أنواع الحديد الزهر
تتعدد الأنواع المختلفة للحديد الزهر، والتي يتم إنتاجها باستخدام تقنيات معالجة متنوعة. من بين هذه الأنواع، يمكننا ذكر ما يلي:
الحديد الزهر الرمادي
يتميز الحديد الزهر الرمادي (Grey cast iron) ببنية دقيقة من الجرافيت، مما يمنحه اللون الرمادي الغامق. يعود سبب وجود رقائق الجرافيت في تركيبه إلى إضافة السيلكون، الذي يسهم في تثبيت الكربون على شكل جرافيت بدلاً من كربيد الحديد. يحتوي الحديد الزهر الرمادي على نسبة كربون تتراوح بين 2.5 إلى 4% (بالوزن) و1 إلى 3% سيليكون. يُعتبر هذا النوع هو الأكثر شيوعاً، ويستخدم في التطبيقات التي تتطلب صلابة عالية، وقابلية معالجة، وموصلية حرارية متميزة مثل: الحدافات، المشعبات، وأدوات الطهي وغيرها.
الحديد الزهر الأبيض
يُعرف الحديد الزهر الأبيض (White cast iron) بلونه الأبيض المائل إلى الأصفر، وذلك نظراً لاحتوائه على مركبات الحديد المعروفة بالسمنتيت. يتكون هذا النوع من الحديد من 1.8 إلى 3.6% كربون (بالوزن)، و0.5 إلى 1.9% سيليكون، و1 إلى 2% منغنيز. يتميز الحديد الزهر الأبيض بقوته ولكن في الوقت نفسه هشاشته، حيث يحتوي على نسبة منخفضة من السيليكون ونقطة انصهار منخفضة مما يؤدي إلى ترسب الكربون على شكل جزيئات كبيرة، مما يزيد من صلابته. يستخدم هذا النوع بشكل فعال من حيث التكلفة، ويتميز بمقاومته للمواد الكاشطة، ويستخدم في قضبان الرافعات والهيكل الداخلي لطواحين الطحن وغيرها.
الحديد الزهر القابل للتشكيل
الحديد الزهر القابل للتشكيل (Malleable cast iron) هو نوع من الحديد الأبيض الذي يخضع لعمليات المعالجة الحرارية لتحويل الكربيد إلى جرافيت، ويتشكل هيكله من جزيئات كروية غير منتظمة. يستغرق تسخينه ومعالجته ما يصل إلى يومين قبل أن يتم تبريده، مما يسمح له بأن يكون قابلاً للثني والتحريك وفقاً للشكل والحجم المطلوبين. يمتاز هذا النوع بمرونة وليونة جيدة ومتانة ضد الكسر في درجات الحرارة المنخفضة، ويتم استخدامه في التركيبات والمعدات الكهربائية، والأدوات اليدوية، والغسالات، والمعدات الزراعية، وأجزاء الماكينات.
حديد الجرافيت المضغوط
يتميز حديد الجرافيت المضغوط (Compacted graphite iron) بهيكل من الجرافيت وخصائص تجمع بين الحديد الزهر الأبيض والرمادي. يتكون هيكله الميكروكريستالي حول رقائق حادة مترابطة من الجرافيت، وغالبًا ما تستخدم سبائك مثل التيتانيوم لإزالة التركيب الكروي للجرافيت. يمتاز بقوة شد وليونة أكبر من الحديد الرمادي، ويمكن تعديل تركيب أو خصائص الميكروكريستال من خلال معالجة حرارية أو إضافة سبائك مختلفة. يستخدم هذا النوع في إطارات محركات الديزل، وبطانات الأسطوانات، وأسطوانات الفرامل للقطارات، ومشعبات العادم.
الحديد الزهر المرن
يتكون الحديد الزهر المرن (Ductile cast iron) من وجود جرافيت على شكل عُقد كروية، ولا يخضع عادة للمعالجة الحرارية بل يتشكل نتيجة تركيب كيميائي معين. يتضمن تركيب الحديد الزهر المرن نسبة من 3.2 إلى 3.6% كربون، و2.2 إلى 2.8% سيليكون، و1 إلى 2% منغنيز، مع كميات قليلة من المغنيسيوم، والفوسفور، والكبريت، والنحاس. يعود الشكل الكروي لجزيئات الجرافيت إلى وجود المغنيسيوم، ويعتبر هذا النوع أكثر مرونةً من الحديد الزهر الأبيض والرمادي، مما يجعله مناسباً للاستخدام في أنابيب البنية التحتية للمياه والصرف الصحي، وفي المكابح، والصمامات، والمضخات، والأجزاء الهيدروليكية.
الحديد الزهر المبرد
يتم إنتاج الحديد الزهر المبرد (Chilled cast iron) من خلال تعديل مركبات الكربون للحديد الزهر الأبيض. عند التبريد الطبيعي على السطح، ينتج الحديد الزهر الأبيض، بينما يحدث التبريد البطيء أسفل السطح ليكون الحديد الرمادي. يؤدي انخفاض عمق البرودة إلى زيادة صلابة المنطقة المبردة، ورفع محتوى الكربون. يتم استخدام الكروم بنسب تتراوح بين 1% و4% للتحكم في عمق البرودة وزيادة الصلابة وتحسين مقاومة التآكل. كما يساعد الكروم على استقرار الكربيد ومنع تكون الجرافيت. عند إضافة الكروم بتركيز بين 12% و35%، يزداد مقاومة التآكل والأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة.
تعريف الحديد الزهر
يمكن تعريف الحديد الزهر كأنه سبيكة تتكون أساساً من الحديد وتحتوي على نسبة تتراوح من 2% إلى 4% كربون، بالإضافة إلى كميات من السيلكون والمنغنيز وجرع ضئيلة من الشوائب مثل الفوسفور والكبريت. يتم تصنيع الحديد الزهر عبر تقليص خام الحديد في فرن الصهر، حيث يُصب الحديد السائل بعد المعالجة ويُصمد في سبائك تُعرف بالخنازير، بعدها يعاد صهر الخنازير مع البقايا وعناصر السبائك في فرن الدست، ويُعاد صبها في قوالب لإنتاج تشكيلة متنوعة من المنتجات.