آهن چیست

اولین آهن شگل گرفته  که به دست بشر ساخته شد، از شهاب سنگ ها به دست آمده بود. اما آهن چیست؟ ذوب کردن آهن در کوره ها در هزاره دوم قبل از میلاد شروع شد. مطابق با آثار بدست آمده از آهن ذوب شده از ۱۲۰۰-۱۸۰۰ پیش از میلاد در هند و در مشرق از حدود ۱۵۰۰ پیش از میلاد بدست آمد. اما چدن برای اولین بار در چین به دست آمد که تاریخ آن به 550 سال پیش به قفقاز می رسد. اما با کمی تفاوت این فلز تا قرون وسطا در اروپا تولید نشد، برای ذوب فلزات در این دوره ها از ذغال چوب به عنوان سوخت استفاده می شد. اما برخی از روش‌های جدید مانند تولید آهن  به وسیله میله‌های کربنیزه کردن آهن در فرآیند سیمانی کردن در قرن هفدهم ابداع شد. اما در انقلاب صنعتی روش های جدید تولید آهن بدون استفاده از ذغال چوب بکار گرفته شده است. این روش آغازی برای تولید فولاد بود و بعدها از این روش برای تولید این محصول استفاده شده است. اما بعده ها روش های جدیدی برای تولید فولاد اختراع شد. در این روش های جدید با استفاده از دمیدن هوا از روی چدن مذاب اقدام به تولید فولاد نرم می کردند. این اقدامات و دیگر اقدامات باعث شد که بعده ها آهن شکل یافته تولید نشود. 

یکی از پاسخ ها به سوال آهن چیست، این است که آهن یکی از عناصر مهم شناخته شده درپوسته زمین است که در بین این عناصر رتبه چهارم را به خود اختصاص میزند. آهن از عوامل و عناصر سازنده هسته بیرونی و درونی زمین می باشد. آهن را در جدول تناوبی با نماد شیمیایی Fe و با عدد اتمی 26 نشان می دهند.
آهن و دیگر آلیاژهای آن به عنوان پرکاربردترین و رایج ترین نوع فلزات پرکاربرد است. آهن و دیگر آلیاژهای بدست آمده از آن، دارای سطوحی صاف و نقره ای براق به رنگ خاکسری هستند اما هنگام بروز عمل اکسید به رنگ قرمز و قهوه ای نمایش داده می شوند.
آهن خالص ذاتا از جنس فلز است، اما به دلیل وجود اکسیژن و رطوبت که در آن قرار دارد اکسیده می شود و نمی توان آن را به صورت آهن خالص و فلز در سطح کره زمین مشاهده کرد، بنابراین برای تولید فلز آهن باید اکسیژن نهفته در آن را با استفاده از روش های کاهش شیمیایی حذف شود تا بتوان فلز را پدید اورد.

پیدایش آهن 

آهن را از  سنگ معدن هماتیک که آن را با نماد Fe2o3 نشان می دهند، تولید می شود. فلز آهن در کوره های بزرگ  با دمای بیش از 2000 درجه سانتی گراد به وسیله روش های کاهش از کربن جدا شده و فلز آهن از آن استخراج می شود.
در دنیا تنها در 48 کشور عمل استخراج سنگ آهن انجام می شودکه می توان به کشورهایی مانند چین، برزیل، استرالیا، روسیه و هند به عنوان تولیدکنندگان بزرگ سنگ آهن جهان اشاره کرد. که بیش از 70 درصد از سهم سنگ آهن جهان را تولید می کنند.
آهن را از نظر فراوانی می توان به ششمین عنصر موجود در جهان تقسیم کرد اما اگر این فراوانی را بخواهیم در پوسته زمین بررسی کنیم، رتبه چهارم را می توان به آن تخصیص داد. دانشمندان نیز اعتقاد دارند که هسته زمین به طور عمده از آهن و نیکل تکیل شده است که بیش از 35 درصد از جرم زمین را به خود اختصاص می دهد. بنابراین آهن بیشترین و پر تولید ترین فلزات به شمار می آید به طوری که بیش از 90 درصد از تولید فلزات شامل آهن است. 
با استفاده از خواص آهن و کاربرد فلزات دیگر و ترکیب آنها می توانیم به فولاد دست پیدا کنیم.

دگرگونی آهن

آهن را می توان بهترین مثال از دگرگونی های فلز به شمار آورد که برای عموم مردم قابل لمس و حس است. از دیگر دگرگونی های فلز را می توان  به نام های آلوتروپ، استنیت و فریت نام گذاری نام برد. شرح این نامگذاری به این صورت است که همان گونه که آهن ذوب شده آهسته آهسته سرد می شود، در دمای 1538 درجه سانتی گراد به آلوتروپ کریستالیزه می شود که برای عموم به نام آهن دلتا نام دارد. از ویژگی های این آلوترپ می توان به داشتن ساختار کریستال مرکزی اشاره کرد. در حین سرد شدن بیشتر ساختمان کریستالی در دمای 1394 درجه سانتی گراد به مکعبی وجه مرکزی تغییر می یابد که این شکل آهن استنیت یا آهن گاما نام گذاری شده و در دمای 912 درجه سانتی گراد، ساختمان بلوری یا کریستالی دوباره مکعبی شده که این دگرگونی را فریت یا آهن آلفا نامیده می شود که از لحاظ بلورشناسی شباهت زیادی به آهن دلتا دارد.

کاربردهای آهن

آهن به دلیل استحکامات فراوانی که نسبت به دیگر فلزات دارد. از آهن همواره در اسکلت ساختمان ها، بدنه اتومبیل ها و بدنه کشتی های بزرگ و... مورد استفاده قرار می گیرد.

فرآورده های تولید شده از آهن را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

چدن: هنگا ذوب آهن آن را در قالب های ماسه ای یا فلزی میریزند و با این روش می توان چدن به دست آورد.

چدن چکش خوار: این نوع چدن نسبت به چدن معمولی تفاوت های چشمگیری دارد و از خاصیت چکش خواری بیشتری برخوردار است ، با توجه به خاصیت کششی بیشتری که نسبت به چدن معمولی دارد دزر صنعت از این نوع چدن به وفور استفاده می شود ساخت این نوع چدن به این صورت است که  وقتی موادی مانند  منیزیم و سیلیکات آهن و بلوری شدن کربن را به چدن اضافه شودچدن چکش خوار به دست می آید.

چدن سفید: با سرد شدن مذاب به دست آمده و نوع کربن موجود در این نوع چدن از نوع چدن سمانتیک می باشد درصدد شکنندگی آن را می توان تنها با نرم کردن آن کاهش داد.

آهن کارشده: آهن ذوب شده را باید به شکل اسفنجی درآورد برای بدست آورد این نمونه آهن ها باید برخی از ناخالصی های موجود در آن همچون سیلیسیم، منگنز ، کربن در آن تصفیه شود.

فولاد: ترکیب از آلیاژهای آهن به همراه کربن است بعد از تولید فولاد مقاوت آن تا 100 برابر نسبت به محصول اولیه افزایش می یابد.

آهن قراضه: به ضایعات های حاصل از تولید فولاد گفته می شود.