أبرز الفروقات بين الحديد والفولاذ
تختلف المجالات التي يدخل فيها الحديد عن الفولاذ، وذلك لوجود العديد من الفروقات فيما بينهما، وهي كالآتي:
القوة والوزن
يتميز الفولاذ بقوة تفوق قوة الحديد، كما أنه يتميز بكثافته العالية، وهي من أبرز خصائص الفولاذ ، والتي جعلت منه مادة خام مؤهلة للاستخدام في مشاريع البناء، وقد استبدل الفولاذ بالحديد الذي كان يستخدم منذ القدم في البناء، تقريباً منذ بدايات القرن التاسع عشر، عندما أصبح متوفرًا بكميات كبيرة.
ويتميز الفولاذ بخفة وزنه أيضاً مقارنة بالحديد على الرغْم من قدرته العالية على تحمل الضغط والإجهاد.
المتانة
يعد الفولاذ من أكثر المواد المستخدمة في البناء متانة مقارنة بالحديد، إذ يتميز بأنه لا يتشقق، ولا ينقسم أو يتأثر بالظروف المحيطة من رياح، وأمطار، كما أنه مقاوم قوي للعفونة، والصدأ، ويتحمل الحرارة الشديدة والضغوط العالية، ويعد الخيار الأفضل لاستدامة البناء لعمر طويل.
التآكل
يتميز الفولاذ بأنه أكثر مقاومة للتآكل مقارنة بالحديد، فهو أقل عرضة للصدأ والتأكسد، بسبب طبيعة مادته غير المسامية، فهو أقل تأثرًا بالماء، ولحسن الحظ هناك العديد من الوسائل التي قد تستخدم لمقاومة التآكل إ ثر تعرضه للماء أو الرطوبة من البيئة المحيطة ، مثل؛ الدهانات، والبخاخات الواقية، والطلاء بمواد مقاومة للحريق.
التكلفة
بسبب هيكلة الفولاذ الخفيفة بالمقارنة مع الحديد؛ فيعد إنتاج الفولاذ أرخص من الحديد، وبسبب زيادة الطلب على الفولاذ منذ الثورة الصناعية، ساهم ذلك في زيادة الإنتاج له، بينما يتطلب الحديد معدات غالية الثمن لإنتاجه مقارنة بالفولاذ.
سهولة الاستخدام
يعتمد المهندس المعماري على الفولاذ بصورة رئيسية، لسهولة ثنيه، وتشكيله، وتأقلمه مع أي تصميم، كما يتسم الحديد بسهولة استخدامه خاصةً عند مزجه مع عناصر أخرى، وقد كان شائع الاستخدام في الفترة الفيكتورية من قبل المهندسين، وما زال الحديد يستخدم في الوقت الحالي في التفاصيل التي تحتاج إلى زخرفة.
الاستدامة
يتميز كلاهما باستدامتهما، إذ يمكن إعادة تدوير الفولاذ بنسبة 100%، وإعادة استخدامه أكثر من مرة، دون فقدانه متانته، وكذلك الأمر فيما يتعلق بالحديد، إذ يمكن إعادة تدويره بالكامل.
طبيعة المادة
يعد الحديد عنصرًا، أما الفولاذ فيعد سبيكة تتضمن كل من الحديد والكربون معاً، ويتميز الفولاذ بإمكانية مزجه مع العديد من المعادن مثل الكروم، الذي يضفي عليه خاصية المقاومة للصدأ.
المغناطيسية
طبيعة عنصر الحديد الخام الهش تجعل من سبائك الفولاذ تتفوق عليه من ناحية كونه الأكثر مغناطيسية واستقراراً من الحديد.
الحديد
يرمز لمعدن الحديد بالرمز (Fe)، ويمتلك رقمًا ذريًا 26، وهو من المعادن اللامعة والمرنة في نفس الوقت، و يتميز الحديد بخصائصه المغناطيسية في جذب المعادن الأخرى ، وقدرته على عكس الضوء الواقع عليه بسبب طلائه بالكروم.
وقد استخدم الحديد في البناء منذ 6000 عام مضت، إذ استخدم في بناء هيكل كل من برج إيفّل، وتمثال الحرية، وهو معدن شائع الاستخدام في شتى أنحاء الأرض، كما لا يستخدم غالباً بصورته الخام، بل يدمج مع عناصر أخرى من أجل تشكيل سبائك أكثر قوة ومرونة من الحديد نفسه.
و يعد الحديد أيضاً من المعادن الأساسية التي تمد جسم الإنسان بالعناصر الغذائية المهمة في بناء الهيموجلوبين الموجود في خلايا الدَّم الحمراء، ويستطيع الإنسان الحصول عليه من الأغذية التي يتناولها، ومنها ما يلي:
- اللحوم الحمراء.
- الدجاج.
- المحار.
- البقوليات كالعدس والفول.
- الخبز.
- الخضراوات.
- الحبوب المدعمة.
- الأسماك.
الفولاذ
يعد الفولاذ سبيكة معدنية تتكون من عنصري الحديد والكربون، وكميات صغيرة من المعادن الأخرى، وتعد إمكانية إضافة الكربون إليه الصفة التي ميزته عن الحديد، إذ يحتوي الفولاذ على 2.14% من الكربون، والذي أحدث تغيرًا فيزيائيًا كبير التأثير عليه، إذ جعل الفولاذ أقوى بكثير من الحديد الخام.
يعد الفولاذ من صنع الإنسان، ولا يمكن إيجاده بصورة طبيعية على سطح الأرض، كما أنه لا يدخل في النظام الغذائي للإنسان على عكس الحديد، وتنتج نصف كَمّيَّة الفولاذ عالمياً في الصين.
أما آلية تصنيعه، فتكون من خلال تسخين الحديد والكربون، وبعض المعادن الأخرى معاً حتى تذوب، ويسهل تفاعلها مع الأكسجين، ثم لتتشكل وتكون سبيكة الفولاذ، وتستخدم الكهرباء، أو اللهب من أجل إتمام العملية بنجاح ودقة.
أنواع الحديد والفولاذ
وفيما يأتي أبرز أنواع الحديد والفولاذ:
أنواع الحديد
تتعدد أنواع الحديد التي تعدل وتصنع اعتماداً على نسبة الكربون التي تحتويها، وسنذكر بعضها فيما يلي:
(بالإنجليزية: Cast iron) هو سبيكة من الحديد مع الكربون بنسبة عالية تصل إلى (3-4) %، بالإضافة إلى الفسفور، والمنغنيز، والسيليكون، التي تضفي عليه الصلابة الشديدة، إذ إن هناك عدة أنواع فرعية تندرج تحته اعتماداً على توزيع الكربون داخله، فمنه؛ الحديد الزهر الرمادي، والحديد الزهر الأبيض.
(بالإنجليزية: Wrought iron) هو الحديد الذي يحتوي على كَمّيَّة قليلة جداً من الكربون، ويتميز بنعومته، وممانعته من التعرض للصدأ، لكنه قليل الصلابة، وينتج بكميات قليلة، وهو رخيص الثمن، وذو جودة جيدة نوعاً ما، وكان هو الحديد الأكثر شيوعًا بين الناس قبل القرن التاسع عشر.
أنواع الفولاذ
تتعد أنواع الفولاذ كما يلي:
(بالإنجليزية: Carbon steels) هو الفولاذ الذي يحتوي على نسبة كربون تبلغ حوالي (1-2)%، وما دون ذلك يسمى بالفولاذ منخفض الكربون، إذ يدخل في العديد من الصناعات، مثل؛ أجسام السيارات، والسفن، والمحركات، والعلب الفولاذية.
(بالإنجليزية: Alloy steels) تعد سبائك الفولاذ خليطًا من كل من الحديد والكربون، وبعض العناصر المعدنية الأخرى، مثل؛ النحاس، أو الكروم، أو المنغنيز، أو النيكل، أو الفاناديوم، وهي ما تعطي سبائك الفولاذ مِيزة خاصة تميزه عن الفولاذ الكربوني.
(بالإنجليزية: Tool steels) وهو الفولاذ المخصص لصنع الأدوات، والقوالب، والآلات، إذ يتكون من حديد وكربون، وعناصر إضافية، مثل؛ النيكل، والتنجستن، والموليبدينوم، وهو ما يضفي خاصية مقاومة الصدأ، وزيادة الصلابة، وتسمى آلية تكوين فولاذ المعدات بالتقسية.
(بالإنجليزية: Stainless steels) هو النوع الأكثر انتشارًا وفي متناول الأيدي، إذ يدخل في صناعة أدوات المطبخ، والأدوات الطبية، ويتميز باحتوائه على نسبة عالية من الكروم والنيكل، التي تضفي عليه خاصية مقاومته للصدأ المميزة.
اعتماداً على الفروقات ما بين معدن الحديد وسبيكة الفولاذ، فإن هناك العديد من الاختلافات فيما بينما من حيث القوة، والمتانة، والوزن، وقابلية التآكل، وسهولة الاستخدام، وطبيعة المادة المكونة لها، ومن الجدير بالذكر أن العنصر الذي يؤدّي دورًا كبيرًا في إحداث التغير وتعدد الأنواع والصفات والخصائص هو عنصر الكربون.
