يعد الحديد والفولاذ من أكثر المعادن شيوعًا في البناء والنقل والصناعات التجارية، تطبيقات المعدنين متشابهة لدرجة أن معظم الناس يستخدمون أسمائهم بالتبادل، على الرغم من أوجه التشابه المذهلة في التطبيقات المختلفة، يعد الفولاذ والحديد معدنين مختلفين لهما تركيبات فريدة في حد ذاتها.
ما هو الحديد
الحديد هو رابع أكثر العناصر وفرة في اللب الداخلي والخارجي للأرض، إنه أنقى معدن على هذا الكوكب ويستخدم بشكل شائع في تصنيع المعادن الأخرى، الحديد بالمعنى الحقيقي للكلمة ليس المعدن القوي الذي يستخدم غالبًا لدعم المباني والجسور، إن الحديد المستخدم في البناء والتطبيقات الأخرى ليس حديدًا نقيًا ولكنه سبيكة يتم دمجها مع عناصر أخرى لتحقيق الخصائص الفيزيائية المطلوبة.
الخصائص الفيزيائية للحديد
الحديد النقي لونه أبيض فضي، يسهل العمل به ويمكنك قصه باستخدام السكين، يمكن طرق الحديد النقي في شكل صفائح وسحبها إلى أسلاك، على الرغم من هذه الخصائص المدهشة، لا يزال الحديد يوصل الحرارة والكهرباء مثل المعادن الأخرى ويمكن أن يكون ممغنطًا.
الخواص الكيميائية للحديد
يتحد الحديد النقي بسهولة مع الأكسجين الموجود في الهواء، مما يجعل من الصعب العثور على الحديد النقي، حتى عندما يتم دمجه مع عناصر لصناعة السبائك المختلفة مثل النوع المستخدم في البناء، لا يزال الحديد يتفاعل مع الهواء الرطب، مكونًا أكسيد بني محمر (الصدأ)، يمكن أن يتفاعل المعدن مع الكربون والكبريت والسيليكون أيضًا.
ما هو الفولاذ
الفولاذ هو نوع من سبائك الحديد، يحتوي على نسبة كربون أقل من الحديد المصبوب والمطاوع حيث يجب أن لا تتجاوز نسبة الكربون فيه 3 %، ويمكن دمجة بعناصر أخرى لإعطائه خصائص معينة، على غرار الحديد هناك أنواع مختلفة من الفولاذ ، لكن جميعها تحتوي على الحديد كعنصر أساسي.
أنواع الفولاذ
الفولاذ الكربوني
هو نوع أساسي من الفولاذ يحتوي على حوالي 1٪ من الكربون، الفولاذ الكربوني هو أكثر أنواع الفولاذ شيوعًا حيث يشكل 80٪ من غالبية الفولاذ المنتج يوميًا.
سبائك الفولاذ
تحتوي على الحديد والكربون وعناصر مختلفة مثل النيكل أو السيليكون أو الكروم أو النحاس أو الفناديوم، تعتمد خصائص سبائك الفولاذ الناشئة على نوع عنصر السبائك المستخدم،
الاختلافات بين الحديد والصلب
على الرغم من أن كلا المعدنين يبدوان بنفس المركب الأساسي، إلا أنهما يتحولان بعد الإنتاج إلى معادن فريدة مختلفة، على هذا النحو، فإنها غالبًا ما تظهر اختلافات، والتي تحدد التطبيقات التي يمكن استخدام كل معدن من أجلها.
المتانة
تعتبر المتانة عاملاً حاسمًا عند بناء الهياكل التي تقاوم الصدأ واختبار الزمن، كل من الحديد والصلب متينان للغاية، ومع ذلك فإن ميل الحديد للتفاعل مع الأكسجين والرطوبة يجعله عرضة للتآكل، على على عكس الفولاذ حيث يوفر الفولاذ متانة أفضل ،ويمكن أن يتحمل القوة الهائلة والحرارة وعوامل الطقس، ناهيك عن عدم تأثره بالعفن أو الصدأ، على عكس الحديد و الفولاذ لا يتصدع أو يتشوه أو يتلف أو يفسد أو ينقسم ويعتبر أحد أكثر المعادن متانة في البناء بفضل تعدد استخداماته.
التآكل
يحدث التآكل بسبب الأكسدة الكيميائية حيث يؤثر على الطبقة الخارجية للمعدن، فإنه يغير أيضًا التركيب الكيميائي للمعدن، الحديد عرضة للأكسدة مما يؤدي إلى الصدأ والتآكل، يمكن أن يتأثر الفولاذ أيضًا بالمياه، ومع ذلك هناك تدابير يمكن أن تزيد المقاومة وتقليل المخاطر مثل استخدام الدهانات والبخاخات الواقية، إلى جانب ذلك الفولاذ عبارة عن سبيكة غير مسامية، مما يعني أنه يقاوم التآكل بشكل طبيعي.
تعدد الاستخدامات
الفولاذ متعدد الاستخدامات بشكل لا يصدق مما يسمح للإبداع والمرونة، ويمكن تشكيله وتثبيته وفقًا لاحتياجات أي مشروع، وهذا هو سبب استخدامه بشكل شائع لصنع أشكال معقدة، أكثر ما يبرز في تنوع الفولاذ هو قدرته على الثني والتشكيل دون المساس بوظائفه المختلفة حيث ان الفولاذ غير وجه العالم بشكل كبير بسبب رخص ثمنه وقدرته الكبيرة جدا.
تزداد استخدامات الحديد عند مزجه بالكربون أو أي سبيكة أخرى في الماضي، كان المهندسون المعماريون يستخدمون الحديد لملء القوالب المعقدة، ومع ذلك فقد تغير الزمن، وبينما لا يزال بإمكان الحديد صنع تفاصيل مزخرفة مثيرة للإعجاب، فإن الحديد متعدد الاستخدامات بشكل كبير لكن ليس متعدد الاستخدامات بقدر الفولاذ عندما يتعلق الأمر بالبناء، وتطبيقات أخرى كصناعة السيارات أو صناعات الفضاء والسفن.
