ما هو حديد الزهر؟
حديد زهر هو عبارة عن سبيكة من الحديد تحتوي من 2% إلى 4% كربون و 1% إلى 3% سيلكون ، وكمية متفاوتة من المنغنيز وبعض آثار من الشوائب مثل الكبريت والفوسفور، يتم تصنيعه عن طريق تسخين خام الحديد في فرن الصهر حتى يذوب ثم يُصب المعدن المنصهر، ويُسكب ويترك ليتصلب على شكل سبائك تُصهر هذه السبائك مرة أخرى في قوالب نهائية في المرحلة الثانية يجري العديد من التعديلات المعدنية من خلال إدخال عناصر أو من خلال عمليات المعالجة الحرارية، وعند ذوبان حديد الزهر يكون له سيولة أفضل من الفولاذ ، ويمتلك درجة حرارة انصهار منخفضة لذا فهو جيد لعملية الصب.
تاريخ إنتاج حديد الزهر
تم إنتاج حديد الزهر منذ القِدم كما يلي:
- في بداية القرن السادس قبل الميلاد قام الصينيون بإنتاج حديد الزهر.
- في القرن الرابع عشر تم إنتاجه في أوروبا.
- في 1500 تم تقديمه إلى إنجلترا.
- في عام 1619 تم إنشاء أول مصانع الحديد في أمريكا على نهر جيمس.
- في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، كان الحديد الزهر مادة هندسية أرخص من الحديد المطاوع، ونظرًا لقوته الحاملة أصبح أول معدن هيكلي مهم، واستخدم في بعض أقدم ناطحات السحاب.
- في القرن العشرين أخذ الفولاذ مكان الحديد الزهر في البناء، لكن الحديد الزهر ما زال يستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية.
ما هي خصائص حديد زهر
فيما يأتي أهم خصائص حديد الزهر:
الخصائص الميكانيكية
تدل الخصائص الميكانيكية للمادة على مدى استجابة المادة تحت ضغوط معينة، وهذا يساعد لمعرفة مدى ملاءمة المادة للتطبيقات المختلفة، وفيما يلي بعض من خصائص حديد زهر:
- الصلابة: وهي تدل على مقاومة المادة للتآكل.
- المتانة: وهي تدل على قدرة المادة على امتصاص المادة.
- اللدونة: تدل على قدرة المادة على التشوه بدون الكسر.
- المرونة: تدل على قدرة المادة للرجوع إلى وضعها الطبيعي أي أبعادها الأصلية بعد تعرضها للتشوه.
- القابلة للطرق: تدل على قدرة المادة على التشوه تحت الضغط، دون أن تتمزق.
- قوة الشدّ: تدل على أكبر إجهاد طولي يمكن للمادة أن تتحمله دون أن تتعرض للتمزق.
- قوة التعب: يدل على أكبر ضغط يمكن أن تتحمله المادة لعدد متكرر من الكرات، دون أن تنكسر.
الخصائص العامة
فيما يلي بعض الخصائص العامة لحديد زهر:
- قدرته على أن يُصب في أشكال مختلفة ومعقدة عن صهره.
- تكلفته المنخفضة.
- يمكن التغيير في خصائصه بسهولة، وذلك عن طريق تعديل تركيبه ومعدل التبريد دون التغيير الكبير في طرق إنتاجه.
أنواع حديد زهر
يوجد عدة أنواع لحديد زهر ومنها ما يلي:
- حديد الزهر الرمادي: هو حديد له لون رمادي غامق بسبب احتوائه على بنية دقيقة من الجرافيت ، يتم استخدامه في التطبيقات التي تحتاج إلى صلابة العالية، وإمكانية التشغيل الآلي، وتثبيط للاهتزازات، مثل كتل أسطوانات محرك الاحتراق الداخلي.
- حديد الزهر الأبيض: هو حديد له لون أبيض بسبب وجود كربيد الحديد أو السمنتيت، ويستخدم حديد الزهر الأبيض في الأجزاء المقاومة للتآكل مثل قضبان الرافعة وخلاطات الإسمنت.
- حديد الزهر القابل للطرق: يتم تشكيله عن طريق معالجة حرارية بطيئة للحديد الزهر الأبيض، نتيجة لقوة الشدّ والليونة الجيدة لهذا النوع يتم استخدامه في التركيبات والمعدات الكهربائية، والأدوات اليدوية، والغسالات، والمعدات الزراعية.
- حديد الزهر المطيل: يحتوي على جرافيت على شكل عقيدات كروية، تعتبر أكثر مرونة من حديد الزهر الرمادي والأبيض لذا تستخدم كأنابيب حديد للبنية التحتية للصرف الصحي، ويمكن أن تتحمل الدرجات الحرارية، لذا تستخدم في المكابح، والصمامات، والمضخات.
- حديد الجرافيت المضعوط: وهو عبارة عن هيكل من الجرافيت وله خصائص عبارة عن مزيج من الحديد الرمادي والأبيض، ويستخدم في إطارات محركات الديزل، وأقراص الفرامل للقطارات، ومشعبات العادم
أين يستخدم حديد الزهر؟
يتم استخدام حديد زهر في التطبيقات التي تحتاج إلى صلابة عالية ومقاومة للتآكل ولا تهتم في الخصائص الهيكلية ويعتبر حديد الزهر قليل التكلفة، وفيما يلي بعض من استخدامات حديد الزهر والتي تختلف اعتمادًا على نوع حديد زهر:
- في أقراص الفرامل.
- في الترس ولوحات الترس.
- في العجلة المسننة.
- في السلاسل.
- في تجهيزات المطابخ.
- في القطع المعمارية الزخرفية.
- في كتل المحرك.
- في الماكينات.
- في القضبان بمختلف أنواعها.
- في البيوت.
- في أدوات التعدين.
