1. مفاهیم اولیه ناودانی در اهن
ناودانی یکی از مباحث اساسی مهندسی مواد است که به بررسی رفتار فلزات در برابر نیروهای مختلف می‌پردازد. این مبحث از اهمیت بسیاری برای صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، ساختمان سازی و تولید وسایل برقی برخوردار است.
ناودانی در اهن، به بررسی رفتار آهن در برابر انعطاف، کشش، فشار و خمش می‌پردازد. معمولا در این مبحث، با فرض ظاهر ساده و ترکیب‌های بلوری آهن، رفتار فلز در برابر نیروهای یاد شده مورد بررسی قرار می‌گیرد.
در این مبحث، بعضی اصطلاحات مهم مانند تنش، کرنش، تمدید، ورقه شدگی، خوردگی، ترک‌ها و کیفیت سطح نیز مورد بحث قرار می‌گیرند. این مفاهیم برای هر کارشناس مهندسی مواد و مهندسین مکانیکی بسیار اساسی بوده و به منظور طراحی و تولید قطعات و محصولات با کیفیت و با استحکام کافی، ضروری هستند.
در کل، در مبحث ناودانی در اهن، با بررسی و ارزیابی ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی آهن، به دست آوردن داده‌های لازم برای پیش‌بینی رفتار فلز در برابر نیروهای مختلف و طراحی قطعات با استحکام و پایداری کافی، تلاش می‌شود.
2. فرایند ناودانی در اهن
فرایند ناودانی در آهن به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای صنعتی است که برای تولید آهن از ماده خام آن استفاده می‌شود. در این فرایند، خاک آهن، کربن و سایر مواد اضافی با هم ترکیب می‌شوند و به دما و فشار بالا می‌شوند تا آهن تولید شود.
در ابتدا، خاک آهن به اندازه کافی خرد می‌شود و با کربن در کوره‌هایی به دمای بسیار بالا (حدود ۱٬۸۰۰ درجه سانتی گراد) تقلیب می‌شود. در این بخش، اکسیژن در محیط حذف شده و بدین ترتیب کربن با فلز آهن دوکیسه‌ای واکنش می‌کند و آهن ناخالص تولید می‌شود.
پس از این مرحله، جدایگاه‌های جیوه در آهن با استفاده از موادی مانند مگنتیت و یا هیماتیت جذب می‌شوند. سپس آهن تولید شده در آخرین مرحله به دمای پایینی (حدود ۱۵۰ درجه سانتی گراد) منتقل می‌شود تا به شکل قابل استفاده قرار گیرد. بعد از این مرحله، آهن تولید شده به ریخت‌گری می‌رود و به صورت بلوک و یا تخته قالب بندی شده و نهایتاً برای استفاده در صنعت و سایر نیاز‌های انسانی به بازار ارائه می‌شود.
به عنوان یکی از روش‌های قدیمی تولید آهن، فرایند ناودانی هنوز هم در صنعت استفاده می‌شود و با عملکرد بهینه، هزینه و مصرف انرژی کمتری نسبت به روش‌های دیگر دارد. همچنین، تولید آهن به کمک این فرایند برای کشور‌ها با منابع معدنی فراوان، به عنوان یکی از مهمترین دارایی‌های خود شناخته می‌شود.
3. انواع ناودان‌ها در اهن
شاید از جمله‌هایی که در مورد اهن و آلیاژهای آن شنیده باشید، عباراتی مانند "ناودان" و "کانال" باشد. ناودان‌ها ساختاری مهم در اهن هستند که برای انواع مختلف کاربردهای گوناگونی دارند. در این مقاله به بررسی انواع ناودان‌های موجود در اهن پرداخته خواهد شد.
1- ناودان‌های انتقالی: ناودان‌های انتقالی در اهن برای انتقال الکتریکی و حرارتی به کار می‌روند. آن‌ها با شکل‌گیری مجموعه ای از اتصالات بین دو پیکربندی ایجاد می‌شوند و بعنوان یک مسیر برای جریان‌های الکتریکی به کار می‌روند.
2- ناودان‌های خمیده: این نوع ناودان‌ها برای ایجاد شکل خمیده و منحنی در اهن به کار می‌روند. آن‌ها معمولا برای ساخت و تولید قطعات پیچیده استفاده می‌شوند. این ناودان‌ها به شکل طوسی‌های بلند یا با شکل خمیده عرضی کاربرد دارند.
3- ناودان‌های تغذیه: ناودان‌های تغذیه در اهن برای تأمین منابع برق برای دستگاه‌های خاص به کار می‌روند. آن‌ها با طراحی و ساخت مسیر‌های جریان برای انتقال برق به صورت ایمن و بهینه طراحی شده‌اند.
4- ناودان‌های شکافته: این ناودان‌ها برای کنترل جریان‌های الکتریکی در اهن به کار می‌روند. آن‌ها با ایجاد یک شکاف عمودی در سطح اصلی آهن ایجاد شده‌اند و به دلیل شکل شکافشان به نام ناودان‌های شکافته شناخته می‌شوند.
به عنوان خلاصه، ناودان‌های مختلف در آهن در واقع ساختارهایی هستند که به صورت استراتژیک طراحی شده‌اند تا برای کاربردهای خاصی کاربرد داشته باشند. تنوع و فراوانی نوع ناودان‌ها، امکاناتی را برای بهینه‌سازی و ارتقای کیفیت محصولات فولادی و خودروسازی فراهم می‌کنند.
4. تاثیر اندازه ناودان در خواص مکانیکی آهن
اندازه ناودان به عنوان یکی از پارامترهای مهم در خواص مکانیکی آهن و فولاد می تواند تاثیر قابل توجهی داشته باشد. در واقع، این پارامتر می تواند بر خصوصیات مکانیکی مثل استحکام، سختی، انعطاف پذیری و سایر خصوصیات مکانیکی مثبت یا منفی تاثیر بگذارد.
به عنوان مثال، در صورتی که اندازه ناودان افزایش یابد، مقاومت طرفداری قطعه کاهش می یابد ولی سختی و مقاومت به کشش آن بیشتر می شود. اما در مقابل، کاهش اندازه ناودان می تواند باعث افزایش مقاومت طرفداری قطعه شود، اما همزمان سختی و مقاومت به کشش آن کاهش می یابد.
با این حال، برای طراحی و ساخت قطعات فولادی، نیاز است که اندازه ناودان، همراه با سایر پارامترهای مهم مثل نوع و روش تولید قطعات و نیز عوامل محیطی مانند دما و دوران، مورد توجه قرار گیرد. به عنوان نمونه، در اطلاعات تولید کنندگان فولاد، با توجه به نوع فولاد و خصوصیات مربوط به آن، حداقل اندازه ناودان مشخص می شود برای اینکه خواص مکانیکی قطعه به شکل بهینه و با بیشترین مقاومت و سختی فراهم شود.
به عبارت دیگر، اندازه ناودان یکی از پارامترهای مهم و موثر در خواص مکانیکی فولاد و آلیاژهای آن است که باید همواره در طرح و تولید قطعات به دقت مدنظر قرار گیرد. در نتیجه، شناخت و درک دقیق از تاثیرات این پارامتر بر خواص مکانیکی بهینه سازی فولاد و ساخت قطعات محصولات آن را تسهیل می کند.
5. تاثیر توزیع ناودان در خواص مکانیکی آهن
توزیع ناودان یعنی توزیع عناصر مختلف در فلز که می‌تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم از خواص مکانیکی آن تاثیرگذاری داشته باشد. در مورد آهن، توزیع ناودان به دو شکل رایج در آن نقش مهمی بازی می‌کند. اولین توزیع ناودان مربوط به توزیع آلیاژ‌ها در فلز است. روش درجه‌بندی و انتخاب آلیاژ‌ها، به طور مستقیم روی خواص و ویژگی‌های آهن تاثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، افزودن کمی مولیبدن به ساختار آهن باعث افزایش مقاومت کششی و خمشی می‌گردد.
دومین توزیع ناودان مربوط به توزیع ریزساختارهای موجود در فلز است که به شکل خال (درشت و ریز) وجود دارد. توزیع خال‌ها در فلز، به طور غیرمستقیم بر خواص مکانیکی آن تاثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، همچنان افزایش اندازه خال‌ها باعث کاهش مقاومت آهن در برابر خمش و کشش می‌گردد. همچنین، توزیع خال‌های ریز و مستحکم بر روی خواص ظاهری و مکانیکی آهن تاثیرگذاری دارند.
در کل، توزیع ناودان در خواص مکانیکی آهن، از جمله عوامل مهم بر این خواص است که سازنده‌ی ماشین‌آلات و قطعات گوناگونی مانند لوله‌های گازی و نفتی، قطعات اتخابی و غیره هستند. درک دقیق تاثیر توزیع ناودان بر خواص مکانیکی این فلز از اهمیت بالایی برخوردار است و در صنایع متعدد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
6. روش‌های ناودان‌سازی در آهن
روش‌های ناودان‌سازی در آهن یکی از مهمترین اصول طراحی و ساخت محصولات آهنی است که توسط صنعت‌های استخراج و نورد آهن به کار گرفته می‌شود. این روش‌ها برای بهبود ویژگی‌های آهن از جمله سختی، مقاومت و خواص الکتریکی و مغناطیسی بکار می‌روند.
از جمله روش‌های ناودان‌سازی در آهن می‌توان به روش‌های ناودان‌سازی حرارتی، ناودان‌سازی شیمیایی و ناودان‌سازی مکانیکی اشاره کرد. در روش ناودان‌سازی حرارتی، آهن در دمای بالا و به صورت گرم می‌شود تا خواص ویژه آن تغییر کند. در این روش تحت عنوان تمپر کردن، آهن داغ را به سرعت سرد می‌کنند تا سختی و مقاومت بیشتری به آن بدهند.
در روش ناودان‌سازی شیمیایی، از فرایندهای شیمیایی برای افزایش سختی و مقاومت آهن استفاده می‌شود. در این روش، آهن با استفاده از یک ماده شیمیایی مثل کربن، نیتروژن و... با آن رآکشن می‌دهند که باعث افزایش سختی و مقاومت محصول می‌شود.
روش ناودان‌سازی مکانیکی یا روش کار‌برداری هم با استفاده از فرایندهای فشار دادن و کار بر روی آهن باعث افزایش سختی و مقاومت آن می‌شود. در این روش، با استفاده از دستگاه‌های فشار قوی، آهن را فشار داده که منجر به بهبود خواص آن می‌شود.
بنابراین، روش‌های ناودان‌سازی در آهن، بهترین راه حل برای بهبود ویژگی‌های آهن و افزایش سختی و مقاومت آن هستند که توسط صنایع مختلف جهت تولید محصولات آهنی در رده‌های مختلف، به کار گرفته می‌شوند.