خصائص ومزايا وتطبيقات الحديد المطاوع

الحديد المطيل، المعروف أيضًا بالحديد الكروي أو الحديد العقدي، هو مجموعة من سبائك الحديد ذات بنية مجهرية فريدة تمنحها قوة ومرونة ومتانة ومرونة عالية. يحتوي على أكثر من 3% كربون، ويمكن ثنيه أو لفّه أو تشويهه دون أن ينكسر، بفضل بنيته الجرافيتية. يشبه الحديد المطيل الفولاذ في خصائصه الميكانيكية، وهو أكثر متانة بكثير من الحديد الزهر القياسي.

تُصنع مصبوبات الحديد المطاوع بصب الحديد المطاوع المنصهر في قوالب، حيث يبرد ويتصلب ليشكل الأشكال المطلوبة. تُنتج عملية الصب هذه أجسامًا معدنية صلبة ذات متانة ممتازة.

ما الذي يجعل الحديد المطاوع فريدًا؟

اختُرع الحديد المطاوع عام ١٩٤٣ كتحسين حديث على الحديد الزهر التقليدي. بخلاف الحديد الزهر، حيث يظهر الجرافيت على شكل رقائق، يحتوي الحديد المطاوع على الجرافيت على شكل كروي، ومن هنا جاء مصطلح "الجرافيت الكروي". يسمح هذا الهيكل للحديد المطاوع بتحمل الانحناء والصدمات دون تشقق، مما يوفر مرونة أكبر بكثير من الحديد الزهر التقليدي، المعرض للهشاشة والكسور.

يُصنع الحديد المطيل بشكل أساسي من الحديد الزهر، وهو حديد عالي النقاء يحتوي على أكثر من 90% من الحديد. يُفضل استخدام الحديد الزهر لانخفاض نسبة العناصر المتبقية أو الضارة فيه، وتركيبه الكيميائي المتناسق، وقدرته على توفير ظروف مثالية لإنتاج الخبث أثناء الإنتاج. تُعد هذه المادة المصدرية أحد الأسباب الرئيسية لتفضيل مصانع الحديد المطيل للحديد الزهر على مصادر أخرى مثل الخردة المعدنية.

خصائص الحديد المطاوع

تُنتَج درجات مختلفة من الحديد المطاوع عن طريق تعديل بنية المصفوفة المحيطة بالجرافيت أثناء الصب أو من خلال معالجة حرارية إضافية. صُممت هذه الاختلافات التركيبية الطفيفة لتحقيق بنى دقيقة محددة، والتي بدورها تُحدد خصائص كل درجة من الحديد المطاوع.

يمكن اعتبار الحديد المطاوع فولاذاً مُدمجاً به كرويات من الجرافيت. تؤثر خصائص المصفوفة المعدنية المحيطة بكريات الجرافيت بشكل كبير على خصائص الحديد المطاوع، بينما يُساهم الجرافيت نفسه في مرونته ومرونته.

هناك عدة أنواع من المصفوفات في الحديد المطاوع، وتعتبر الأنواع التالية الأكثر شيوعًا:

1. 1. الفريتمصفوفة حديد نقية، عالية اللدونة والمرونة، لكنها منخفضة القوة. يتميز الفريت بمقاومة ضعيفة للتآكل، لكن مقاومته العالية للصدمات وسهولة تشكيله تجعله مكونًا قيّمًا في أنواع الحديد المطاوع.
2. 2. بيرلايتمركب من الفريت وكربيد الحديد (Fe3C). يتميز بصلابة نسبية وقوة تحمل متوسطة، بالإضافة إلى مقاومة جيدة للتآكل ومقاومة متوسطة للصدمات. كما يتميز البيرلايت بسهولة التشغيل.
3. 3. البيرلايت/الفيريتهيكل مختلط يجمع بين البيرلايت والفيريت، وهو المصفوفة الأكثر شيوعًا في الدرجات التجارية من الحديد المطاوع. يجمع هذا الهيكل خصائص كليهما، مما يوفر توازنًا بين القوة والمرونة وسهولة التشغيل.

إن البنية الدقيقة الفريدة لكل معدن تؤثر على خصائصه الفيزيائية:

درجات الحديد المطاوع الشائعة

على الرغم من وجود العديد من مواصفات الحديد المطاوع المختلفة، فإن المصانع تقدم بشكل روتيني 3 درجات شائعة:

مزايا الحديد المطاوع

يقدم الحديد المطاوع العديد من الفوائد للمصممين والمصنعين:

• • يمكن صبها وتصنيعها بسهولة، مما يقلل من تكاليف الإنتاج.
• • تتميز بنسبة عالية من القوة إلى الوزن، مما يسمح بتصنيع مكونات متينة وخفيفة الوزن.
• • يوفر الحديد المطاوع توازنًا جيدًا بين المتانة والفعالية من حيث التكلفة والموثوقية.
• • إن قدرتها العالية على الصب والتشغيل تجعلها مناسبة للأجزاء المعقدة.

تطبيقات الحديد المطاوع

بفضل متانته ومرونته، يُستخدم الحديد المطاوع في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. ويُستخدم عادةً في الأنابيب، وقطع غيار السيارات، والتروس، وأغطية المضخات، وقواعد الآلات. كما أن مقاومته للكسور تجعله مثاليًا لتطبيقات السلامة، مثل أعمدة الربط والحماية من الصدمات. كما يُستخدم على نطاق واسع في صناعة طاقة الرياح وغيرها من البيئات عالية الضغط التي تتطلب المتانة والمرونة.