چگالی آهن بیشتر است یا فولاد و نحوه محاسبه آن

برای پاسخ به این سوال که چگالی آهن بیشتر است یا فولاد؟ بهتر است ابتدا با مفهوم چگالی، سپس آهن و فولاد آشنا شویم و در نهایت به بررسی چگالی آهن و فولاد بپردازیم. همانطور که می‌دانید آهن ماده‌ای خالص و فولاد آلیاژی از آهن است در نتیجه چگالی متفاوتی دارند.

چگالی چیست؟

چگالی یا دانسیته یک خاصیت فیزیکی و نسبت جرم به حجم یک ماده است که به صورت کیلوگرم بر متر مکعب یا گرم بر سانتی‌متر مکعب به کار برده می‌شود. چگالی همچنین یک خاصیت شدتی محسوب می‌شود. این بدین معنا است که چگالی کمیتی ثابت است و اگر ماده دو برابر هم شود چگالی آن ثابت باقی می‌ماند. چگالی کاربردهای زیادی در مهندسی دارد و برای محاسبه و اندازه‌گیری جرم، محاسبه وزن مخصوص و پیش بینی اینکه یک جسم روی مایع شناور می‌ماند یا فرو می‌رود استفاده می‌شود.

آهن و چگالی آهن

آهن بزرگترین عنصر سازنده کره زمین است. این فلز با سطح صاف و براق و نقره‌ای به راحتی و با سرعت با هوا و رطوبت واکنش داده و دچار زنگ زدگی می‌شود. هنگامی که دچار زنگ زدگی شود روی آن اکسیدهای قرمز و قهوه‌ای پدیدار می‌گردد. بنابراین عموما آهن به صورت خالص استفاده نشده و به صورت ترکیب با دیگر آلیاژ‌ها در صنایع استفاده می‌شود. آهن که فلزی خالص است چگالی حدود ۷.۸۷۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب معادل ۰.۲۸۴۵ پوند بر اینچ مکعب دارد.

چگالی آهن می‌تواند تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند دما و فشار تغییر کند. برای مثال چگالی آهن در دماهای بالا کاهش می‌یابد و این به علت افزایش حجم آن است زیرا حجم که در مخرج کسر است زمانی که زیاد شود چگالی کاهش می‌یابد.

فولاد و چگالی فولاد

فولاد مهمترین آلیاژ آهن است که در آن علاوه بر آهن از ۰.۰۰۲تا ۲.۱ درصد کربن نیز استفاده شده است. چگالی فولاد به عناصر آلیاژی موجود در آن بستگی دارد اما عموماً چگالی فولاد ۷.۸۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که در محاسبات، غالباً ۸ در نظر گرفته می‌شود.

فولادها بر اساس میزان کربن به سه گروه تقسیم می‌شوند: کم کربن، کربن متوسط و پرکربن. مقدار کربن در گروه کم کربن ۰.۲۵ درصد است که به علت کربن کم، این گروه جزو چگال‌ترین فولادهاست. در گروه کربن متوسط مقدار کربن بین ۰.۲۵ تا ۰.۶۵ درصد می‌باشد و گروه پر کربن دارای میزان کربن بین ۰.۶ تا ۱.۴ درصد است. همانطور که مشخص است گروه پرکربن کم چگالی‌ترین گروه فولاد می‌باشد. با توجه به آنچه گفته شد مشخص می‌گردد که چگالی فولاد با افزایش مقدار کربن کاهش می‌یابد زیرا چگالی کربن از آهن کمتر است.

نحوه محاسبه چگالی و وزن فولاد و آهن آلات

برای محاسبه چگالی و وزن آهن و فولاد از فرمول‌های زیر استفاده می‌شود، که در آن‌ها وزن آهن با واحد کیلوگرم، چگالی با واحد گرم بر سانتی‌متر مکعب، طول با واحد متر، سطح مقطع با واحد میلیمتر و حجم با واحد سانتی مترمکعب اندازه‌گیری می‌شود.

حجم/جرم = چگالی

و در نتیجه فرمول بالا ، وزن اینگونه محاسبه می‌شود:

۱۰۰۰/ (مساحت سطح مقطع × طول × چگالی) = وزن آهن الات

توجه شود که اگر در فولاد علاوه بر کربن، آلیاژهای دیگری نیز بنا به کاربری مورد نیاز نظیر کروم، تنگستن، منگنز، سولفور، سیلیسیم، مولیبدن و … استفاده شود، در محاسبه باید چگالی آن عناصر نیز بنا به درصد به کاربرده شده محاسبه شود، تا بتوان به عدد دقیقی دست یافت.

نتیجه‌گیری

همانطور که گفته شد چگالی یک ماده نسبت جرم به حجم آن است و اهمیت زیادی در محاسبات صنعتی دارد. این اهمیت در مورد آهن و فولاد که از پرکاربردترین فلزات هستند دوچندان است. آهن که فلزی خالص است چگالی حدود ۷.۸۷۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب دارد اما چگالی فولاد به علت اینکه آلیاژی از کربن و آهن است با خود آهن متفاوت است. این چگالی در فولادهای مختلف با هم متفاوت بوده زیرا کربن در آلیاژ‌های مختلف بین ۰.۰۰۲ تا ۲.۱ درصد است. اما برای راحتی کار عموماً در حالت کلی چگالی فولاد را حدود ۷.۸۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب در نظر می‌گیرند که عموما از چگالی آهن کمتر است.