چدن

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. چدن (Cast iron) آلیاژی هستند که جزئی از خانواده آلیاژهای آهنی به حساب می‌آیند. اجزای تشکیل دهنده این آلیاژ فلزاتی نظیر آهن، کربن و سیلیسیم است.

هر کدام از این فلزات به میزان خاصی سبب تشکیل آلیاژ چدن می‌شود که سهم کربن 2 تا 4 درصد، سیلیسیم 0.5 تا 3 درصد، منگنز کمتر 1 درصد و گوگرد کمتر از 0.2 درصد است.

سیلیسیم به دلیل خاصیتی که دارد موجب بوجود آمدن چندین حالت از اثرات متالورژی در این ماده می‌شود. در ادامه با ما همراه باشید تا اطلاعات بیشتری را در زمینه آلیاژ پرکاربرد چدن در اختیارتان قرار دهیم.

چدن چیست

چدن آلیاژی از خانواده آلیاژهای آهنی هستند که اجزای تشکیل دهنده آن از کربن (2 تا 4 درصد)، سیلیسیم (0.5 تا 3 درصد)، منگنز (کمتر از 1 درصد) و گوگرد (کمتر از 0.2 درصد) است. تاثیرات متالورژی آلیاژ چدن از وجود فلز سیلیسیم در ترکیبات آن است که باعث ایجاد خاصیتی چسبنده و سطحی می‌شود.

خاصیت چسبندگی سیلیسیم به دلیل اکسید شدن سطحی آن است و به همین علت موجب افزایش مقاومت آن در برابر خوردگی و اکسیداسیون می‌شود. بنابراین دلیل بالا بودن مقاومت خوردگی نسبت به اکثر فولادها، وجود عنصر سیلیسیم در ترکیبات آن است.

باید به این نکته توجه کرد که این ماده نقطه ذوب پایینی (1200 درجه سانتی‌گراد) دارد و به جز نوع داکتیل آن تا حدی می‌توان آن را فلزی شکننده دانست. همین موضوع سبب شده تا ریخته‌ گری چدن راحت باشد و به دلیل شکل ناپذیر بودن و مقاومت در برابر سایش به صورت گسترده در صنعت ریخته‌ گری مورد استفاده قرار گیرد.

انواع چدن

دسته‌بندی چدن‌ بر اساس ملاک‌ها و واکنش‌هایی که دارند ایجاد شده است. برخی از آن‌ها بر اساس رنگ سطحی‌شان در مقطع شکست، شکل گرافیتی آن، ریزساختار ماتریسی، نام‌گذاری تجاری و خواص مکانیکی آن‌ها دسته‌بندی شده‌اند. این دسته‌بندی‌ها شامل شکل‌پذیر، سفید، خاکستری، مالیبل و داکتیل می‌شود.

چدن شکل‌پذیر

در این دسته از گره‌های گرافیتی موجود در آن سبب شکل‌پذیری راحت تر می‌شود. اما باید این موضوع را بدانید که از خواص استحکامی بالایی نیز برخوردار است.

چدن سفید

این نوع از چدن در زمان سطح مقطع شکستی رنگی سفید یا نقره‌ای را دارد. کربن کم موجود در این نوع سبب شده رنگی سفید رنگ ایجاد شود ولی در مقابل استحکام و سختی بالایی از خود نشان می‌دهد. بخش عمده کربن موجود در نوع سفید به شکل رسوبی به نام سمنتیت است.

با وجود این‌که نوع سفید از سختی و استحکام بالایی برخوردار است ولی به دلیل ترد بودن بیش از حد این آلیاژ، استفاده از آن در بیشتر صنایع ممنوع شده است. دمای بالای انجماد این ماده سبب شده که ریخته‌ گری خوب و راحتی نداشته باشد. کاربرد این آلیاژ در صنایع برای تولید محفظه‌های پمپ و پروانه توربین‌های بادی است.

چدن خاکستری

این نوع به دلیلی که در زمان شکست روی سطح مقطعی آن و در امتداد ورقه‌های گرافیتی رنگ خاکستری ایجاد می‌شود به چدن خاکستری معروف شده است که می‌توان در دسته پرکاربردترین نوع در صنایع نام برد. دلیل استفاده زیاد این نوع پوسته‌های گرافیتی آن است که قابلیت ماشین‌کاری را بالا می‌برد.

آلیاژهای معروف چدن خاکستری کاربردهای فراوانی در صنایع دارند که با نام GG-20 و GG-25 نام‌گذاری شده‌اند. از کاربردهای این دو آلیاژ معروف می‌توان به استفاده در ساخت قطعات و تجهیزات، ساخت بدنه موتورهای الکتریکی و ماشین‌آلات صنعتی اشاره کرد.

چدن مالیبل (چکش‌خوار)

چدن مالیبل نوع سخت و شکننده بود که از نوع هیپو یوتکتیکی به حساب می‌آیند. این نوع کم‌آلیاژ یا بدون آلیاژ بوده و برای تولید گرافیت‌های کروی فشرده شده مناسب است. نوع سفید طی فرآیندی به نام آنیله تا دمای 900 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود به صورتی که سمنتیت (کاربید آهن) تبدیل به آهن و کربن تجزیه شده شود.

این فرآیند سبب تشکیل کروی شکل ذرات گرافیت شده و خاصیت چکش‌خواری را در آن بوجود می‌آورد. از چدن مالیبل در تولید قطعات کشاورزی، اتومبیل، اتصالات الکتریکی و قطعات دیگر صنایع استفاده می‌شود.

چدن داکتیل (نشکن)

برای شناخت بهتر چدن داکتیل می‌توان گفت که این نمونه بهینه شده و اصلاح شده از خاکستری است. تفاوت ساختار شیمیایی داکتیل با خاکستری در عنصر منیزیم است که برای داکتیل 0.2 درصد می‌باشد.

دیگر تفاوت آن‌ها مربوط به گرافیت است که در خاکستری به صورت تیغه‌ای قرار دارند ولی برای داکتیل، گرافیت‌ها در زمان انجماد به صورت کروی قرار دارند. نام دیگر داکتیل چشم‌گاوی یا SG است. چدن نشکن به دلیل استحکام نسبتا بالایی که دارد در بسیاری از ساختارهایی که از خاکستری یا مالیبل استفاده می‌شود بهتر عمل می‌کند.

نحوه ساخت چدن

مراحل ساخت چدن به این صورت بوده که در ابتدا باید سنگ آهن درون کوره ذوب شود. این مرحله از ذوب موجب جدا شدن ناخالصی‌ها (عناصری مانند گوگرد و کربن) از آهن شده تا آهنی خام داشته باشیم. پس از خروج مواد مذاب از کوره و سرد شدن، آن ماده به شمش‌هایی سفت تبدیل می‌شود.

در مرحله دوم شمش‌های سفت به طور مجدد در قالب نهایی ذوب می‌شوند و با اضافه کردن آلیاژهایی به آن یا ایجاد فرآیند حرارتی در آن تغییراتی متالورژی در ماده اولیه ایجاد می‌کنند. تغییرات ایجاد شده سبب ایجاد یکی از انواع سفید، خاکستری، مالیبل و داکتیل می‌شود.

ویژگی‌های چدن

چدن‌ها دارای ویژگی‌هایی هستند که برخی از آن‌ها را می‌توان مزایا و برخی دیگر را معایب در نظر گرفت. این مزایا و معایب عبارتند از:

مزایا

• ریخته‌ گری خوبی دارند و استفاده از آن ساده است
• مقاومت بالایی در برابر سایش دارند
• قابلیت ماشین‌کاری مناسبی دارند
• هزینه‌های تولید آن کم است
• دوام و ماندگاری بالا و خوبی دارند
• در برابر تغییرات شکل مقاوم هستند
• حدود سه تا پنج برابر نسبت به فولاد فشار را تحمل می‌کنند
• خاصیت ضد لرزش بسیار خوبی دارند

معایب

• امکان زنگ‌زدگی در آن‌ها وجود دارد
• ساختار آن‌ها به‌گونه‌ای است که مقاومت کششی آن‌ها ضعیف است
• نسبت وزن به استحکام بالا
• مشکل ترد بودن و شکنندگی بالا در آن‌ها
• در برابر ضربات مقاومت پایینی دارند
• در قیاس با فولاد ماشین‌کاری ضعیفی دارند
• برای جوشکاری مناسب نیستند و ضعیف عمل می‌کنند

موارد استفاده چدن

ارزش استفاده از چدن‌ به دلیل هزینه کم در تولید و نیاز به عناصر آلیاژی به صرفه است. همین موضوع موجب رواج پیدا کردن استفاده از آن ها در سراسر کشورها شده است. از کاربردهای مورد استفاده قرار گرفتن این ماده در صنایع متالورژی، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تولید زنجیر
• تولید قطعات معماری مصارف تزئینی
• تولید چرخ‌دنده و صفحه‌دنده
• تولید انواع مختلف شفت‌ها و میله‌ها
• تولید دیسک‌های ترمز
• ساخت تجهیزات لازم برای معادن

سخن پایانی

چدن‌ها را می‌توان از خانواده آلیاژهای آهنی به حساب آورد که از عناصر آهن، کربن و سیلیسیم تشکیل می‌شوند.آن‌ها مقاومت بالایی در برابر خوردگی و اکسیداسیون داشته و در چهار نوع سفید، خاکستری، مالیبل و داکتیل تولید می‌شوند.

چدن‌ها به دلیل هزینه کم در تولید، چکش‌خواری بالا و مناسب بودن برای ماشین‌کاری، استفاده فراوانی در صنایع و در بسیاری از کشورهای جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین می‌توان از آن ها برای تولید بسیاری از قطعات صنعتی و ماشینی پرکاربرد با هزینه‌های کم استفاده کرد.

همچنین مقاومت بالای آن‌ها در چکش‌خواری، فشار و ماندگاری کمک کرده تا تولید قطعات کاربردی بهینه و باکیفیت باشد.