اهن
تاريخچه:
قدمت استفاده بشر از آهن به ماقبل تاريخ برمي گردد. كشف ابزارهاي فلزي، سلاح هاي جنگي و لوازم زينتي- كه به وسيلة انسانهاي ماقبل تاريخ مورد استفاده بوده است- دليل اين مدعاست.

تصور بر اين است كه اولين نوع آهني را كه انسان استفاده كرده است منبع شهاب سنگي داشته است زيرا بابليان و آشوريان آهن را پارزيلو، سومريان و كلدانيان آن را بارسا، عبريان آن را بارزل و مصريان آن را با- ان- پت مي ناميدند كه همة اين لغات به معني فلز بهشتي به كار رفته است كه بيانگر ريشة شهاب سنگي اين فلز است.

بشر اوليه علاوه بر منبع شهاب سنگي، آهن را به صورت خالص و نيز بعدها از احياي سنگ آهن توليد و استفاده نموده است از آن جايي كه دو منبع اولي كمبود و ناياب بودند، روش سوم يعني: احياي سنگ آهن توسعه و گسترش يافت، ولي دقيقاً مشخص نيست كه در چه تاريخي انسان، آهن را از سنگ معدن به دست آورده است.

همچنين اشيايي از جنس طلا، نقره، مس و برخي فلزات ديگر كشف شده اند كه در حد بسيار اعلا و خالص بوده اند. طلا و نقره به دليل نرمي براي ساخت ابزار جنگي و وسايل معمولي نامناسب بوده اند، از اين رو از آنها براي ساخت ظروف و لوازم زينتي استفاده مي شده است.

باستان شناسان معتقدند كه انسان قبل از كشف آهن به استخراج مس كاملاً آشنا بوده است و از مخلوط (آلياژ) مس و قلع (برنز) و مس و روي (برنج) آلياژهايي با كاربردهاي وسيع به دست مي‌آورده، آنها را در كوره هاي موجود ذوب و لوازم مختلف مي ساخته است.

استخراج و تصفيه آهن:
بخش اعظم ميليونها تن آهن و فولادي كه روزانه در جهان توليد مي شود به مصرف ساختماني مي رسد كه به شكلهاي مختلف از قبيل تيرآهن، نبش، ناوداني، سپري، تسمه، ورق، لوله ميلگرد، ريل و ديگر پروفيلهاي ساختماني عرضه مي شود. فولاد آهن را از احياي اكسيد آهن به دست مي آورند.

شمش ريزي:
مقدار عمدة فولادهاي توليدي به روش هاي متعدد عمدتاً به روش ريخته گري مداوم به شمش تبديل، كه متعاقباً به روش نورد به مقاطع تجارتي تبديل مي شود. اندازه و شكل شمشهاي فولادي به محصولاتي كه بايد توليد شود بستگي دارد.

براي توليد تيرآهن، ميلگرد و امثال آن، مقطع شمش مربع است. اما براي توليد ورق يا تسمه مقطع شمش مستطيلي است. در فرآيند نورد طول شمش افزايش و ضخامت آن كاهش مي يابد، اما عرض آن به دليل محدوديت حاصل از غلتكهاي نورد چندان تفاوتي نمي كند؛ مگر اين كه در جهت عرض نورد شود.

توليد محصولات نيمه ساخته:
شمشها در مراحل متعدد نورد به محصولات نيمه ساخته (مقاطع ساختماني) از قبيل تيرآهن استاندارد، تيرآهن بال پهن ريل و غيره تبديل مي شوند.

مقاطع فولادهاي ساختماني:
مقاطع فولادهاي ساختماني معمولاً با يك حرف كه بيانگر مقطع و دو عدد (براي نبش سه عدد) است، مشخص مي شوند. عدد اول، عمق مقطع بر حسب اينچ يا ميليمتر و عدد دوم وزن مقطع در واحد طول برحسب پوند در هر فوت يا كيلوگرم در هر متر است؛

براي مثال ۸۷*۱۴w مقطعي بال پهن، با عمق ۱۴ اينچ و وزن ۸۷ پوند در هر فوت است. مقطع نيز نبش با دو ساق مساوي با طول ۸ اينچ و ضخامت يك دوم اينچ است كه آن را به صورت نيز مشخص مي كنند. در شكل برخي مقاطع نوردي نشان داده شده است.

مقاطع W :
اين مقطع تقارن دوطرفه دارد و بال پهن است كه از آن براي ستون يا تير حمال استفاده مي شود و سطح مقطع آن مربع است؛ يعني عرض و طول آن مساوي است و سطح داخلي بالها شيب بسيار كمي دارد.

مقاطع HP :
مقاطع بال پهني است كه ضخامت بال و جان مساوي است و نيز مقطع آن مانند مقطع W مربع است.

مقاطع S :
اين مقطع تقارن دوطرفه دارد و سطوح داخلي بال ها (براساس استاندارد آمريكايي) داراي شيب تقريبي درصد است.

مقاطع M :
اين مقطع تقارن دوطرفه دارد كه در دسته بنديهاي S , W يا HP قرار نمي گيرد.
مقاطع C :
مقطع ناوداني است كه مطابق استاندارد شيب سطحي داخلي بال هاي آن درصد است.
مقاطع MC :
مقطع ناوداني است كه نمي توان آن را در گروه C دسته بندي كرد.

مقاطع L :
مقطع نبشي است كه داراي دو ساق مساوي يا نامساوي است. بزرگترين مقطع نوردي فولادي ۳۰۰*۳۶W است حمالها و ستونهاي بزرگتر را با جوشكاري ورق به يكديگر توليد مي كنند كه مقاطع WW معروفند.

سيم، ميلگرد و مفتول:
سيم داراي مقطعي برابر حداكثر اينچ است و ميلگرد نيز داراي مقطع دايره اي است. مقاطع ديگري از قبيل مفتول چهار گوش يا مفتول ش گوش نيز توليد مي شود. ميلگردهايي را كه در بتن مصرف مي شوند با عددي مشخص مي كنند كه برابر تعداد اينچ هاي موجود در قطر است؛

براي مثال قطر ميلگرد شمارة ۵ (#۵) برابر اينچ است ميلگردها در شماره هاي ۳ تا ۱۱ به صورت ساده يا آجدار توليد و عرضه مي شوند ميلگردهاي آجدار معمولاً داراي آجهاي طولي و عرضي مي باشند و در سه گروه psi (kg/cm2 3870) ، psi 70000 (kg/cm2 4926) و psi 80000 (kg/cm2 5930) توليد مي شوند. مقدار كربن تعيين كننده اين مقاومت است.

در جدول خواص مكانيكي ميلگردهاي ساده و آجدار گرم نورد كارخانه ذوب آهن اصفهان كه براي بتن مسلح به كار مي روند، داده شده است.

طبقه بندي علامت مشخصه
ميلگرد ساده س ۲۴-۳۷
ميلگرد آجدار آج ۳۰-۵۰
آج ۴۰-۶۰
آج ۴۷-۷۰

ورق:
يكي ديگر از محصولات آهن و فولاد، ورقهاي فولادي ضخيم و ورق هاي فولادي نازك است كه به صورت ورقهاي تخت يا موجدار و به حالتهاي ساده، روغني يا گالوانيزه به بازار عرضه مي شوند. اگر ضخامت اين محصولات بالاتر از ۲۵/۰ ميليمتر و كمتر از ۳۵/۶ ميليمتر باشد (شيت) و اگر ضخيم تر از ۳۵/۶ ميليمتر باشد (پلت) ناميده مي شود.

ورق گالوانيزه:
محافظت در برابر خوردگي فولادهايي كه داراي مقاطع نازك اند بسيار بااهميت است. يكي از طرق بسيار موثر و اقتصادي پوشش دادن فولاد يا آهن با فلز روي است.

اين پوشش را معمولاً با فرو بردن قطعه تميز و آماده شده به داخل مذاب روي ايجاد مي كنند كه به فرآيند گالوانيزه گرم معروف است. فرايندي را كه فلز روي با استفاده از جريان الكتريكي بر روي فولاد لايه گذاري شود، گالوانيزه سرد مي نامند.

مهمترين عامل در مورد ورقهاي گالوانيزه ضخامت فلز روي است كه هر چقدر بيشتر باشد عمر فلز افزايش مي يابد. اين پوشش در مورد ورقها از ۴/۰ تا ۷۵/۲ اونس بر هر فوت مربع ۷ برابر عمر پوشش ۴/۰ اونس بر فوت مربع در شرايط مساوي است.

ورقهاي گالوانيزه در موارد متعددي كاربر دارند كه از آن جمله، قطعات ماشين مانند اگزوز، چراغهاي جلو و عقب، سقف و ديوار ساختمان- كانالهاي هوا، بدنه يخچالها، ماشين لباسشويي، مخازن ذخيره مايعات و امثالهم مي باشد.

ورق موجدار يا كركره اي:
اگر ورق تخت، موجدار شود، سفتي و استحكام آن افزايش مي يابد. ورقهاي فولادي موجدار بيش از يكصد سال است كه در دنيا توليد مي شوند. از اين ورقها براي ساخت كانالهاي زيرزميني آب، فاضلاب و نيز ايجاد تونل استفاده مي شود موجها (چين ها) مي تواند به صورت پروفيل هاي مستطيلي، ذوزنقه اي، وي (V) شكل يا شكلهاي ديگر توليد شود.

از اين ورقها براي سقفهاي شيرواني و ديوارها استفاده مي شود. ورقهايي كه براي ايجاد ديوار استفاده مي شوند، هر دو لبة موج به يك جهت خم مي شود و عرض كل ورق كركره شده ۶۶ سانتيمتر است اين ورقها به طولهاي مختلفي توليد مي شوند ولي در ورقهاي سقف، موجهاي لبه در جهت مخالف صفر مي شوند و عرض كل حدود ۷۰ س است. اين ورقها به طولهاي مختلفي توليد مي شوند.

اين فلز در طبيعت به صورت آزاد و خالص يافت نمي شود. در حدود ۸ درصد وزن پوستة زمين از اين فلز تشكيل شده است. از اين رو از فراوانترين فلزها مي باشد.

اما از نظر مصرف كلي بعد از فولاد و مس و از نظر مصرف در كارهاي ساختماني و يا وابسته به آن در مقام دوم بعد از فولاد قرار دارد. آلومينيوم با ساير فلزات، همچنين غيرفلزات به صورت آلياژ در مي آيد كه از آن آلياژهاي سبك و مقاوم مي سازند.

از اين فلز در تهيه اجناس و وسايل خانگي مانند ورقهاي نازك آلومينيومي (فويل)، قوطي، ورق و پروفيلهاي ساختماني، خرپاها و پايه هاي برق رساني، ابزار برقي، بدنه كشتي، هواپيما و واگن راه آهن و غيره استفاده مي كنند. در اينجا نحوه توليد و همچنين خواص و ويژگيهاي آلومينيوم مورد بررسي قرار مي گيرد.

خواص و ويژگيهاي آلومينيوم:
همان طور كه بيان شد جرم مخصوص آلومينيوم حدود ۷/۲ گرم بر سانتيمتر مكعب است و از فلزات سبك به شمار مي آيد. قابليت هدايت گرمايي آن در مقايسه با فولاد بسيار بالا است و به چهار برابر آن مي رسد.

ولي در مقايسه با مس از آن كمتر و حدود دوسوم است. قابليت هدايت الكتريسيته آن نيز در مقايسه با فلزات نامبرده مناسب است به طوري كه سطح يك سيم آلومينيومي براي يك جريان برق معين ۶/۱ برابر سطح سيم مسي مي باشد.

اما بايد توجه داشت كه در اين صورت وزن سيم آلومينيومي نصف وزن سيم مسي است. فلز آلومينيوم در گرماي ۶۵۸ درجه سانتيگراد ذوب مي شود. گرد آن با شعله سفيد رنگي مي سوزد و گرماي زياد توليد مي كند.

مقاومت كششي فلز آلومينيوم ريخته شده بين ۹۰ تا ۱۲۰ نيوتن بر ميليمتر مربع و فلز آلومينيوم نورد و يا كشيده شده برابر ۱۳۰ تا ۱۸۰ نيوتن بر ميليمتر مربع و آلياژهاي مس و منيزيم آن تا ۵۸۰ نيوتن بر ميليمتر مربع مي رسد كه برابر مقاومت كشش فولاد است.

آلومينيوم در برابر هواي خشك، اسيد كربن، گاز انيدريد سولفوريك و جوهر شوره پرمايه پايدار است. در مقابل جوهر گوگرد، جوهر نمك، جوهر شوره كم مايه، آب دريا، قلياها و ملات تازه آهك و ملات تازة سيمان آسيب پذير سات و اين مواد در آن اثر مي كنند.

سولفات ها بر آلومينيوم بي اثر مي باشند، ولي اسيد كربن و به ويژه جوهر گوگردي كه در دود است بر آلومينيوم اثر كرده سولفات آلومينيوم توليد مي شود، بنابراين نبايد در ساخت دودكش ها از ورق آلومينيوم استفاده كرد.