الحديد الزهر هو سبيكة حديد-كربون تحتوي على نسبة كربون تزيد عن 2.11% (2.5-4%). وهي سبيكة متعددة المكونات تتكون من الحديد والكربون والسيليكون كمكونات رئيسية وتحتوي على شوائب أكثر مثل المنغنيز والكبريت والفوسفور مقارنة بالفولاذ الكربوني. وفي بعض الأحيان، من أجل تحسين الخواص الميكانيكية أو الخواص الفيزيائية والكيميائية للحديد الزهر، يمكن إضافة كمية معينة من عناصر السبائك للحصول على الحديد الزهر السبائكي.
تصنيف الحديد الزهر:
1. وفقًا للأشكال المختلفة للكربون في الحديد الزهر، يمكن تقسيم الحديد الزهر إلى:
1. كربون الحديد الزهر الأبيض، باستثناء كمية صغيرة مذابة في الفريت، فإن بقية الكربون موجودة في شكل سمنتيت في الحديد الزهر، وكسرها أبيض فضي، لذلك يطلق عليه الحديد الزهر الأبيض. في الوقت الحاضر، يستخدم الحديد الزهر الأبيض بشكل أساسي كمواد خام لصناعة الصلب وخام لإنتاج الحديد الزهر القابل للطرق.
2. يوجد كربون الحديد الزهر الرمادي في الحديد الزهر على شكل رقائق جرافيت في كل أو معظم الحديد الزهر، ويكون كسره رماديًا داكنًا، لذلك يسمى حديد الزهر الرمادي.
3. يوجد جزء من الكربون في الحديد الزهر المحفور على شكل جرافيت، يشبه الحديد الزهر الرمادي؛ ويوجد الجزء الآخر على شكل سمنتيت حر، يشبه الحديد الزهر الأبيض. يوجد حفر سوداء وبيضاء في الكسر، لذلك يُطلق عليه الحديد الزهر المحفور. هذا النوع من الحديد الزهر أيضًا شديد الصلابة والهشاشة، لذلك نادرًا ما يستخدم في الصناعة.
2. وفقًا للأشكال المختلفة للجرافيت في الحديد الزهر، يمكن تقسيم الحديد الزهر إلى
1. الحديد الزهر الرمادي يوجد الجرافيت في الحديد الزهر على شكل رقائق.
2. الحديد الزهر القابل للطرق يوجد الجرافيت في الحديد الزهر على شكل مجموعات، ويتم الحصول عليه عن طريق تلدين الحديد الزهر الأبيض ذي التركيبة المحددة في درجة حرارة عالية لفترة طويلة. خواصه الميكانيكية (خاصة الصلابة والمرونة) أعلى من خواص الحديد الزهر الرمادي، لذلك يطلق عليه عادة اسم الحديد الزهر القابل للطرق.
3. الحديد الزهر المطاوع يوجد الجرافيت في الحديد الزهر على شكل كروي. يتم الحصول عليه بعد معالجة كروية قبل صب الحديد المنصهر. هذا النوع من الحديد الزهر لا يتمتع بخصائص ميكانيكية أعلى من الحديد الزهر الرمادي والحديد الزهر القابل للطرق فحسب، بل إن عملية إنتاجه أبسط من الحديد الزهر القابل للطرق، بل يمكن أيضًا تحسينه من خلال المعالجة الحرارية. لذلك، أصبح تطبيقه في الإنتاج أكثر اتساعًا.
استخدامات أنواع الحديد الزهر الحديد الزهر الأبيض
يوجد الكربون في الحديد الزهر الأبيض بالكامل على شكل كربون متسرب (Fe3c)، لذا فإن الكسر يكون أبيض ساطعًا. لذلك، يُطلق عليه الحديد الزهر الأبيض. نظرًا لوجود كمية كبيرة من Fe3c الصلب والهش، يتمتع الحديد الزهر الأبيض بصلابة عالية وهشاشة عالية ويصعب معالجته. لذلك، نادرًا ما يتم استخدامه مباشرة في التطبيقات الصناعية، ويستخدم فقط لبضعة أجزاء تتطلب مقاومة للتآكل ولا تخضع للصدمات، مثل قوالب سحب الأسلاك وكرات الحديد الكروية وما إلى ذلك. تُستخدم معظمها كقضبان لصناعة الصلب والحديد الزهر القابل للطرق.
الحديد الزهر الرمادي
يوجد معظم أو كل الكربون في الحديد الزهر على شكل رقائق جرافيت حرة. الكسر رمادي. يتميز بأداء صب جيد وقابلية قطع جيدة ومقاومة احتكاك ومقاومة جيدة للتآكل ومكونات ذوبانه بسيطة ومنخفضة التكلفة ويستخدم على نطاق واسع في تصنيع المسبوكات المعقدة والأجزاء المقاومة للتآكل. ينقسم الحديد الزهر الرمادي إلى ثلاث فئات وفقًا لهيكل المصفوفة: الحديد الزهر الرمادي القائم على الفريت والحديد الزهر الرمادي القائم على البيرليت والفيريت والحديد الزهر الرمادي القائم على البيرليت. نظرًا لوجود رقائق جرافيت في الحديد الزهر الرمادي، والجرافيت هو مكون ذو كثافة منخفضة وقوة منخفضة وصلابة منخفضة ومرونة وصلابة تقترب من الصفر. وجوده يشبه عددًا كبيرًا من الفجوات الصغيرة في مصفوفة الفولاذ، مما يقلل من مساحة التحمل ويزيد من مصدر التشقق. لذلك، يتمتع الحديد الزهر الرمادي بقوة منخفضة وصلابة ضعيفة ولا يمكن معالجته بالضغط. ولتحسين أدائها، تتم إضافة كمية معينة من الفيروسيليكون والسيليكون الكالسيوم ومواد تلقيح أخرى إلى الحديد المنصهر قبل الصب لتكرير مصفوفة البيرلايت.
الحديد الزهر القابل للطرق
يتم تصنيع الحديد الزهر المطروق من سبيكة الحديد والكربون ذات المحتوى المنخفض من الكربون والسيليكون في فراغات الحديد الزهر الأبيض، ثم يتعرض لمعالجة التلدين عالية الحرارة طويلة الأمد لتحلل السمنتيت إلى جرافيت متكتل. الحديد القابل للتشكيل هو حديد زهر أبيض متكتل. ينقسم الحديد الزهر القابل للطرق إلى فئتين وفقًا للهياكل الدقيقة المختلفة بعد المعالجة الحرارية؛ أحدهما هو الحديد الزهر القابل للطرق ذو القلب الأسود والحديد الزهر القابل للطرق بالبيرلايت. يتكون هيكل الحديد الزهر القابل للطرق ذو القلب الأسود بشكل أساسي من مصفوفة الفريت (F) + الجرافيت المتكتل؛ يتكون هيكل الحديد الزهر القابل للطرق بالبيرلايت بشكل أساسي من مصفوفة البرليت (P) + الجرافيت المتكتل. الآخر هو الحديد الزهر القابل للطرق ذو القلب الأبيض. يتم تحديد هيكل الحديد الزهر القابل للطرق ذو القلب الأبيض من خلال حجم المقطع العرضي. يعتمد المقطع العرضي الصغير على الفريت، ومساحة سطح المقطع العرضي الكبير هي الفريت، والنواة هي البيرلايت والكربون المتكتل. يصبح الجرافيت ناعمًا وموزعًا بالتساوي. يُطلق على الحديد الزهر الذي خضع لهذا العلاج بالتطعيم اسم الحديد الزهر المطعّم.
يلقي الحديد الدكتايل
قبل صب الحديد المنصهر (الحديد المطاوع)، تتم إضافة كمية معينة من عامل التكوير (يستخدم عادةً الفيروسيليكون والمغنيسيوم وما إلى ذلك) لتحويل الجرافيت إلى شكل كروي في الحديد الزهر. نظرًا لوجود الكربون (الجرافيت) في مصفوفة الحديد الزهر في شكل كروي، فإن تأثيره القاطع على المصفوفة يتحسن، كما يتم تحسين قوة الشد وقوة الخضوع والمرونة وصلابة الصدمات للحديد المطاوع بشكل كبير. كما يتمتع بمزايا مقاومة التآكل وامتصاص الصدمات والأداء الجيد للعملية والتكلفة المنخفضة. لقد حل الآن محل الحديد الزهر القابل للطرق وبعض أجزاء الفولاذ المصبوب والفولاذ المزور على نطاق واسع، مثل أعمدة الكرنك وقضبان التوصيل والبكرات والمحاور الخلفية للسيارات وما إلى ذلك.