الوزن النوعي للحديد الزهر وخصائصه وأنواعه وجدول القيم
الحديد الزهر سبيكة من الحديد والكربون وعناصر إضافية أخرى. ويجب ألا تقل نسبة الكربون فيه عن 2,14 بالمئة. وهو مادة جيدة لصنع القطع المصبوبة التي تعمل تحت أحمال ديناميكية صغيرة وإجهادات منخفضة.
يتميز الحديد الزهر مقارنة بالفولاذ بانخفاض التكلفة وخصائص صب جيدة. كما يكون تشغيله بالقطع أسهل عادة من أنواع فولاذ كثيرة، لكنه ضعيف اللحام وأقل لدونة ومتانة للصدمات.
جدول الوزن النوعي للحديد الزهر
لأن الحديد الزهر مادة معقدة، لا يمكن حساب وزنه النوعي ذاتيًا في الظروف الميدانية، بل تُجرى هذه الحسابات في مختبرات كيميائية متخصصة. ومع ذلك، فإن متوسط وزنه النوعي معروف؛ إذ يتراوح للنوع الرمادي من 6,6 إلى 7,8 غ/سم³، وللنوع الأبيض من 7,0 إلى 7,8 غ/سم³.
لتبسيط الحساب، يعرض الجدول أدناه وزن الحديد الزهر ووزنه النوعي بحسب وحدات القياس.
| المادة | الوزن النوعي (غ/سم³) | وزن 1 م³ (كغ) |
| الحديد الزهر الأبيض | من 7 إلى 7,8 | من 7000 إلى 7800 |
| الحديد الزهر الرمادي | من 6,6 إلى 7,8 | من 6600 إلى 7800 |
خصائص الحديد الزهر
يمنح محتوى الكربون السبيكة صلابة أعلى، ويخفض في الوقت نفسه المتانة واللدونة. وقد يوجد الكربون في صورتين أساسيتين: الغرافيت والسمنتيت. ويحتوي الحديد الزهر على شوائب ثابتة مثل المنغنيز والسيليكون والفوسفور والكبريت، وأحيانًا على عناصر سبائكية مثل النيكل والألومنيوم والكروم والفاناديوم وغيرها.
تتراوح درجة انصهاره عادة بين 1150 و1200 °C تقريبًا بحسب التركيب، أي أقل من درجة انصهار الحديد النقي بنحو 300-400 °C.
أنواع الحديد الزهر
بحسب كمية السمنتيت وشكل الغرافيت، توجد أربعة أنواع:
- الحديد الزهر الأبيض. يكون الكربون فيه مرتبطًا، وله مكسر فاتح بسبب وجود السمنتيت. وينقسم إلى يوتكتيكي بمحتوى يقارب 4,3 بالمئة من الكربون، وفوق يوتكتيكي بمحتوى من 4,3 إلى 6,67 بالمئة. ويُستخدم، ضمن تطبيقات أخرى، لإنتاج الحديد الزهر المطيل بالتلدين.
- الحديد الزهر الرمادي. يحتوي على نحو 1,2 إلى 3,5 بالمئة من السيليكون، والباقي حديد وكربون وشوائب الكبريت والمنغنيز والفوسفور. ويوجد جزء كبير من الكربون في صورة غرافيت صفائحي، وللمادة مكسر رمادي واضح.
- الحديد الزهر القابل للطرق. يُنتج بتلدين الحديد الزهر الأبيض، مما يكوّن غرافيت رقائقيًا. وتتكون قاعدته المعدنية من البرليت والفريت. وحصل على اسمه لارتفاع متانته ولدونته ومقاومته للصدمات. ويُستخدم لصنع قطع معقدة مثل بطانات الفرامل والأكواع والوصلات الثلاثية وأغلفة المحاور الخلفية للسيارات.
- الحديد الزهر عالي المقاومة. يحتوي على غرافيت كروي يتكون أثناء التبلور. وهذا الشكل لا يضعف القاعدة المعدنية بقدر كبير ولا يركز الإجهاد.
الأسئلة الشائعة
كم يزن 1 م³ من الحديد الزهر؟
يتوقف الوزن على نوع الحديد الزهر وتركيب السبيكة. وتُستخدم كثافة الدرجة المعنية من الجدول، لأن الحديد الزهر الرمادي والأبيض والمطيل والعالي المقاومة يختلف بعضها عن بعض.
لماذا يكون الحديد الزهر أثقل أو أخف من أنواع مختلفة من الفولاذ؟
كثافته قريبة من الفولاذ، لكنها تتغير بتغير محتوى الكربون والسيليكون والغرافيت والشوائب الأخرى. ولذلك يُفضّل حساب وزن القطعة بدقة وفق درجة الحديد الزهر.
كيف يُحسب وزن قطعة من الحديد الزهر؟
يُحدد حجم القطعة ويُضرب في كثافة نوع الحديد الزهر المختار. وتُراعى في المسبوكات أيضًا سماحات التشغيل والهندسة الفعلية.