کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها , بدنه کشتی های بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذیر می کند.
فولاد معروف ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه های آهن به شرح زیر می باشد:
• آهن خام که دارای 5%-4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد , سیلیکون و فسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.
• چدن , شامل 5/3%-2% کربن و مقدار کمی منگنز می باشد. ناخالصی های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می دهد, در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می یابند.
نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می کند. چدن بسیار محکم , سخت و شکننده می باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می شود.
• فولاد کربن شامل 5/1% – 5/0% کربن و مقادیر کم منگنز , گوگرد , فسفر و سیلیکون است.
• آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از 5/0% کربن می باشد و محصولی محکم و چکش خوار است, اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد).
اگر یک لبه آن تیز شود, به سرعت تیزی خود را از دست می دهد.
• فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانند کروم , وانادیم , مولیبدن , نیکل , تنگستن و … می باشد.
• اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می کنند.
ترکیبات
معمول ترین حالات اکسیداسیون آهن عبارتند از:
• حالت فروس 2+Fe
• حالت فریک 3+Fe
• حالت فریل 4+Fe که با تعدادی آنزیم ( مثلا پیروکسیدازها ) پایدار شده است.
• آهن ( VI) هم معروف است (اگرچه کمیاب می باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیم باشد, ( K2FeO ) یک اکسید کننده انتخابی برای الکلهای نوع اول می باشد. این ماده جامد فقط در شرائط خلاء و ارغوانی تیره پایدار است, هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت یک ماده جامد.
• کاربید آهن Fe3C به نام سمنتیت معروف است.
خواص آهن چیست
آهن و آلیاژهای آن پرکاربردترین نوع فلزات می باشند .هستهٔ اتم‌های آهن تقریباً دارای بالاترین انرژی‌های اتصال در هر نکلئون است. بنابراین آهن با روش همجوشی , سنگین ترین و با روش شکافت اتمی , سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می گردد.
خواص مکانیکی آهن و آلیاژهای آن عمدتاً به درجه خلوص آن وابسته است. این خواص با استفاده از آزمون‌هایی از قبیل برنیل و راکول یا آزمایش مقاومت کششی ارزیابی می‌شود.آهن با درجه خلوص بالا دارای سختی20–30 برنیل است.
چگالی آهن 7874 کیلوگرم بر مترمکعب، وزن اتمی آن 55.847گرم بر مول و دمای جوش آن به ترتیب برابر 2750 درجه سانتیگراد است.
کریستال‌های آهن خالص که برای مقاصد تحقیقاتی تولید شده‌اند از آلومینیوم نرم ترند. اما افزودن مقادیر اندکی ناخالصی از قبیل کربن مقاومتش را دو برابر می‌کند و سختی نیز افزایش می‌یابد. به گونه ای که مقادیر مناسب (تا چند درصد) کربن و دیگر فلزات تولید فولاد می‌کند که می‌تواند 1000بار سخت‌تر از آهن خالص باشد.
خواص آهن را می‌توان با تولید آلیاژهایی از آن با استفاده از عناصر مختلف (به ویژه کربن و سیلیکون) اصلاح نمود و فولادها را ایجاد کرد.
آهن خالص به صورت آزاد به ندرت روی سطح زمین یافت می‌شود زیرا به آسانی رطوبت و اکسیژن محیط را جذب و اکسید می‌شود. به منظور به دست آوردن فلز آهن، اکسیژن باید از طریق واکنش کاهش شیمیایی از سنگ معدن طبیعی حذف شود