أنواع مختلفة من الحديد الزهر

أنواع حديد الزهر

تتعدد أنواع حديد الزهر التي يتم إنتاجها اعتمادًا على تقنيات المعالجة المختلفة، ومن أبرز هذه الأنواع ما يلي:

حديد الزهر الرمادي

يمتاز حديد الزهر الرمادي (Grey cast iron) بتكوينه المتناغم الذي يحتوي على رقائق الجرافيت، مما يمنحه لونًا رماديًا داكنًا. يعود وجود هذه الرقائق إلى إضافة السيلكون، الذي يساعد على تثبيت الكربون على شكل جرافيت بدلاً من كربيد الحديد. يحتوي حديد الزهر الرمادي على ما بين 2.5 إلى 4% كربون و1 إلى 3% سيليكون في تركيبه، ويعتبر الأكثر شيوعًا بين أنواع حديد الزهر، حيث يتم استخدامه في التطبيقات التي تتطلب صلابة وقابلية معالجة عالية، بالإضافة إلى الموصلية الحرارية الممتازة مثل الاستخدامات في الحدافة والمشعبات وأدوات الطهي وغيرها.

حديد الزهر الأبيض

يسمى حديد الزهر الأبيض (White cast iron) بهذا الاسم بسبب لونه الأبيض المائل إلى الأصفر، الناجم عن احتوائه على مركبات الحديد المعروفة بالسمنتيت. يشتمل تركيبه على 1.8 إلى 3.6% كربون، 0.5 إلى 1.9% سيليكون، ونحو 1 إلى 2% منجنيز. يعتبر حديد الزهر الأبيض قاسيًا لكنه هش، ويمتلك نقطة انصهار منخفضة، حيث تظهر فيه كميات كبيرة من الكربون على شكل جزيئات ضخمة تعزز صلابته. يتميز هذا النوع بفعاليته من حيث التكلفة ومقاومته للمواد الكاشطة، ويستخدم في تطبيقات مثل القضبان الرافعة والهيكل الداخلي لطواحين الطحن وغيرها.

حديد الزهر القابل للطرق

يتم تصنيع حديد الزهر القابل للطرق (Malleable cast iron) من الحديد الأبيض الذي يخضع لعملية معالجة حرارية تجعل الكربيد يتحول إلى جرافيت، مما يخلق بنى كروية غير منتظمة الشكل. تمتد فترة تسخينه ومعالجته إلى يومين، تليها عملية تبريد، ليصبح قابلاً للثني والتشكيل حسب المواصفات المطلوبة. يتميز بمرونة وليونة ممتازة ومقاومة للكسر في درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في التركيبات والمعدات الكهربائية، الأدوات اليدوية، الغسالات، المعدات الزراعية، ومعدات التعدين.

حديد الجرافيت المضغوط

يمتاز حديد الجرافيت المضغوط (Compacted graphite iron) بوجود هيكل جرافيت يجمع خصائص حديد الزهر الأبيض والرمادي. يتكون هيكله الميكروكريستالي حول رقائق حادة من الجرافيت، وتستخدم سبائك مثل التيتانيوم للتقليل من التركيب الكروي للجرافيت. يتميز بقوة شد وليونة أعلى مقارنةً بالحديد الرمادي، كما يمكن تعديل تركيب وخصائص الميكروكريستالي عبر المعالجة الحرارية أو من خلال إضافة سبائك مختلفة. يستخدم في إطارات محركات الديزل، بطانات الأسطوانات، أسطوانات الفرامل للقطارات، ومشعبات العادم.

حديد الزهر المرن

يتكون حديد الزهر المرن (Ductile cast iron) من كتل جرافيت على شكل عقد كروية، ولا يُخضع لعملية المعالجة الحرارية، بل يتشكل نتيجة تركيبة كيميائية معينة. يحتوي على 3.2 إلى 3.6% كربون، 2.2 إلى 2.8% سيليكون، و1 إلى 2% منجنيز، مع وجود كميات ضئيلة من المغنيسيوم والفوسفور والكبريت والنحاس. يعود الشكل الكروي لشوائب الجرافيت إلى وجود المغنيسيوم، مما يمنحه مرونة تفوق حديد الزهر الأبيض والرمادي، فضلاً عن قدرة على تحمل درجات الحرارة العالية. لذا، يُستخدم في أنابيب البنية التحتية للمياه والصرف الصحي، والمكابح، والصمامات، والمضخات، والأجزاء الهيدروليكية.

حديد الزهر المبرد

ينتج حديد الزهر المبرد (Chilled cast iron) عبر تعديل مركبات الكربون لحديد الزهر الأبيض. عند تعرض السطح لخفض الحرارة بشكل طبيعي، ينتج حديد الزهر الأبيض، بينما ينتج الحديد الرمادي عند تبريد أبطأ في العمق. يساهم انخفاض كمية الكربون مع زيادة عمق البرودة في زيادة صلابة المنطقة المبردة واستخدام الكروم بنسبة تتراوح بين 1% إلى 4% للتحكم في عمق البرودة وزيادة الصلابة ومقاومة التآكل، مع الحفاظ على استقرار الكربيد ومنع تكون الجرافيت. وعند إضافة الكروم بنسبة تتراوح بين 12% إلى 35%، فإنه يضيف مقاومة للتآكل والأكسدة في درجات حرارة مرتفعة.

تعريف حديد الزهر

يمكن وصف حديد الزهر على أنه سبيكة حديدية تحتوي على نسبة تتراوح بين 2 إلى 4% من الكربون، بجانب كمية من السيليكون والمنغنيز وأثر من الشوائب مثل الفوسفور والكبريت. يتم تصنيع حديد الزهر عبر تقليل خام الحديد في فرن الصهر، حيث يتم صب الحديد السائل بعده في سبائك تُعرف بالخنازير، ثم تعاد صهر الخنازير مع البقايا وعناصر السبائك في فرن الدست، وتُصب مجددًا في قوالب لإنتاج أنواع مختلفة من المنتجات.