أنواع الحديد الزهر وأهم استخداماته

أنواع حديد الزهر

تُنتج أنواع عدة من حديد الزهر باستخدام تقنيات معالجة مختلفة، وتشمل هذه الأنواع ما يلي:

حديد الزهر الرمادي

يتميز حديد الزهر الرمادي (Grey cast iron) ببنيته الدقيقة التي تحتوي على رقائق الجرافيت، مما يمنحه اللون الرمادي الداكن. وُجدت هذه الرقائق نتيجة إضافة السيليكون الذي يثبّت الكربون في شكل جرافيت بدلاً من كربيد الحديد. يتضمن تركيب حديد الزهر الرمادي من 2.5% إلى 4% كربون و1% إلى 3% سيليكون. يُعتبر هذا النوع الأكثر شيوعاً، حيث يتم استخدامه في التطبيقات التي تتطلب صلابة عالية، وقابلية للتشكيل، وموصلية حرارية مرتفعة، مثل المكونات المستخدمة في الحدائد، والمشعبات، وأدوات الطهي وغيرها.

حديد الزهر الأبيض

يُعرف حديد الزهر الأبيض (White cast iron) بلونه الأبيض المائل إلى الأصفر نتيجة احتوائه على مركبات الحديد المعروفة بالسمنتيت. تركيبة هذا الحديد تتضمن 1.8% إلى 3.6% كربون، و0.5% إلى 1.9% سيليكون، و1% إلى 2% منغنيز. يُعرف حديد الزهر الأبيض بأنه قاسٍ ولكن هش، يحتوي على نسبة منخفضة من السيليكون ونقطة انصهار منخفضة، حيث تتشكل جزيئات كبيرة من الكربون، مما يعزز صلابته. يُستخدم هذا النوع بشكل فعال في التطبيقات الاقتصادية نظرًا لمقاومته للمواد الكاشطة، مثل قضبان الرافعة والهياكل الداخلية لطواحين الطحن وغيرها.

حديد الزهر القابل للطرق

يتمخض الحديد الزهر القابل للطرق (Malleable cast iron) من الحديد الأبيض الذي تم إخضاعه لعملية معالجة حرارية، مما يؤدي إلى تحول الكربيد إلى جرافيت، متشكلًا هيكلًا كرويًا غير منتظم. تستغرق معالجة هذا الحديد حوالي يومين حيث يسخن ثم يبرد، مما يسمح بتشكيله وفقًا للأبعاد المطلوبة. يمتاز بخصائصه المرنة وقابلية التشكيل الجيدة، فضلاً عن متانته ضد الكسر عند درجات حرارة منخفضة. يُستخدم في التركيبات والمعدات الكهربائية، والأدوات اليدوية، ومعدات الغسيل، والمعدات الزراعية، وأجزاء الماكينات.

حديد الجرافيت المضغوط

يتميز حديد الجرافيت المضغوط (Compacted graphite iron) بهيكل من الجرافيت يجمع بين خصائص حديد الزهر الأبيض والرمادي. يتكون هيكله من ميكروكريستالين حول رقائق حادة من الجرافيت، مع استخدام سبائك كاليتيانيوم لإزالة التكوين الكروي للجرافيت. يمتاز بقوة شد وليونة أفضل مقارنةً بالحديد الرمادي، ويمكن تعديل خصائصه عن طريق المعالجة الحرارية أو إضافة سبائك متنوعة. يُستخدم في إطارات محركات الديزل، وبطانات الأسطوانات، وأسطوانات الفرامل الخاصة بالقطارات، ومشعبات العادم.

حديد الزهر المرن

يتشكل حديد الزهر المرن (Ductile cast iron) بفضل وجود جرافيت على شكل عُقد كروية، دون الحاجة إلى معالجة حرارية، بل يعتمد على تركيب كيميائي محدد. يحتوي هذا الحديد على 3.2% إلى 3.6% كربون، و2.2% إلى 2.8% سيليكون، و1% إلى 2% منغنيز، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من المغنيسيوم والفوسفور والكبريت والنحاس. يتميز الشكل الكروي لجزيئات الجرافيت بفضل وجود المغنيسيوم، مما يمنح هذا النوع مرونة أكبر مقارنةً بالحديد الزهر الأبيض والرمادي، ويجعله مقاومًا للحرارة العالية. يُستخدم في أنابيب البنية التحتية للمياه والصرف الصحي، بالإضافة إلى المكابح، والصمامات، والمضخات، والأجزاء الهيدروليكية.

حديد الزهر المبرد

يتم إنتاج حديد الزهر المبرد (Chilled cast iron) عن طريق تعديل مركبات الكربون في حديد الزهر الأبيض. عندما يحدث تبريد طبيعي على السطح، يتكون حديد الزهر الأبيض، بينما يُنتج الحديد الرمادي عند التبريد البطيء تحت السطح. عند انخفاض عمق البرودة، تزيد صلابة المنطقة المبردة ويزداد محتوى الكربون. يُستخدم الكروم بنسبة تتراوح بين 1% و4% للتحكم في عمق البرودة، مما يزيد من الصلابة ويحسن مقاومة التآكل وي stabilizes الكربيد، كما يمنع تكون الجرافيت. عند إضافة الكروم بنسب من 12% إلى 35%، يعزز من مقاومة التآكل والأكسدة في درجات حرارة مرتفعة.

تعريف حديد الزهر

يمكن تعريف حديد الزهر على أنه سبيكة من الحديد تحتوي على نسبة تتراوح بين 2% إلى 4% من الكربون، بالإضافة إلى كميات من السيليكون والمنغنيز وبعض الشوائب مثل الفوسفور والكبريت. يُصنّع عن طريق تقليص خام الحديد في فرن الصهر، حيث يُصَب الحديد السائل بعد الصهر في سبائك تُعرف بالخنازير، ثم يُعاد صهر الخنازير مع البقايا والعناصر السبائكية في فرن الدست قبل إعادة صبه في قوالب لإنتاج أنواع متنوعة من المنتجات.