از روزگاران قدیم از آهن برای مصارف مختلف استفاده می‌شده است. امروزه نیز در صنایع مختلف در سراسر جهان، فلز آهن پرمصرف‌ترین فلز به شمار می‌رود و کاربردهای مختلفی برای آن در نظر گرفته می‌شود. آهن را از سنگ آهن استخراج کرده و توسط آلیاژها و عملیات مختلف، آن را به فولاد و چدن تبدیل می‌کنند. این فلزات، دارای تفاوت‌هایی با یکدیگر بوده و از هر یک در کاربردهای متفاوتی استفاده می‌شود. در این مقاله به تفاوت آهن، چدن و فولاد پرداخته شده است.

آهن چیست؟

آهن یک عنصر فلزی به رنگ خاکستری، با عدد اتمی 26، نقطه­‌ی ذوب °C1538، نقطه‌­ی جوش °C2861، چگالیg/cm3  787، جرم اتمی نسبی 847/55 و در دمای °C20 به حالت جامد است. پنج درصد از پوسته‌ زمین از آهن تشکیل شده است و چهارمین عنصر فراوان بعد از آلومینیوم، اکسیژن و سیلیسیم و دومین عنصر فلزی فراوان بعد از آلومینیوم (حدود 35 درصد) است.

فولاد چیست؟

فولاد، آلیاژی بر پایه آهن است که 0.002 تا 2.14 درصد کربن داشته باشد. رفتار فولاد بر اساس میزان کربن به کار رفته در آن متفاوت است. به طور کل می‌توان گفت که هرچه درصد کربن بالاتر باشد، فولاد سخت‌تر ولی شکننده‌تر و هرچه درصد کربن کمتر باشد، فولاد شکل پذیرتر و با مقاومت کمتر خواهد بود.

همین مسئله باعث شده که برای ساخت مقاطع فولادی متفاوت از آلیاژ مناسب آن استفاده شود. برای مثال در ساخت ورق‌های فولادی از فولاد با 0.2 درصد کربن و در ساخت مقاطع فولادی ساختمانی از فولاد با 0.2 تا 0.6 درصد کربن  استفاده می شود.

چدن چیست؟

آهن با درصد 2.14 تا 6.67 درصد کربن را چدن می‌گویند. با حذف فسفر و گوگرد از سنگ آهن، چدن به دست می‌آید. چدن به دلیل داشتن درصد کربن بالا بسیار محکم است و مقاومت فشاری بالایی دارد ولی بسیار ترد و شکننده است. قابلیت ریخته‌گری، ظرفیت ماشین کاری، نقطه ذوب پایین، مقاومت به سایش، مقاومت در برابر کرنش و .. از جمله ویژگی‌های چدن است که همواره آن را برای بسیاری از صنایع مناسب کرده است.

تفاوت آهن، فولاد و چدن

در تمامی کارهای صنعتی همانند جوشکاری، ماشین کاری، مهندسی مواد و …. توانایی شناختن چدن از آهن از موضوعات پر اهمیت در صنعت ساخت و تولید می‌باشد. در اینجا چند نکته ساده برای فهمیدن تفاوت بین چدن و آهن قابل ذکر است:

نقطه ذوب چدن پایین‌تر از نقطه ذوب آهن است.

چدن نسبت به آهن در مقابل خوردگی آسیب پذیرتر می‌باشد.

چدن بسیار خشک‌تر و خمش ناپذیرتر از فولاد و آهن می‌باشد.

نگاه کردن به سطح دو فلز  

سطح فلز آهن به رنگ خاکستری تیره و براق می‌باشد. فلز چدن (چه چدن سفید چه چدن خاکستری) سطحی مات و کدر و رنگی خاکستری دارد.

تست جرقه (Spark Test)

در صورت وجود دستگاه سنگ رومیزی تست جرقه (Spark Test) را انجام می دهیم. با قرار دادن لبه‌ای از دو فلز زیر سنگ رومیزی و نگاه کردن به جرقه آن می‌توان تا حدی به ماهیت آن دو فلز پی برد. اگر طول جرقه ها کم، رنگ آن قرمز و نوک جرقه‌ها برفکی شکل باشد، فلز چدن است. اگر طول جرقه ها زیاد، رنگ آن سفید و نوک جرقه ها چنگالی و سوزنی شکل باشد، فلز آهن (فولاد کم کربن) است.

تست براده

چدن فلزی ترد است. پس براده آن نیز ترد و شکننده است. در صورت وجود دستگاه تراش یا فرز می‌توانیم قسمتی از یک نمونه فلز را ماشینکاری کنیم. اگر براده ناپیوسته باشد، فلز چدن و اگر براده پیوسته باشد فلز آهن است. برای انجام این تست حتما نیازی به دستگاه تراش یا فرز نیست. با یک قلم تیز نیز می‌توان این آزمایش را انجام داد. به طوری که سعی کنیم یک لایه نازک از روی فلز برداریم. اگر لایه مانند نوار برداشته شد، فلز آهن و اگر براد‌ ها بسیار ریز برداشته شدند، فلز چدن است.

رنگ فلز ذوب شده آنها

نمونه را زیر مشعل قرار داده و تا رسیدن به نقطه ذوب صبر می کنیم. در لحظه ذوب شدن رنگ فلز می تواند در تشخیص نوع آن به ما کمک کند. اگر رنگ فلز گداخته شده قرمز باشد، فلز چدن است. اگر رنگ فلز گداخته شده سفید باشد، فلز آهن است.