عنوان :

مقاله فلزات آهنی و غیرآهنی

تعداد صفحات :۴۸

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

بشر از دیرباز با آهن و فولاد و چدن که امروزه به عنوان پرمصرف ترین فلزات جهان می باشند، آشنا بوده است.

گستره وسیعی از آلیاژهای فلزات آهنی و غیرآهنی در ساختمان ها کاربرد دارند، ولی آهن، فولاد، آلومینیوم، مس، سرب و روی غالب تر هستند، رویکرد نوین در عرصه ساخت و ساز به سمت تولید آلیاژهای بادوام تر و استفاده از روکش هایی برای ایجاد محافظت و گوناگونی ظاهری در انواع محصولات است.

فلزات میل بازگشت به ترکیبات ثابت را دارند، طبیعت و میزان این فرایند به ویژگی های آن فلز، محیط و حرارت وابسته است خوردگی در حرارت های بالاتر سریع تر می باشد.

به طور کلی ، درهوای پاک خوردگی به سرعت صورت می گیرد. درمورد فلزات غیرآهنی و بعضی از فلزات آهنی این پوشش چسبنده است و مانع خوردگی بیشتر می شود.

خوردگی تخریب کننده اغلب در شرایط مرطوب و در مکانی که فلزات مختلف با یکدیگر تماس الکتریکی دارند، و در زمانی که آلودگی جوی یا بخارات گازها وجود داشته باشند، پدید می آید.

واژه های کلیدی: فلزات آهنی، فولاد، آلومینیوم، آب کاری،خوردگی، سرب، روی، قلع

فهرست مطالب

مقدمه    ۱
فلزات آهن   ۲
متالوژی آهن و فولاد   ۳
میزان کربن در فلزات آهن    ۷
فولاد    ۱۰
خواص فولاد    ۱۲
تاثیر ناخالص کیفیت فولاد    ۱۴
عملیات گرمایی بر روی فولاد   ۱۶
فولادهای سازه ای   ۱۸
فلزات غیرآهن   ۱۹
آلومینیوم   ۱۹
آلومینیوم خالص    ۲۱
آلیاژهای آلومینیومی   ۲۲
پوشش آلومینیوم   ۲۳
پرداخت نهایی فلزات غیرآهنی   ۲۴
آبکاری    ۲۵
نگاهداری از پرداخت ها   ۲۶
خوردگی در فلزات   ۲۶
محیط    ۲۷
پیش بینی عملی برای مقابله با خوردگی    ۳۱
مس    ۳۳
روی    ۳۶
سرب    ۳۸
نیکل    ۴۰
قلع   ۴۱
کرم    ۴۲
تیتانیوم   ۴۲

مقدمه

گستره وسیعی از آلیاژهای فلزات آهنی و غیرآهنی در ساختمان ها کاربرد دارند، ولی آهن، فولاد، آلومینیوم، مس، سرب و روی غالب تر هستند، رویکرد نوین در عرصه ساخت و ساز به سمت تولید آلیاژهای بادوام تر و استفاده از روکش هایی برای ایجاد محافظت و گوناگونی ظاهری در انواع محصولات است. به طور کلی برای تولید فلزات از مواد خام انرژی زیادی لازم است؛ به هر حال مصرف انرژی فراوان در برابر عمر طولانی و قابلیت بازیافت محصولات فلزی زیاد نمی نماید تقریبا ۵۰% تولید کنونی فولاد در دنیا از آهن قراضه می باشد.

فلزات آهنی

بشر از دیرباز با آهن و فولاد و چدن که امروزه به عنوان پرمصرف ترین فلزات جهن می باشند، آشنا بوده است. استفاده از آلیاژهای آهن در بنا حتی در میزان بسیار اندک و محدود در ابنیه اعصار گذشته کتر به چشم می خورد. اما تنها از اوائل قرن هیجدهم با پیشرت می خورد. اما تنها از اوائل قرن هیجدهم با پیشرفت صنعت، استفاده از این فلز رو به فزودنی گذاشته است. از این طریق ایده های نو و پدیده های بدیع وارد صنعت ساختمانی گردید. در ابتدا از آهن برای کارهای جزئی همچون تزئینات و یا کلاف بندی بناهای سنگی استفاده می شد. 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 شایان توجهی در بهبود و پیشرفت صنعت یا]ن برداشته شد. دراواخر این قرن نتیاجی این پیشرفت ها دراختیار عموم قرار گرفت و این صنعت با توجه به توسعه روزافزودن صنایع اسلحه سازی بهبود حاصل کرد و اولین ابنیه 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 مورد مصرف آهن در تولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن در اروپا در قرن سیزدهم میلادی بوده است؛ پیشرفت های با ارزش در استفاده ازآهن در ساختمان گشوده شد.

قدیمی ترین مورد  مصرف آهن د رتولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن در اروپا در قرن سیزدهم میلادی بوده است؛ پیشرفت های با ارزش در استفاده از آهن در ساختمان، استفاده از یک زنجیر از جنس آهن نرم تحت کشش در گنبد کلیسای سنت پاول (PALE) برای جلوگیری از ریزش دیواره ها به بیرون و استفاده از چدن توس طپاکستون در قسمت های پیش ساخته ساختمان کریستال پالاس (قصره بلورین) در سال ۱۸۵۱ م. می باشند فولاد ماده نسبتا جدیدی است و در مقادیر صنعتی تنها درآمد. اولین ساختمان بلند ۱۰ طبقه با اسکلت فلزی در سال ۱۸۵۸ م. در شیکاگو توسط ویلیام لوبادن جنی ساخته شد. (تصویر شماره ۱)

متالورژی آهن و فولاد

روند متالورژی برای تولید محصول فلزی با شکل و خاصیت مورد نظر به کار برده می شود. تولید چدن اولین قدم در تبدیل سنگ آهن که مخلوطی از اکسیدهای آهنی و نمک های معدنی و مخلوطی از ۵ سیلیس، آلومین، سنگ آهک و سایر اجزای است، می باشد.

با ارزش ترین سنگ معدنی برای تولید چدن، سنگ آهن مغناطیسی یا مگنتیت Fe304 هماتیت ،لیمونیت ،  و سنگ آهن اسپانیک  می باشند که باید از ناخالصی های مضر مانند سولفورها و فسفورها عاری باشند. بیشترین مقدار آهن در انها باید مگنتیت و هماتیت تا ۷۰% می باشد. اهن موجود در سنگ آهن لیمونیت و اسپانیک معمولا کمتر از ۵۰ یا ۶۰% است.

سوخت در روند کوره بلند ذوب آهن کّک می باشد که محصول تصفیه و خشک کردن زغال در درجه حرارت بین ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه می باشد. از کک فقط برای تولید حرارت استفاده نمی شود، بلکه به منظور احیای سنگ آهن نیز به کار می رود.

درجه حرارت ذوب سنگ معدنی به کمک بارگیری مواد گدازآوری مانند سنگ آهک، کوارتز، ماسه سنگ و کوارتزیت کاهش می یابد.

در این کوره استوانه ای شکل که از جنس فولاد و به کمک آجرنسوز آستر شده است و کوره بلند نامیده می شود، چدن به صورت مذاب به دست می آید. مواد اولیه بر اساس مقادیر از پیش مشخص شده از بالای کوره بارگیری و بر اساس نیروی  جاذبه به سمت پایین کوره هدایت می شوند و رفته رفته داغ تر می شوند تا به حالت مذاب در می آیند. مواد مذاب حاصل شامل آهن خام و سرباره می باشند که به سمت بوته کوره که قسمت تحتانی استوانه است جاری می شوند. و به علت وزن مخصوص متفاوت آهن و سرباره این دو از یکدیگر جدا م یشوند و آهن توسط شیر تخلیه تحتانی وسرباره توسط شیر تخلیه فوقانی از انتهای کوره بلند تخلیه می شوند.(تصویر شماره ۲)

هوای داغ نیز از طریق مجراهایی که در بالای محل بوته قرار گرفته اند  به داخل کوره دمیده می شوند. کک ه کمک اکسیژن موجود در هوا می سوزد دی اکسید کربن حاصل به بالای کوره صعود می کند و با گذر ا زکنار زغال های کک فوقانی مبدل به مونواکسید کربن می شود.

مونواکسید کربن، آهن را از سنگ معدنی بر اساس فلمول زیر جدا می کند.

مقداری از گوگرد، فسفر، منگنز و سیلیس موجود در سنگ معدنی نیز که به صورت ناخالصی و اکسید بوده اند  و به همراه آهن از کوره خارج می شوند.

با تهیه چدن به جز کوره بلند از دو روش کوره الکتریکی و کوره احیا نیز استفاده می شود. در روش اول از جریان الکتریسیته برای ذوب سنگ آهن استفاده می شود. در روش دوم از گاز کربن یا گاز چاه های نفت مستقیما برای احیای سنگ آهن در درجه حرارت ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد استفاده می شود. این روش بهعلت شکل محصول به دست آمده، روش تولید آهن اسفنجی نیز نامیده می شود.

بخشی از آهن موجود در کوره بلند در دمای بین ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد با موواکسید کربن واکنش شیمیایی نشان می دهد و به صورت کربید آن در می آید.

تولید آهن از یک سری عملیات متوالی تشکیل شده که کاملا به هم وابسته هستند تا حداکثر بازدهی را در این عملیات متوالی تشکیل شده که کاملا به هم وابسته هستند تا حداکثر بازدهی را در این عملیات انرژی بر تضمین کنند. مراحل اصلی در روند تولید آهن عبارتند از تولید آهن خام و تبدیل آن به فولاد، ریخته گری فولاد مذاب و تبدیل ان به ورق یا تسمه یا پروفیل و ای در انتها توسط نورد سرد رول های ورق فولادی را به تسمه و پروفیل تبدیل می کنند.

سنگ آهن تولید سرباره مایعی می کند که بر روی سطح آهن مذاب شناور می شود. ناخالصی های آهن ج ذب سرباره شده و آهن تخلیص می شود. کل این روند مداوم است و کوره ذوب هرگز خاموش نمی شود، چون راه اندازی دوباره کوره باآجرهای نسوز مخصوص گران قیمت و زمان بر است. هر چند وقت یک بار، هنگامی که سطح سرباره بالا می آید، اضافی آن تخلیه می شود و به عنوان «تولید فرعی» به مصرف دیگری می رسد. وقتی برای روند فولادسازی «فلز مذاب» نیاز باشد. آن را درون بوته های بزرگی انتقال می دهند. دراین مرحله آهن فقط ۹۵- ۹۰ درصد خالص است و دارای ناخالصی های سولفور، فسفر، منگنز و یک کوره بلند معمولا بدون توقف حدود ۱۰ سال کار می کمند و در این مدت ۴۰۰۰۰ تن آهن درهر هفته تولید می کند.

از سرباره کوره بلند ذوب اهن به عنوانمواد با ارزشی برای تولید مصالح ساختمانی استفاده می شود. از آن جمله برای تهیه سیمان، بلوک، مصالح عایق حرارتی مانند «پشم سنگ» بهره برداری می شود. از گازهای کوره ذوب اهن نیز به عنوان منبع حرارت در کوره ذوب اهن نیز به عنوان منبع حرارت در قسمت های مختلف کارخانه استفاده می شود.

میزان کربن در فلزات آهنی:

مقدار کربن که با آهن آلیاژ شده به خاطر اثر مخصوصش بر ساختار بلوری میکروسکپی تاثیری مشخص بر خواص فیزیکی فلز می گذارد. برخی از اشکال کریستالی کربن و آهن که با نسبت آهن و کربن بستگی دارند، مثل: فریت، پرلیت و سمانتیت در دمای معمولی پایدار هستند؛ اما با افزایش دما، اشکال کریستالی فوق ناپایدار می شوند و در شکل گیری مجدد، کریستال ارسنیت را پدید می آورند؛ این ساختار را می توان با آبدیده کردن سریع فولاد داغ سرخ در دمای معمولی به تاخیر انداخت؛ در حقیقت با این روش از بولریزه شدن دوباره که روندی طبیعی است جلوگیری می کنیم. این اثرات در عملیات مختلف گرمایی که برای بهبود خواص فیزیکی فولاد بر روی آن انجام می شود به خوبی پدیدار می شود. (جدول شماره ۱)

–   آهن خالص (نرم): این آهن فقط (۰۲/۰) در صد کربن دارد و در روش سنتی با ذوب و اکسیده کردن چدن در یک کوره پاتیلی چرخان به دست می آمد. این کار از نظر تئوریک تا سوختن تمام کربن اهن خام ادامه می یابد تا آهن نرم خمیری شکل به دست آید که از کوره خارج می شود و چکش کاری می گردد. آهن نرم به خاطر مخلوط شدن تصادفی مواد نرم به خاطر مخلوط شدن تصادفی مواد سرباره با ان حالتی فیبری دارد (در آن ناخالصی به صورت فیبر وجود دارد) و ناخالصی هایی مثل سولفید منیزیم به همراه دارد. این فیبرها در چکش کاری به رگه های درازی تغییر شکل می یابند.

آهن نرم دمای ذوب بالایی در حدود ۱۵۴۰ درجه سانتی گراد دارد. در قدیم برای وسایل و قسمت هایی که باید کشش را تحمل می کردند، به کار می رفت. چون مقاومت کششی آن ۲ N/mm 350 است؛ این نوع آهن ها انعطاف پذیر است و قابلیت کاربردی بالایی دارد و به راحتی در دمای سرخ پرسکاری می شود و به همین خاطر ماقومت بالاتر از انتظار در برابر خوردگی ناشن می دهد و برای تولید کارهای آهنی تزئینی به کار می رود و به علت دمای ذوب بالایش جوش کاری یا ریخته گری با آن امکان پذیر نیست.

–   آهن معمولی: این آهن حدود ۲ درصد کربن دارد و با کوره توسط کک به دست می آید ، دمای ذوب پایین (حدود ۱۱۳۰ درجه سانتی گراد) و روانی بالای آن پس از ذوب آن رام برای روانی بالای آن پس از ذوب آن رام برای ریخته گری مناسب می سازد ولی، برخلاف آهن نرم، نمی توان روی آن در حالت مذاب کار کرد و عموماً یک ماده شکننده می باشد. مقاومت آن در برابر خوردگی به خوبی دیگ های بخار، وسایل داخل خیابان و کالای سنتی و هدایت آب باران (ناودان ها) است. انواع مختلف آهن ریخته گری به ساختارهای کریستالی مختلف آن بستگی دارند، چدن خاکستری که بیشتر مورد استفاده است بلورهای ریز گرافیت دارد که باعث خصوصیت شکنندگی می شود و رنگ خاکستری را در مقابل پدید می آورد. کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، ) می باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می شود. این ماده را می توان نرم کرد تا درجه شکنندگی آن کاهش یابد. نوعی دیگر از آهن خام که انعطاف پذیر است (چدن چکش خوار) با اضافه کردن منیزیم  سیلیکات آهن و نوعی دیگر از اهن خام که باعث بلوری شدن کربن و تبدیل ان به گره های گرافیت می شود پدید می آید. این ماده مقاومت کششی بیتشری دارد و مقاومت آن در برابر ضربه خیلی بیشتر است. همه انواع چدن در برابر فشار ماقوم هستند.

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .