عناصر شیمیایی به طور گسترده به دو گروه فلزات و نافلزات طبقه بندی می‌گردند. فلزات نیز خود به دو گروه اصلی طبقه بندی می‌شوند:
- فلزات آهنی
- فلزات غیر آهنی
اصطلاح فرو از کلمه لاتین فروس به معنی حاوی آهن می‌آید. این فلزات معمولاً ماهیت مغناطیسی دارند و دارای استحکام کششی بالایی می‌باشند. آهن و فولاد در همه‌ی اشکال به عنوان فلزات آهنی در نظر گرفته می‌شوند، در حالی‌که فلزاتی که آهن در آن‌ها وجود ندارد، اصطلاحاً فلزات غیر آهنی نامیده می‌شود.
فلزات آهنی حاوی مقادیر کوچکی از عناصر دیگر مانند کربن و نیکل هستند که در نسبت‌های خاصی به منظور دستیابی به خواص مورد نظر به آن‌ها اضافه می‌گردند.
این فلزات تقریباً در هر جایی از برج ایفل گرفته تا دروازه‌های فلزی حک کاری شده موجود می‌باشند. تقریباً همه‌ی فلزات به طور گسترده در تولید محصولاتی مانند میله‌ها، قطعات ماشین، وسایل آشپزی، ابزار مکانیکی و غیره به کار گرفته می‌شوند.
فهرست فلزات آهنی
فولاد کربن
فولاد کربن یک آلیاژ آهنی با 05/0 تا 2 درصد کربن است و به دلیل استحکام کششی بالای آن شناخته شده می‌باشد. این آلیاژ با تیمار حرارتی سخت شده و نسبتاً چکش خوار می‌باشد. بسته به محتوای کربن، فولاد کربن به سه نوع گسترده طبقه بندی می‌گردد. همچنان که محتوای کربن افزایش می‌یابد، استحکام آن نیز افزایش یافته، اما انعطاف پذیری آن کاهش می‌یابد. با این‌حال، فولاد کربن به زنگ زدگی حساس می‌باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره فولاد کربنی به مقاله مقایسه فولاد کربنی با فولاد ضد زنگ مراجعه کنید.فولاد حاوی کربن پایین
این نوع فولاد به عنوان فولاد نرم نیز شناخته شده و متداول‌ترین فلز آهنی مورد استفاده می‌باشد.این آلیاژ حاوی حدود 05/0 تا 30/0 درصد کربن بوده و بقیه آن را آهن تشکیل می‌دهد.
چکش خوار و شکل‌پذیر است و به راحتی خم می‌شود.
این آلیاژ در تولید پیچ و مهره، تیرآهن و دیگر محصولات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فولاد حاوی کربن متوسط
این آلیاژ حاوی حدود 30/0 تا 60/0 درصد کربن می‌باشد.آلیاژی نسبتاً سخت‌تر و با چکش خواری کمتری نسبت به فولاد حاوی کربن پایین می‌باشد.
در تولید قطعات ماشین مانند چرخ، چرخ دنده و میل لنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فولاد حاوی کربن بالا
این نوع فولاد حاوی 60/0 تا 99/0 درصد کربن بوده و ممکن است حاوی مقادیر پایینی منگنز، سیلیکون و مس نیز باشد.قوی‌ترین و سخت‌ترین فولاد کربنی می‌باشد.
این فولاد به منظور ساخت تیغه‌ها، فنرها و سیم‌های با قدرت بالا استفاده می‌شود.
فولاد ابزار
این نوع فولاد به عنوان فولاد ابزار و فولاد ضد زنگ به ویژه برای ساخت قطعات ماشین، ابزارهای برش فلزات و رنگ‌ها شناخته می‌شود.حاوی 7/0 تا 5/1 درصد کربن و همچنین مولیبدن، تنگستن، وانادیم و فلزات دیگر نیز می‌باشد.
این فولاد برخلاف دیگر فولادهای کربن مقاوم به گرما، خوردگی و سایش می‌باشد.
فولاد ضد زنگ
به عنوان فولاد مقاوم به خوردگی نیز شناخته شده، آلیاژی از آهن، نیکل و کروم می‌باشد.ویژگی مهم فولاد ضد زنگ، مقاومت بالای آن به خوردگی به دلیل وجود کروم می‌باشد.
فولادی سفت و مقاوم به زنگ‌ها بوده و بنابراین فولاد ضد زنگ نامیده می‌شود.
این فولاد می‌تواند به آسانی بسته به نوع فولاد جوش خورده و شکل‌پذیر باشد.
معمولاً در ساخت ظروف آشپزخانه، ابزار پزشکی و لوله ها از آن استفاده می‌شود.
آهن ریخته‌ای
آلیاژی قوی اما شکننده بوده و دارای قدرت فشرده سازی بالایی می‌باشد.مقاوم به اکسیداسیون و خوردگی می‌باشد.
می‌تواند به انواع مختلفی مانند آهن ریخته‌ای خاکستری، آهن ریخته‌ای سفید، آهن ریخته‌ای انعطاف پذیر و آهن ریخته‌ای چکش خوار طبقه بندی شود.
آهن ورزیده
آهن ورزیده دارای محتوای کربن بسیار پایینی از 10/0 تا 25/0 درصد می‌باشد.قوی و سخت بوده، اما رشته‌ای و شکل‌پذیر نیز می‌باشد.
این نوع آهن به صورت تجاری در حال حاضر تولید نمی‌شود و فولاد نرم جایگزین آن شده است.
به منظور ساخت دریچه‌های تزئینی، تجهیزات کشاورزی و باغی، نرده‌ها، میخ‌ها، سیم‌ها و غیره استفاده می‌شود.
مشخصات فلز
چکش خوار و شکل پذیر می‌باشد.دارای استحکام کششی بالا می‌باشد.
رسانای خوب گرما و الکترسیته می‌باشد.
دارای ظاهری درخشان می‌باشد.
دارای نقطه ذوب بالایی می‌باشد.
نقطه ذوب فولاد
فولاد آلیاژی از آهن می‌باشد. تقریباً 90 درصد از فولاد تولید شده در سراسر جهان، فولاد کربن یعنی آلیاژی از آهن و کربن با درصد متنوعی از کربن می‌باشد. آهن خالص بسیار نرم و خورنده بوده و نمی‌تواند در یک محیط فعال مورد استفاده قرار گیرد، چون آهن از نظر شیمیایی به منظور تشکیل اکسیدها یا سولفیدها واکنش می‌دهد. افزودن کربن با ایجاد فولاد با واکنش‌پذیری کمتر، این مشکل را حل خواهد کرد و بنابراین از تشکیل اکسیداسیون جلوگیری می‌کند، در حالی‌که مقدار مورد نظر آهن حفظ می‌گردد. نقطه‌ی ذوب به عنوان دمایی که در آن هر ماده از حالت جامد به حالت مایع تغییر شکل می‌دهد، تعریف می‌شود. برای مثال، نقطه ذوب یخ صفر درجه سانتی‌گراد یا 32 درجه فارنهایت می‌باشد، یعنی در دمای صفر درجه یخ جامد به آب مایع تغییر شکل می‌دهد. آگاهی از نقطه ذوب آلیاژهای فولاد جهت ساخت فرم‌های مطلوب این فلز مهم می‌باشد.نقطه ذوب فولاد دمایی است که در آن فولاد ذوب می‌شود و وابسته به نوع فولاد می‌باشد. اکثر انواع این آلیاژها دارای مقادیر کمی عناصر دیگر از جمله فلزات می‌باشند که به منظور بهبود مقاومت به خوردگی، سهولت ساخت و استحکام به آن‌ها اضافه می‌گردد. اگر علاقمندید بیشتر درباره فولاد آلیاژی بدانید می توانید به مقاله تفاوت های فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ مراجعه کنید. تقریباً 90 درصد از فولاد تولید شده در سراسر جهان، فولاد کربن یعنی آلیاژی از آهن و کربن با درصد متنوعی از کربن می‌باشد. نقطه ذوب آلیاژهای فولاد وابسته به عناصر دیگر موجود در آن‌ها می‌باشد. به طور کلی، نقطه ذوب فولاد حدود 1370 درجه سانتی‌گراد یا 2500 درجه فارنهایت می‌باشد. در این قسمت اطلاعات بیشتری در رابطه با انواع آلیاژهای فولاد و نقطه‌ی ذوب مربوط به آن‌ها ارائه می‌دهیم. پنج نوع اصلی فولاد وجود دارد:
فولاد کربن
همان طور که اشاره شد فولادی با 05/0 تا 15/0 درصد کربن، فولاد نرم یا فولاد حاوی کربن پایین نامیده می‌شود. این نوع فولاد به عنوان فولاد کربنی نیز شناخته می‌شود. به غیر از کربن، این آلیاژ حاوی 6/0 درصد مس، 65/1 درصد منگنز و 6/0 درصد سیلیکون می‌باشد. نقطه ذوب فولاد کربنی 1410 درجه سانتی‌گراد یا 2570 درجه فارنهایت می‌باشد. این نوع فولاد به فولاد حاوی کربن متوسط، فولاد حاوی کربن بالا و فولاد حاوی کربن فوق بالا با دماهای ذوب در محدوده‌ی 1425 تا 1540 درجه سانتی‌گراد طبقه بندی می‌شود. فولادی با 3/0 تا 7/1 درصد محتوای کربن به عنوان فولاد با کربن بالا نامیده شناخته می‌شود.فولاد ضدزنگ
فولاد ضدزنگ محبوب‌ترین آلیاژ فولاد است که همان طور که پیش‌تر گفتیم عمدتاً برای ساخت ظروف آشپزخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع آلیاژ به عنوان فولاد اینوکس یا به سادگی اینوکس نامیده شده و با 5/10 تا 11 درصد کروم ترکیب شده است. پنج نوع فولاد ضدزنگ یعنی فولاد ضدزنگ سخت شده، آهن‌دار، فولاد سخت شده و رسوب کرده و فولاد ضدزنگ دوپلکس وجود دارد. نقطه ذوب فولاد ضدزنگ 1510 درجه سانتی‌گراد یا 2750 درجه فارنهایت می‌باشد.فولاد مارایجینگ
این نوع فولاد عمدتاً آلیاژ کربن – آهن پایین بوده که حاوی 15 تا 25 درصد نیکل به عنوان عنصر اصلی می‌باشد. نقطه ذوب این آلیاژ 1413 درجه سانتی‌گراد یا 2575 درجه فارنهایت می‌باشد. این عنصر عمدتاً در ساخت قاب‌های دوچرخه و تیغه‌های شمشیر مورد استفاده قرار می‌گیرد.آلیاژ فولاد
فولاد ترکیب شده با تعدادی عناصر بین 1 و 50 درصد وزنی، آلیاژ فولاد نامیده می‌شود. دو گروه یعنی فولادهای با آلیاژ پایین و فولادهای با آلیاژ بالا وجود دارد که نوع اولی بیشتر از نوع دوم کاربرد دارد. نقطه ذوب فولادهای با آلیاژ پایین 1432 درجه سانتی‌گراد یا 2610 درجه فارنهایت و فولاد با آلیاژ بالا 1415 درجه سانتی‌گراد یا 2600 درجه فارنهایت می‌باشد.همان طور که از نام آن پیداست، این نوع فولاد چون سخت‌ترین نوع فولاد است، عمدتاً برای ساخت ابزاهای مختلف استفاده می‌شود. نوع سخت‌تر فولادهای کربن و آلیاژ دارای درصد کربن در حدود 7/0 تا 4/1 درصد می‌باشد. منیزیم، کروم، نیکل، تنگستن، مولیبدن، فسفر و سولفور برخی از عناصر اضافه شده در نسبت‌های مختلف به منظور ساخت انواع دیگر فولاد ابزاری می‌باشد. نقطه ذوب این نوع فولاد در محدوده‌ی 1400 تا 1425 درجه سانتی‌گراد یا 2550 تا 2600 درجه فارنهایت می‌باشد. فولاد بدون از دست دادن خواص فیزیکی خود در طی فرایند پردازش، به راحتی قابل بازیافت می‌باشد.
منبع: Amruta Deshpande - ScienceStruck
