المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية


Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
اية الميثاق والشهادة لعلي بالولاية
2024-11-06
اية الكرسي
2024-11-06
اية الدلالة على الربوبية
2024-11-06
ما هو تفسير : اهْدِنَا الصِّراطَ الْمُسْتَقِيمَ ؟
2024-11-06
انما ارسناك بشيرا ونذيرا
2024-11-06
العلاقات الاجتماعية الخاصة / علاقة الوالدين بأولادهم
2024-11-06

ما هو الخبر
22-9-2020
التشققات في درنات البطاطس واسبابها
15-9-2020
q-Binomial Coefficient
26-8-2019
الإيمان بيوم القيامة
25-09-2014
شرح متن زيارة الأربعين (وَاَجْتَبَيْتَهُ بِطيبِ الْوِلادَةِ)
2024-08-23
أكتينون actinon
4-10-2017


الحديد  
  
1409   02:20 صباحاً   التاريخ: 2023-02-15
المؤلف : الاستاذ محمد عبدالله الدرايسة + عدلي محمد عبد الهادي
الكتاب أو المصدر : خامات البناء
الجزء والصفحة : ص 161 - 165
القسم : الهندسة المدنية / الانشاءات /

يرجع استخدام الإنسان للحديد إلى ما قبل التاريخ. كما يرجع تاريخ أقدم المنتجات الحديدية، للألفية الخمسة قبل الميلاد في إيران والألفية الثانية قبل الميلاد في الصين، وكانت مصنوعة من النيازك. ومـن غير المعـروف مـتـى أو أيـن بـدأ صهر الحديد من خاماته، ولكن هناك دلائل تشير إلى إنتاجه عن طريق صهر خاماته قرب نهاية الألفية الثانية قبل الميلاد في الهند وجنوب الصحراء الكبرى في إفريقيا .

 كمـا يـرجـع تـاريـخ أقـدم الأدوات المصنوعة من الهيماتيت إلى حوالي عام 35,000 ق.م. واستخدم السومريون والمصريون الحديد النيزكي لأغراض الزينة وكرؤوس للحراب، وفي الطقوس الاحتفالية، وكان أثمـن مـن الذهب، كما تشير الاكتشافات إلى أن الحثيين أنتجـوا الحديـد منـذ حـوالـي عـام 2,000 ق. م، كمـا قايضوا الحديد مقابل الفضة مع الأشوريين في القرن الرابع عشر قبل الميلاد.

أختلف انتقال بلدان العالم القديم للعصر الحديدي، فبلاد ما بين النهرين عام 900 ق.م كانت قد انتقلت كلياً للعصر الحديدي. وعلى الرغم مـن ان مصر كانت قد بدأت تنتج الحديد منذ وقت مبكر، إلا أن العصر البرونزي ظل مسيطراً عليهـا حـتـى الغـزو الأشـوري لها في عام 663 ق.م. وبدأ العصر الحديدي في وسـط أوروبـا حـوالـي عـام 500 ق.م، وفي الهند والصين في وقـت مـا بين 1200 ق.م و 500 ق.م. وحوالي عام 500 ق.م، أصبحت النوبة منتج ومصدر رئيسي للحديد.

 اكتشف الحيثيون أنتاج الحديد قديماً في أفران تستخدم فيها منفاخ لضخ الهواء من خلال كومة من الحديد الخام والمدفون في الفحم. يختزل أول أكسيد الكريـون الـنـاتـج مـن حـرق الفحـم خـامـة الحديد لينتج الحديد. لم تكن الحـرارة الناتجة كافية لصهر الحديد، لذا فإن الجزء السفلي من المعدن الناتج يكون على شكل كتلة أسفنجية، تعج بالمسام الممتلئة بالرماد والخبث. يعاد تسخين الحديد الناتج لتليينه وصهر الخبث، ومن ثم يطرق مراراً وتكراراً لإزالة الخبث المنصهر. ناتج هذه العملية الطويلة والشاقة هو الحديد المطاوع، وهـو سبيكة مرنة ولكن ضعيفة نوعاً ما .

 

ومع الوقت، اكتشف الحدادون في الشرق الأوسط، أن الحديد المطاوع يمكن أن يتحول إلى منتج أقـوى بكثير عـن طـريـق تسخينه في وعاء يحتوي على الفحم النباتي لبعض الوقت، ومـن ثـم غـمـره في الماء أو الزيت حتى يخمد، نتج عن هذه الطريقة تكون طبقة خارجية للقطعة من الصلب، وهي سبيكة من الحديد وكربيد الحديد، والتي كانت أكثر صلادة وأقـل هشاشـة مـن البرونز وبـدأت تحل محله وقبل عام 200 ق.م، استطاع الهنود إنتاج صلب عالي الجودة في جنوب الهند بصهر الحديد الخام والفحم والزجـاج في  بواتـق حـتـى ينصهر الحديد ويذيب الكربون. انتقلت تلك الفكرة من الهند إلى الصين بحلول القرن الخامس الميلادي .

في القرن الحادي عشر، صنع الصينيون الصلب بطريقة تشبه إلى حد ما طريقة بسمر، عن طريق إزالة الكربون جزئياً بطرق الحديد بصورة متكررة مـع نفخ الهواء البارد ، مما استدعى إزالة مساحات كبيرة من الغابات لتفي بحاجة صناعة الحديد من الفحم.

تقدمت صناعة الحديد أكثر وأكثر باختراعات المسلمين، خلال العصر الذهبي للإسلام. شمـل ذلك إقامة مصانع لإنتاج المعادن. وبحلول القرن الحادي عشر، انتشرت تلك المصانع في كل الولايات الإسلامية من الأندلس وشمال أفريقيا غرباً إلى آسيا الوسطى شرقاً. كما أن هناك دلائل تشير إلى استخدام مـا يشبه الفرن العالي 4 عصر الدولة الأيوبية والمماليك. اخترع المسلمون أحد أشهر أنـواع الصلب في العصور الوسطى وهو الصلب الدمشقي، واستخدموه + صناعة السيوف في الفترة من عام 900 إلى عام 1750. أنتج هذا الصلب باستخدام بواتـق بطريقة تشبه الطريقة الهندية، ولكنه يحتوي على الكربيدات مما يجعل السيوف أكثر كفاءة في القطع .

 وردت كلمة حديد في عدة مواضع في القرآن الكريم، وهناك سورة في القرآن هي سورة الحديد ورد فيها نزول الحديد من السماء، قال تعالى: (لقد أرسلنا رسلنا بالبينات وأنزلنا معهم الكتاب والميزان ليقوم الناس بالقسط وأنزلنا الحديد فيه

بأس شديد ومنافع للناس وليعلم الله من ينصره ورسله بالغيب إن الله قوي عزيز )

سورة الحديد (25- 27).

يـؤمـن بعـض المسلمين، بموجـب هـذه الآية أن الحديـد نـزل مـن السـماء ويربطون ذلك بما ورد + النظريات العلمية الحديثة بأن الحديد لم يكن موجودا على الأرض إطلاقا قبل ملايين السنين، بل وصل الأرض عبر النيازك وذلك خلال

فترات تكوين الأرض.

الحديد (باللاتينية: ferrum ) عنصر كيميـائـي وفـلـز، مـن أقـدم المعـادن المكتشفة، يرمز له بالرمز Fe وعدده الذري 26. يقع الحديد + الجدول الدوري في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة، وهو عنصر ضروري لحياة الإنسان والحيوان كونه يدخل في تركيب خضاب الدم، وكذلك لحياة النباتات كونـه أحـد العناصر الضرورية لتكوين الكلوروفيل، ويدخل في الصناعات المختلفة.

 يحتل الحديد المركز الرابع من حيث تواجد العناصر القشرة الأرضية. وهـو فـلـز قـابـل للطرق والسحب، وغالباً ما يتواجد في الطبيعة في صورة اكاسيد . ويعتبر الحديد وسبائكه أكثر المواد المعدنية  استخداماً على الإطلاق، كما يعتبر

الحديد أكثر العناصر الكيميائيـة اسـتقراراً على الإطلاق بسـبـب تـوازن القـوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القـويـة داخـل نـواة الذرة، فالعناصر الأخف وزناً يمكنهم مـن خـلال الاندماج النووي - والعناصر الأثقـل وزنـاً مـن خـلال الانشطار النووي - أن يصبحوا أقـرب في صفاتهم للحديد. تحتوي النيازك الساقطة على الأرض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90% من كتلة النيازك.

الحديد في الأصل فضـي اللـون، إلا أنه يتأكسد في الهواء. ويعد الحديد أقوى الفلزات على الإطلاق وأكثرها أهمية للأغراض الهندسية شرط حمايته من الصدأ (أي التفاعل مع الأكسجين). وهناك عدة طرق لحماية الحديد من الصدأ وأبسطها على الإطلاق منـع تمـاس الأكسجين أو الرطويـة عـن الحـديـد وذلك بتغليف الحديـد بـمـادة عازلـة مـثـل استخدام الأصباغ أو عـوازل PVC مثلاً. ومـن أفضل الطرق المستخدمة لحمايته هي استخدام نظام الحماية الكاثودية لحماية الحديد من الصدأ والتأكل.

الحديد في حالته النقية أكثر ليونة من الألومنيوم، لكن يتم زيادة صلادته بإضافة بعض العناصر السبائكية كالكربون بنسب معينة، فيتكون سبيكة الصلب. وهي أقوى ألف مرة من الحديد النقي، يتراوح تكافؤ الحديد بين (2- ) و(6+)، إلا

أنه في أشهر حالاته يكون تكافؤه (2+) أو (3+).

تكوين الحديد:

يتكون الحديد في داخل النجوم العملاقة عند نهاية دورة حياتها، في عملية تسمى بعملية احتراق السيلكون. تبدأ العمليـة عنـدمـا تنـدمـج نـواة ذرة كالسيوم مستقرة مـع نـواة ذرة هليـوم، لتتكون ذرة تيتانيوم غير مستقرة. وقبل أن تتحلل ذرة التيتانيوم الغير مستقرة، تنـدمـج مـع ذرة هليـوم أخـرى، لتتكـون ذرة كروم غير مستقرة، ثم قبل أن تتحلل ذرة الكروم الغير مستقرة، تتحـد مـع ذرة هليـوم أخـرى لتكوين ذرة حديد غير مستقرة. وقبل أن تتحلل ذرة الحديد الغير مستقرة، تتحد مع ذرة هليوم أخرى، لتكوين ذرة نيكل غير مستقرة.

تتحلل ذرة النيكل الغير مستقرة إلى ذرة كوبالت غير مستقرة، والتي تتحلل أخيراً إلى ذرة حديد مستقرة Fe56. وعندئذ لا تندمج ذرات الحديد المستقرة مع أي عنصـر أخـر، فتشكل بذلك قلـب النجم، ويبدأ النجم عندئذ بالتجمـد ويتجـه للاستقرار.

الخواص الميكانيكية للحديد:

يتم تقييم الخواص الميكانيكيـة للحديد وسبائكه باستخدام مجموعة متنوعة من الاختبارات، مثل اختبار برينل واختبار روكويل وكلاهما لقياس صلادة الحديد، واختبار قوة الشد وغيرها ؛ نتائج هذه الاختبارات على الحديد دقيقة للغاية، بما يسمح باستخدام الحديد لمعايرة أو الربط بين نتائج الاختبارات المختلفة، تعتمد نتائج تلك الاختبارات على درجة نقاء الحديد: فبللورات الحديد في صورته النقية أكثر ليونـة مـن الألمونيوم، ومـع إضافة بعـض أجـزاء من المليـون مـن وزن سبيكة الحديد من عنصر الكربون، فإنها تضاعف مـن قـوة الحـديـد . تزداد صلادة الحديد بسرعة بزيادة محتوى الكربون + سبيكة الحديد حتى تصل نسبته إلى 0.2 ٪ من وزن السبيكة، وبعد ذلك يتزايد بمعدلات أقل ويصل إلى الذروة عندما يصل محتوى الكربون إلى 0.6% تقريبـا مـن وزن السبيكة، الحديد النقي المنتج صناعياً ( حوالي %99.99) لديه صلادة تقدر بـ 20 - 30 HB

يمثل الحديد أفضل مثال لظاهرة التأصل في المعادن، فالحديد يتواجد في ثلاثـة أطـوار تأصلية وهـي :

. بعـد فـهـم ظـاهرة التأصـل في الحديد هو المفتاح لإنتاج سبائك صلب ذات خصائص محددة للأغراض المختلفة. أولها تكوناً عندما يتجمد الحديـد مـن حالته السائلة عند 1538 درجة مئويـة هـو (Fe-5)، يعد الفيريت (a-Fe) هـو الـطـور الأكثر استقرارا للحديد في درجات الحرارة العادية. أما 912 درجة مئوية وحتى 1400 درجة مئوية، يتحول الحديـد تـدريجياً مـن طـور الفيريـت إلى طـور الأوستنيت (y-Fe)، ويستخدم هذا الطور من الحديد في إنتاج الصلب الذي لا يصدأ، والذي يستخدم في صناعة أدوات المائدة والمستشفيات ومعدات الصناعات الغذائية.