علم متالورژی – تعریف آهن

بسمه تعالی

ای نام تو بهترین سر آ غاز بی نام تو نامه کی کنم باز

 

با نام خدا اغاز میکنیم که سرچشمه هستی است ,, هر انچه که هست از اوست .

به نام او که از ابتدای خلقت راه زندگی را به بشر اموخت و در هر برهه ای از زمان به نسبت نیاز بشر علم استفاده از مواهب و نعمتهای نازل شده بر زمین و اسمان و جهان هستی را آموخت .

و اینک پس از مقدمه علم متالورژی و توضیح جدول مندلیف ,قصد ان داریم که از پرکاربر ترین فلز روی زمین یعنی آهن , ماده ای که قران کریم به ان اشاره کرده و سوره ای را به این نام اختصاص داده ,, که در مقدمه به ان اشاره کردیم خامه را در دست بچرخانیم و مطالبی را مختصر توضیح دهیم .

 

الله جل جلاله الکریم ,درپنجاه وهفتمین سوره قرآن کریم که به نام حدید (( آهن)) میباشد ایه ای در وصف قابلیت حدید اورده است که چراغ راه بشیریت در علم متالورژی است میفرماید:
<<َ وأَنْزَلْنَا الْحَدیدَ فیهِ بَأْسٌ شَدیدٌ وَ مَنافِعُ لِلنَّاسِ؛ ^[۱] آهن را نازل کردیم که در آن نیروى شدید و منافعى براى مردم است.>>

 

ما به صراحت اعلام میکنیم ,, خادمان به بشر از این ماده حیاتی برای بقاء انسانها و خائنان برای نابودی مخلوقات خداوند استفاده میکنند.

واینک در حد گنجایش مبحث مقاله ,, به چگونگی پیدایش اهن و کاربرد های ان اشاره خواهیم کرد .

 

فلز آهن و کاربرد های آن

>> Iron oreسنگ آهن >>

قطعات , ابزار الات وادوات ساخته شده از متریال اهنی ((فولادی وچدنی ))با اشکال مختلف به شرح ذیل

اشیاء ساخته شده در حدود ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح (ع)

 

ابزار, قطعات و ادوات ساخته شده قرن ۲۱ میلادی در اشکال ذیل “

 

آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا” ۵% پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.

به جهت درک وضعیت متریال اهن باید بگوییم ,,,جرم یک اتم معمولی آهن ۵۶ برابر جرم یک اتم معمولی هیدروژن می باشد. عقیده دانشندان علم متالوژی بر این است که آهن , دهمین عنصر فراوان در جهان است..نام FE برا ی اهن مخفف کلمه لاتین FERRUM میباشد که دو حرف اول این کلمه به عنوان نام اختصاری این عنصر ذکر شده است .

 

اولین نشانه های استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان بر می گردد که تقریبا ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهاب سنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می ساختند. این سالها مقارن است با ظهور دانشمندی چون ذی القرنین …وهمانطور که در مقدمه توضیح دادیم ,, پدر علم متالورژی ذی اقرنین است .

از ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد , ادواتی ساخته شده از را از آهن در ایران قدیم , و مصر به چشم می خورد اما ظاهرابه عنوان فلزهای زینتی از آهن استفاده می شد و آهن فلزی گرانبها حتی باارزش تر از طلا به حساب می آمد.
بر اساس تعدادی از منابع آهن , بعنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می شد – مثل آهن اسفنجی – و بوسیله متالورژی آن زمان قابل تولید مجدد نبوده است.

از ۱۶۰۰ تا ۱۲۰۰ قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از آین فلز استفاده می شد, اما جایگزین کابرد برنز در در ان مقطع زمانی نشد .

 

از قرن دهم تا دوازدهم میلادی در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیل ابزار و سلاح های برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجایی , آغاز ناگهانی تکنولوژی های پیشرفته کار با آهن نبود, بلکه عامل اصلی , مختل شدن تامین قلع بود. ومشکلات ارتباطات بین المللی کشورها ,,در این دوره جابجایی که در زمانهای مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد, دوره ای از تمدن به نام عصر آهن را بوجود آورد.

همزمان با جایگزینی آهن به جای برنز , فرآیند کربوریزاسیون کشف شد که بوسیله آن به آهن موجود در آن زمان , کربن اضافه می کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است, بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا با چکش کاری جدا نموده ومحتوی کربن را اکسیده می کردند تا بدین طریق آهن نرم تولید کنند.

مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم در لایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می توان محصولی بسیار محکم تر بدست آورد,, که باید بگوییم اکثر متالورژها دران زمان از شهاب سنگها استفاده میکردند ,,در این روش “محصول بدست امده ,, که دارای سطح فولادی است, از برنزی که قبلا کاربرد داشت محکمتر و مقاوم تر بود,, البته دلیل این سختی هم مشخص بود چون در شهاب سنگها مقدار قابل توجهی نیکل وجود داشت ,,وهمین مطلب باعث سختی فوق العاده قطعه ساخته شده بود .

در چین نیزحدود ۳۰۰۰ سال پیش اولین بار از شهاب سنگها آهن شهاب سنگی تولید واجسام , اشیاء زینتی اهنی و متعاقبا ادوات جنگی تولید گردید .

 

.. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم, مایع مذابی بدست می آید که آلیاژی با ۵. ۹۶% آهن و ۳.۵% کربن است. این محصول محکم را می توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده , بسیار شکننده یودند ,, بطوریکه اگر تحت خمش وپیچش قرار میگرفتند و یا از ارتفاع که بزمین میافتادند مثل شیشه میشکستند ,, مگر آنکه بیشتر کربن آنرا از بین می بردند .
هخامنشیان ایرانی به تکنولوزی دست یافته بودندکه قادر بودند اعم ابرازهای جنگی بسیار قوی را از اهن بسازند ,, تکنولوژی ایرانیان با تمام دنیا متفاوت بود وسالهای سال هیچ کشوری بجز ایرانیان به این علم و فنون ایرانیان در استخراج سنگ اهن ونحوه خالص سازی و نهایتا متالورژی مختص به ایرانیان دست نیافتند , بعدها در اثر مراودات با دیگر کشورها علم ایرانیان چه بوسییله استیلاء بیگانگان وچه بوسیله سفرهای تجارتی ,, علم متالورژی ایرانیان به اکثر کشورهای جهان سرایت کرد .

در بخش زیادی از قرون وسطی در اروپای غربی آهن را همچنان با روش تبدیل آهن اسفنجی به آهن نرم بدست می آوردند. تعدادی از قالب گیریهای آهن در اروپا بین سالهای ۱۱۵۰ و ۱۳۵۰ بعد از میلاد در دو منطقه در سوئد به نامهای (( لافیتان ))Lapphyttan وVinarhyttan ((ویناریتان )) انجام شد.
دانشمندان می پندارند شاید این روش بعد از این در دیگر کشورهای جهان هم اجام شد . باشد,.

در ایران , علم متالورژ ی پیشرفت بسیار عجیبی کرد ,, بطوریکه نادر شاه افشار ویارانش با چیره بر علم متالورژی میتوانستند توپهای جنگی را در محل جنگ بسازند بجنگند وسپس ادوات را مجددا ذوب کرده به صورت شمش در اورده و بار گاریهای جنگی مخصوص جابجایی ادوات زرهی ,,حمل ونقل میکردند وبه هر کشوری که میرسیدند همانجا<< بیلتهای >>اماده را ذوب وبه ادوات جنگی تبدیل کرده و دشمن را به سرعت از پای در میاوردند .

دلیل غلبه نادر شاه در تمامی جنگها سرعت عمل در لشگر کشی وساخت ادوات جنگی در محل بود که سرعت و ساخت هردو تکنیک جنگی بود که اختصاص به خود نادر داشت و هیچ جنگاوری نه قبل از ناد ر ونه بعد از نادر نتوانستند به ان دست یابند .

این علم متاسفانه با عدم نشر , به ورطه فراموشی سپرده شد و یا به تاراج رفت,, اما ناگهان این علم از سوئد سر در اورد و سوئدی ها در کمال ناباوری سردمدار علم متلورژی شدند .وهمان علم ایرانی را به خود ایرانیان فروختند ….وای اسفا !؟

در دانشگاه شفیلد انگلستان دپارتمان متالورژی ..مدارکی هست که نوشته شده ما علم متالورژ ی را از ایرانیان اموختیم …ولی ما << ایرانیان >> خود هم اکنون این علم را زبیگانه تمنا میکنیم .,,, افسوس !!!؟؟

 

در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می شد. در قرن ۱۸ در انگلستان از یک منبع فراوان یافت ,,مثل زغال سنگ << Coal >>برای ذوب سنگ اهن استفاده شد چون منابع چوبی کمیاب شدند و همین ماجرا باعث پیدایش سوخت جایگزین چوب گردید .. این نوآوری بوسیلـــه Abraham Darby انرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود.

کلمه ذغال سنگ به دوصورت زغال و ذغال در فارسی نوشته میشود که هردو کلمه مورد تایید است لکن فرهنگستان ایران تاکید بر نوشتار زغال دارد.

اهن <<fe –iron >>

این فلز , از سنگ معدن آهن استخراج می شود و به ندرت به حالت آزاد (عنصری) یافت می گردد.
برای تهیه آهن عنصری , باید ناخالصیهای آن با روش کاهش شیمیایی از بین برود. آهنی که برای تولید فولاد بکار می رود,ععنصر نیست, بلکه یک آلیاژ و مخلوطی است از فلزات متفاوت (تعدادی غیر فلز بخصوص کربن ).

سنگ اهن هم اکنون در یک چهارم از کشورهای حال حاضر(( یعنی در بیش از ۴۵ کشور جهان امروزی )) یافت میشود و کشور ما ایران هم از ان مستثنی نیست ودر بعضی از استانهای ما این سنگ فلز ارزشمند یافت میشود … معدن سنگ آهن سنگان با ذخیره ۱٫۲ میلیارد تن (رتبه نهم جهان) و معدن گل گهر سیرجان با ۱ میلیارد تن (رتبه دهم جهان)در سنگ اهن دارد .

اما حجم استخراج چند کشورمثل : برزیل , استرالیا , هند ,چین , روسیه , گوی سبقت را از دیگران ربوده بطوری که بیش از ۷۰ درصد سنگ اهن جهان در این کشورها یافت میشود .

برای تولید تقریبا یک تن آهن خام دو تن سنگ آهن مورد نیاز است.واین بیانگر این هست که برای هرمقدار تولید اهن دوبرابرمقدار وزنی اهن باید سنگ اهن استخراج شده در اختیار داشته باشیم.

آهن از سنگ معدن هماتیت که عمدتا” Fe_۲O_۳ می‌باشد، استخراج می‌گردد. این فلز را بوسیله روش کاهش با کربن که عنصری واکنش‌‌پذیرتر است جدا می‌کنند. این عمل در کوره بلند در دمای تقریبا” ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد.

 

امیدواریم با توضیحات داده شده توانسته باشیم خواسته های شما مشتاقان علم متالورژ ی را براورده کرده باشیم .

ازخدا خواهیم توفیق عمل .

دپارتمان فنی مهندسی شرکت پراگ

مولف : دکتر هاشم ابهری