انواع چدن، فولاد کربن، آهن فرفورژه، فولادهای آلیاژی، اکسیدهای آهن در صنعت موجود است.

4 – زنگ زدن سریع در حضور رطوبت

ویژگی‌‌های آهن بسیار بوده و یکی از آن ‌ها این است که آهن در هوای مرطوب زنگ می‌زند اما در هوای خشک اینگونه نیست و به راحتی در اسیدهای رقیق حل می‌شود. آهن از نظر شیمیایی فعال است و دو سری اصلی از ترکیبات شیمیایی، ترکیبات آهن دو ظرفیتی (II) یا آهنی و ترکیبات سه ظرفیتی آهن  (III) را تشکیل می‌دهد.

5 – محکم، سخت، پردوام و مقاوم است.

ویژگی‌‌های آهن باعث شده که این فلز بیشتر به عنوان فلزی شناخته می‌‌شود که به ما سلاح و ابزار می‌‌دهد و توانایی آن با استفاده از آلیاژها و عملیات حرارتی متناسب با هر کاربرد، آن را به فلز اصلی در فناوری تبدیل می‌کند. آهن متداول ‌ترین فلز در زندگی روزمره است که همیشه به شکل اشیای تولید شده رواج دارد و معمولاً با روکش محافظ پوشانده می‌‌شود. سازه‌‌های بتنی حاوی آهن است و ماشین‌‌های الکتریکی از جمله ترانسفورماتور به آهن بستگی دارند. اتومبیل‌‌ها عمدتاً آهنی هستند و بسیاری از وسایل آهنی با لایه‌  محافظی از جنس قلع پوشیده شده‌اند. اتصال دهنده‌‌ها مانند میخ و پیچ‌هایی که استفاده می ‌شوند، معمولاً از نوع آهنی هستند.

6 – قیمت مناسب نسبت به سایر فلزات

آهن یک ماده عالی و متنوع برای ساخت و ساز است که قوی و سخت بوده و به راحتی شکل گرفته و کار می‌کند و از همه مهم‌تر قیمت آهن ارزان است و در مقایسه با گزینه‌های دیگر در اولویت قرار دارد. آلومینیوم یک رقیب قدرتمند برای آهن است با این حال، قابلیت انعطاف ‌پذیری آلیاژهای آهن و کربن با هیچ ماده  دیگری قابل تطبیق نیست.

7 – بر اثر حرارت شعله سریع زنگ می زند

سطح آهن معمولاً در اثر خوردگی تغییر رنگ می ‌یابد، زیرا در حضور رطوبت به راحتی با اکسیژن هوا ترکیب می‌‌شود و از طرفی در هوای کاملاً خشک زنگ نمی‌‌زند. خوردگی آهن همواره یکی از مشکلات اساسی این صنعت می‌باشد. اکسیدی که از آهن تولید می‌شود، شکننده و نرم است و از فلز پایه هیچ محافظتی نمی‌کند و در نهایت زنگ می‌زند. این ماده همیشه از سنگ معدن حاصل می‌‌شود که معمولاً همان اکسیدها هستند و بعضاً کربناته و تا حد ممکن گوگرد و فسفر کمی نیز دارند. FeS2 ماده معدنی قابل قبولی نیست زیرا گوگرد یک ناخالصی مضر در آهن است و استخراج آن از درون آهن هزینه بردار است.

8 – بازیافت راحت و آسان فلز آهن

آهن در صنعت به راحتی بازیافت شده و یکی از دلایل پرطرفدار بودن این فلز نیز بازیافت راحت آن می‌باشد.

9 – قابلیت تبدیل شدن به آلیاژهای دیگر مانند فولاد و چدن

فولاد آلیاژی از فلز آهن و فلزات مختلف دیگر است که برای تقویت خواص آهن مانند مقاومت در برابر خوردگی، تحمل گرما و غیره استفاده می‌شود. تغییر نوع و مقدار عناصر آلیاژی می‌تواند انواع مختلفی از فولاد را ایجاد کند.

10- رسانای الکتریسیته است

یکی از خصوصیات بارز فلز آهن این است که به ‌شدت میدان مغناطیسی دارد. هر قطعه‌‌ای که از جنس آهن باشد، اگر در معرض میدان مغناطیسی قوی قرار بگیرد، خودش هم دارای میدان مغناطیسی می‌‌شود. دانشمندان بر این باورند که حدود 90٪ هسته زمین از فلز آهن تشکیل ‌شده است. نیروی مغناطیسی حاصل از این آهن همان چیزی است که قطب‌ های مغناطیسی شمال و جنوب را ایجاد می‌‌کند.