فلزات (چدن و فولاد)

فلزات (چدن و فولاد)

اسلاید 1: چدن و فولاد

اسلاید 2: بشر از دیر باز با آهن و فولاد و چدن که امروزه به عنوان پر مصرف ترین فلزات جهانند؛ آشنا بوده است. استفاده از آلیاژهای آهن در بنا حتی در میزان بسیار اندک و محدود در ابنیه اعصار گذشته کمتر به چشم می خورد. اما از اوایل قرن هیجدهم با پیشرفت صنعت، استفاده از این فلز رو به فزونی گذاشته است. از این طریق ایده های نو . پدیده های بدیع وارد صنعت ساختمانی گردید. ابتدا از آهن برای کارهای جزیی همچون تزیینات و یا کلاف بندی بناهای سنگی میشد، در همین زمان ، آهن در بعضی از پوشش های کم وزن مثل سقف تئاتر فرانسه که در بوردو ساخته شد به کار رفت، اما به علت عدم توسعه صنایع تصفیه آهن استفاده از این فلز محدود است. در اواسط قرن هیجدهم در انگلستان قدم های موثری در بهبود و پیشرفت صنعت آهن برداشته شد. در اواخر این قرن نتایج این پیشرفت ها در اختیار عموم قرار گرفت و این صنعت با توجه به توسعه روز افزون صنایع اسلحه سازی بهبود حاصل کرد و اولین بناها با اعضای باربر فلزی همچنین پل های فولادی بنا شدند و فصل نوینی در تاریخ ساختمان سازی آغاز شد و دروازه های استفاده از آهن در ساختمان گشوده شد.قدیمی ترین کاربرد آهن، در اروپا در قرن سیزدهم میلادی در تولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن بوده است؛ استفاده از یک زنجیر از جنس آهن نرم تحت کشش در گنبد کلیای سنت پاول برای جلوگیری از ریزش دیواره ها به بیرون و استفاده از چدن توسط پاکستون در قسمت های پیش ساخته ساختمان کریستال پالاس ( قصر بلورین) در سال 1851 پیشرفت های با ارزش در استفاده از آهن در ساختمان، می بشد. فولاد، ماده نسبتا جدیدی است و مقادیر صنعتی تنها در اواخر قرن نوزدهم ، پس از توسعه روش بسمر به دست آمد. اولین ساختمان بلند 10 طبقه با اسکلت فلزی در سال 1858 میلادی در شیکاگو توسط ویلیام لوبادن جنی ساخته شد.مصالح فلزی:

اسلاید 3: بازتاب تأثیر فلزات در زندگی انسان کاملاً آشکار است. در واقع اگر فلز نبود، زندگی و تمدن بشری به چنین مرحله ای نمیرسید.این مواد گرما و الکتریسیته را به خوبی هدایت میکنند، بر همین مبنا ظروف آشپزی و سیمهای برق از فلز ساخته میشوند.فلزات همچنین بسیار محکم اند لذا از آنها در ساخت سازه های ساختمانی استفاده میکنند.فلزات به راحتی قابل شکل دادن هستند، بنابراین میتوان از آنها مفتول های ظریف سیمی تا قطعات بزرگ آهنی را تولید کرد.علاوه بر اینها، ویژگی قابل بازیافت بودن فلزات، مزایای استفاده از آنها را دو چندان کرده است.انواع مختلف فلزات شباهت های زیادی با هم دارند ولی در عین حال تفاوتهایی نیز دارند که مشخص میکند یک فلز تا چه حد برای یک کاربرد خاص مناسب است.از 109 عنصری که امروزه شناخته شده است، 87 عنصر فلز است. از فلزات به ندرت به شکل خالص استفاده می شود؛ معمولاً با مخلوطکردن یک فلز با فلزات دیگر یا غیر فلزات، آلیاژی از آن را تولید کرده و مورد استفاده قرار میدهند.فلزات به دو گروه عمده فلزات آهنی و غیرآهنی تقسیم می شوند. فلزات )آهنی )آهن، چدن و فولادمصرف بیشتری در ساختمان دارند.ضرورت استفاده و کاربرد فلزات:

اسلاید 4: فلزات آهنی فلزاتی هستند که از (آهن )سنگ آهن تولید میشوند و شامل آهن،چدن و فولاد میباشند.با گداختن سنگ آهن در کوره های آهن گدازی، آهن خام تولید میکنند و با آهن خام نیز آهن معمولی، چدن و فولاد میسازند.در واقع چدن و فولاد آلیاژهایی از آهن هستند. (آلیاژ )چند جوش ترکیبی ازفلزات مختلف است که در صورت لزوم مواد افزودنی غیر فلزی نیز به آن افزودهمیشود.آهن یکی ار رایج ترین عناصر زمین است که تقریبا 5% پوسته زمین را تشکیل می دهد. این عنصر (Fe ) فلزی سنگین، درخشان و خاکستری رنگ است که از سنگ معدن آهن استخراج می گردد و به ندرت به حالت آزاد (عنصری) در طبیعت یافت می شود. کاربرد آهن از همه فلزات بیشتر (باتوجه به این که چدن و فولاد را نیز از آهن خام می سازند.) قیمت پایین و مقاومت بالای ترکیبت آهن ، استفاده از آن ها را در صنایع مختلف و نیز ساختمان سازی اجتناب ناپذیر می کند. این فلز در ساختمان به صورت نبشی ، ناودنی، میخ، پیچ و مهره و... به کار می رود.فلزات آهنی:

اسلاید 5: انواع مختلف آهن خام به ساختارهای کریستالی آن بستگی دارد:1.آهن خام سفید: هرگاه آهن خام مذاب را زود سرد کنند، کربن آن به شکل گرافیت در نمی آید. بنابراین رنگ آن روشن (سفید نقره ای) می شود که به آن آهن خام سفید می گویند ودر فولاد سازی به کار می رود. مقدار سیلیسیم در آهن خام سفید کم است، وزن مخصوص آن بین 7/5-7/8 گرم بر سانتی متر مکعب و جنس آن سخت و ترد است. سطح شکسته آن دارای دانه های ریز و روشن می باشد.2.آهن خام خاکستری : هرگاه آهن خام مذاب را به آهستگی سرد کنند، کربن آن به شکل گرافیت در میآید،بنابراین رنگ آن تیره ( خاکستری) می شود که به آن آهن خام خاکستری می گویند و در چدن سازی مصرف می شود. مقدار سیلیسیم در آهن خام خاکستری زیاد است ( 2%-4 وزن آن )، وزن مخصوص آن بین 7-7/3 گرم بر سانتی متر مکعب است، ترد نیست و از آهن سفید نرم تر است. سطح شکسته آن دارای دانه های درشت و خاکستری می باشد.3. آهن خام نیمه خاکستری: جنس این آهن خام مابین آهن خام سفید و خاکستری است ودر ساختن فولاد و چدن سخت به کار می رود.انواع مختلف آهن:

اسلاید 6: تفاوت انواع مختلف آهن در میزان کربن آنهاست. میزان کربن در آهن، چدن و فولاد نیز نشانه جنس آنهاست. چون میزان کربن در آهن خام زیاد است 54)% وزن آن(بنابراین ترد بوده و قابلیت چکش خواری و خورد شدن ندارد،زیرا در اثر ضربه خرد می شود. کربن همچنین دمای ذوب فلزات را نیز کاهش میدهد. بر همین مبنا با کاهش میزان کربن در آهن خام، دو نوع آهن به شرح زیر تولید میکنند:آهن معمولی(آهن): این آهن حدود 2% کربن دارد و از طریق کربیزاسیون آهن خام به همراه مقداری قراضه در کوره به دست می آید. وزن مخصوص آن 7/87 گرم بر سانتی متر مکعب و دمای ذوب آن پایین و حدود 1130 درجه سانتیگراد است. آهن در هوای نمناک زنگ می زند بنابراین نیاز به ضد زنگ و پوشش های محافظ دارد. این فلز مصارف متعددی در صنایع مختلف ، ساخت ماشین آلات صنعتی و نیز ساختمان سازی دارد.آهن خالص ( آهن نرم-آهن ورزیده- Wrought Iron ): این آهن فقط 0/02% کربن دارد و به دلیل مخلوط شدن مقداری سرباره با آن، حالت فیبری دارد. دمای ذوب آن بالا و حدود 1540 درجه سانتی گراد است به همین علت جوشکاری با آن امکان پذیر نیست. آهن خالص انعطاف پذیر است و مقاومت کششی بالایی دارد( 3500 کیلو گرم بر سانتی متر مربع)، مقاومت آن در برابر خوردگی نیز زیاد است. آهن خالص مصرف ساختمانی ندارد بلکه از آن در ساخت چدن و فولاد استفاده می کنند.آهن:

اسلاید 7: چدن آلیاژی از آهن ، کربن و سیلیسیم است که از آهن خام خاکستری ساخته می شود، برای ساخت چدن، آهن خام را همراه با مقداری آهن قراضه در کور های مخصوص ذوب می کنند تا مقداری از کربن آن بسوزد و ناخالصی هایی نظیر گوگرد و فسفر که خصوصیات آن را تا حد زیادی تحت تاثیر قرار می دهند، به صورت سرباره خارج گردند. فاز مذاب باقی مانده که حاوی مقداری منگنز چدن را سخت می کند و سیلیسین هم سبب می شود که کربن چدن به صورت گرافیت درآید ، میزان کربن در چدن 2%-3/5 وزن آن است.فسفر چدن را ترد و آبکی میکند و سبب میگردد که حین کار از هم گسیخته شود و گوگرد نیز چدن را کند روان میکند. جنس چدن بستگی به سرعت سرد شدن و نیر جنس آهن خام دارد که در ساخت آن مصرف می شود. قیمت نسبتا پایین و نیر ویژگی های چدن سبب استفاده از آن در صنایع مختلف شده است، در صنعت ساختمان از چدن برای ساخت لوله های آب و فاضلاب، نرده، کف پوش ، براق آلات و.... استفاده می کنند.چدن:

اسلاید 8: چدن نیر مانند آهن خام ، بدون حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل می شود، بنابراین قابلیت چکش خواری خوبی ندارد، چدن سخت و شکننده است،مقاومت آن در برابر آتش بیشتر از فولاد بوده و دیر زنگ میزند،هریک متر چدن به ازای هر یک درجه افزایش دما، 0.01 میلیمتر افزایش طول خواهد داشت. مقاومت کششی چدن باید حداقل 1400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است و مقاومت خمشی آن 2700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد.خواص چدن:

اسلاید 9: انواع مختلف چدن نیز مانند انواع آهن خام هستند و وجه اشتراک آنها این است که همگی در برابر فشار مقاومند.چدن سفید: آن به شکل گرافیت در نمی آید. همچنین مقدار کم سیلیسیم در چدن سفید نیز موجب میشود که کربن کمی در آن به شکل گرافیت درآید. سطح شکسته چدن سفید دارای دانه های ریز بوده و جنس آن نیز سخت است به طوری که قابل سوهان کشیدن نیست. از این چدن وسایل کوچک میسازند.چدن خاکستری: هر گاه چدن مذاب را به آهستگی سرد کنند و نیز مقدار سیلیسیم در آن زیاد باشد، کربن بیشتری در آن به شکل گرافیت در می آید و رنگ چدن را تیره میکند. چدن خاکستری از چدن سفید نرمتر است، شکننده بوده، قابلیت چکش خواری دارد و سطح شکسته آن دارای دانه های درشت است. از این چدن برای ساخت لوله های چدنی، ناودانی، پروفیل پنجره، درپوشهای چدنی کف خیابانها، شبکه چدنی، یراق آلات و... استفاده میکنند.انواع چدن: