الفروقات الأساسية بين الحديد والفولاذ
تختلف الاستخدامات التي ينطوي عليها الحديد عن الفولاذ نظرًا لوجود العديد من الاختلافات بينهما. إليكم أبرز هذه الاختلافات:
القوة والوزن
يوفر الفولاذ قوة أكبر تتجاوز تلك التي يملكها الحديد، إلى جانب تمتعه بكثافة عالية، مما يجعله مادة مثالية للاستخدام في مشاريع البناء. لقد استبدل الفولاذ الحديد الذي كان مستخدمًا منذ قرون طويلة، بفضل توفره بكميات كبيرة منذ بدايات القرن التاسع عشر.
كما أن الفولاذ يتميز بخفة وزنه مقارنة بالحديد، على الرغم من قدرته الاستثنائية على تحمل الضغوط والإجهادات.
المتانة
يعتبر الفولاذ أكثر المواد استخدامًا في البناء متانة بالمقارنة مع الحديد، حيث إنه لا يتشقق أو يتجزأ ويمتلك مقاومة قوية للظروف البيئية مثل الرياح والأمطار. هذا بالإضافة إلى مقاومته للعفونة والصدأ، وقدرته على تحمل درجات الحرارة العالية والضغوط الكبرى، مما يجعله الخيار الأمثل لاستدامة البناء لفترات طويلة.
مقاومة التآكل
يعرف الفولاذ بمقاومته العالية للتآكل مقارنة بالحديد، إذ إنه أقل عرضة للصدأ والتأكسد بفضل تركيبه غير المسامي، مما يجعله أقل تأثرًا بالماء. ولحسن الحظ، هناك العديد من العوامل التي يمكن استخدامها لمقاومة التآكل الناتج عن التعرض للرطوبة، مثل الدهانات والطلاءات الواقية.
التكلفة
تتمثل ميزة الفولاذ في كونه يتميز بوزن خفيف مقارنة بالحديد، مما يجعل تكاليف إنتاجه أقل. زيادة الطلب على الفولاذ منذ الثورة الصناعية ساهمت في رفع حجم إنتاجه، بينما يتطلب الحديد معدات إنتاج مرتفعة التكاليف.
سهولة الاستخدام
يعتمد المهندسون المعماريون بشكل كبير على الفولاذ نظرًا لسهولة ثنيه وتشكيله ليتناسب مع مختلف التصاميم. بالمقابل، يتميز الحديد أيضًا بسهولة استخدامه، خاصةً عند دمجه مع عناصر أخرى، وقد كان استخدامه شائعاً خلال الفترة الفيكتورية وما زال يُستخدم حاليًا في تفاصيل تحتاج إلى زخرفة.
الاستدامة
يتمتع كل من الحديد والفولاذ بخصائص استدامة ممتازة، حيث يمكن إعادة تدوير الفولاذ بالكامل بنسبة 100% واستخدامه مرات عديدة دون التأثير على متانته. الأمر نفسه ينطبق على الحديد، الذي يمكن إعادة تدويره كليًا.
التركيب الكيميائي
يعتبر الحديد عنصرًا كيميائيًا، بينما الفولاذ هو سبيكة تتضمن الحديد والكربون، بالإضافة إلى إمكانية مزجه مع معادن أخرى مثل الكروم، الذي يعطيه خاصية مقاومة الصدأ.
المغناطيسية
إن الطبيعة الهشة للحديد الخام تجعل سبائك الفولاذ أكثر مغناطيسية واستقرارًا مقارنة بالحديد.
الحديد
يمثل الحديد المعدني رمز (Fe) ويملك رقمًا ذريًا 26، ويتميز بأنه معدن لامع ومرن في الوقت ذاته. كما يتمتع الحديد بخصائص مغناطيسية تجعله يجذب المعادن الأخرى، بالإضافة إلى قدرته على عكس الضوء نتيجة لطلائه بالكروم.
يعود استخدام الحديد في البناء إلى 6000 عام مضت، حيث استخدم في بناء هياكل بارزة مثل برج إيفل وتمثال الحرية. يُعتبر الحديد معدنًا شائعًا يُستخدم في أنحاء كثيرة من العالم، وعادة ما يتم دمجه مع عناصر أخرى لتشكيل سبائك أقوى وأكثر مرونة.
كما يُعتبر الحديد من المعادن الأساسية اللازمة لجسم الإنسان، حيث يساهم في تكوين الهيموجلوبين الموجود في خلايا الدم الحمراء، ويمكن الحصول عليه من الأغذية مثل:
- اللحوم الحمراء.
- الدجاج.
- المحار.
- البقوليات مثل العدس والفول.
- الخبز.
- الخضراوات.
- الحبوب المدعمة.
- الأسماك.
الفولاذ
يعد الفولاذ سبيكة معدنية تتكون من الحديد والكربون مع كميات ضئيلة من معادن أخرى. ويتميز الفولاذ بقدرته على احتواء الكربون بنسبة تصل إلى 2.14%، مما أحدث تأثيرًا فيزيائيًا كبيرًا يجعله أقوى بكثير مقارنة بالحديد.
الفولاذ هو مادة من صنع الإنسان ولا يوجد بشكل طبيعي على سطح الأرض، كما أنه لا يدخل في النظام الغذائي للإنسان كما يفعل الحديد، حيث يتم إنتاج نصف كمية الفولاذ عالميًا في الصين.
تتضمن آلية تصنيع الفولاذ تسخين الحديد مع الكربون وبعض المعادن الأخرى حتى تذوب، مما يسهل تفاعلها مع الأكسجين، حتى تُشكل سبيكة الفولاذ، وتستخدم الكهرباء أو اللهب لإتمام العملية بدقة.
أنواع الحديد والفولاذ
وفيما يلي أشهر أنواع الحديد والفولاذ:
أنواع الحديد
توجد أنواع متعددة من الحديد تعتمد على نسبة الكربون الموجودة، ومنها:
- الحديد الزهر
(بالإنجليزية: Cast iron) هو خليط يحتوي على نسبة كربون مرتفعة تصل إلى (3-4) %، بالإضافة إلى الفسفور والمنغنيز والسيلكون، مما يمنحه صلابة كبيرة. ويشمل عدة أنواع فرعية اعتمادًا على توزيع الكربون.
- الحديد المطاوع
(بالإنجليزية: Wrought iron) هو نوع يحتوي على كميات قليلة جدًا من الكربون. يتميز بنعومته ومقاومته للصدأ، ولكنه أقل صلابة. يُنتج بكميات صغيرة ، ويُعتبر من الأنواع الأكثر شهرة قبل القرن التاسع عشر.
أنواع الفولاذ
تشمل أنواع الفولاذ ما يلي:
- الفولاذ الكربوني
(بالإنجليزية: Carbon steels) هو فولاذ يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين (1-2)%. يدخل في صناعات متعددة مثل هياكل السيارات والسفن.
- سبائك الفولاذ
(بالإنجليزية: Alloy steels) هي خليط من الحديد والكربون وبعض العناصر المعدنية، مثل النحاس أو الكروم، مما يضيف ميزات تجعل سبائك الفولاذ مختلفة عن الفولاذ الكربوني.
- فولاذ الأدوات
(بالإنجليزية: Tool steels) مخصص لصناعة الأدوات والآلات، ويتكون من الحديد والكربون وعناصر إضافية مثل النيكل، مما يمنح خصائص مقاومة للصدأ وزيادة في الصلابة.
- الفولاذ المقاوم للصدأ
(بالإنجليزية: Stainless steels) هو النوع الأكثر شيوعًا، ويستخدم في صناعة أدوات المطبخ والأدوات الطبية، ويتميز باحتوائه على نسبة عالية من الكروم والنيكل مما يمنحه مقاومة فائقة للصدأ.
إن الفروقات ما بين الحديد والفولاذ تشير إلى اختلافات ملحوظة في القوة والمتانة والوزن ومقاومة التآكل وسهولة الاستخدام وطبيعة المواد، حيث يلعب عنصر الكربون دورًا محوريًا في تحديد الخصائص والسمات المختلفة لكل منهما.