الحديد هو أحد العناصر الموجودة في الطبيعة على شكل أكاسيد، وهو الرابع من حيث نسبة وجوده في القشرة الأرضية، وهذا المعدن هو فلزٌ قابلٌ للطرق والسحب، والحديد وما تُصنع منه من سبائك هو من أكثر المعادن استعمالاً في العالم، وهو عنصرٌ مستقرٌ بسبب القوة الكهرومغناطيسية المتّزنة، وبسبب قوة القوة النووية داخل نواته. أغلب النيازك التي تسقط على الأرض تحتوي على ما نسبته 90% من كتلتها من الحديد.
أما الفولاذ هو سبيكةٌ مكونةٌ من مجموعةٍ من العناصر بنسب مختلفةٍ، حيث تتكون من عنصري الحديد والكربون، وتختلف قوة سبيكة الفولاذ وخصائصها باختلاف نسبة الكربون فيها، حيث يوجد هناك الفولاذ المطاوع، وحديد الزهر، والستانلس ستيل، وبشكلٍ عامٍ تتراوح نسبة الكربون في السبائك الفولاذية بين 0.2% إلى 2.1%.
خصائص الحديد والفولاذ:
اولا الحديد:
- رمزه كعنصر هو Fe.
- رقمه الذري هو 26. الوزن الذري هو 55.847.
- الوزن النوعي هو 7.86.
- كثافته 78.
- درجة انصهاره هي 1535 درجة سلسيوس.
- درجة غليانه هي 2750 درجة سلسيوس.
ثانيا الفولاذ:
- لا يوجد له رمز لأنّه مُشكّلٌ من مجموعةٍ من العناصر.
- كثافته هي 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3].
- وحدة مرونته هي E=190÷210 GPa.
- توصيله الحراري هو 11.2 ÷ 48.3 [W/mK].
- تمدّده الحراري هو 9 ÷27 [10-6 / K].
أنواع الحديد والفولاذ:
قبل ذكر أنواع الحديد والفولاذ يجب معرفة أنّ الحديد بخلطه مع الكربون يصبح نوعاً من أنواع الفولاذ، ولكن هنا سنذكر الأنواع كلها تحت مسمّى أنواع الحديد؛ لأن الحديد هو الأساس:
1) الحديد الزهر: وهو سبائك مكونةٌ من الحديد مع عناصر أخرى مثل الكربون والمغنيسيوم والفسفور، ويكون محتوى الكربون من 1.7% إلى 4%، وتختلف أنواع هذا الحديد حسب توزيع جزيئات الكربون في السبيكة، لذلك تنتج منه أنواعٌ هي:
- الحديد الزهر الرمادي.
- الحديد الزهر الأبيض.
- الحديد الزهر المطاوع.
- الحديد الزهر المرن.
2) الحديد المطاوع: وهو الحديد الخالص الذي تكون فيه نسبة عنصر الكربون أقل من 0.15%..
3) الحديد الصلب: وهو سبائكٌ من الحديد والكربون بنسب ما بين 0.50% – 1.50%، وبعض العناصر الأخرى مثل المنغنيز، والسيليكون، والكروم، والنيكل، والمولبيدنوم، والفانديوم، وغيرها من العناصر التي تُغيّر في خصائص الحديد، وهذا النوع من الحديد يُقسم إلى اربعة أنواع هي:
- الحديد الصلب المطاوع أو الطري؛ وهو الذي تصل فيه نسبة الكربون إلى 0.25%، ويُستخدم في أعمال الحدادة بشكلٍ واسعٍ.
- الحديد الصلب المتوسط الذي تصل فيه نسبة عنصر الكربون إلى 0.50%.
- الحديد الصلب عالي الكربون؛ هذا تصل فيه نسبة عنصر الكربون إلى ما يقارب 1.50%، ويُستخدم في مجالات الهندسة والإنشاء.
- الحديد الصلب المتوسط المُعالج بالتسخين والتسقية لإعاطئه مجموعة من الخواص تجعل استعمالاته أكثر.