چدن چیست؟
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
آهن در ترکیب بسیاری از آلیاژها فلز یافت می‌شود. به طور قطعی می‌توان گفت که بدون آهن، فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، سوپرآلیاژها و چندین گروه آلیاژ فلزی دیگر قابل تولید نیستند. با این حال، چُدن از گروه آلیاژهای فلزی است که از آهن، کربن و سیلیسیوم تشکیل شده و دارای کاربردهای مختلفی است.
اغلب در مورد اینکه چدن چیست، چگونه ساخته می‌شود و برای چه مواردی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، سوالات زیادی پرسیده می‌شود؛ این مقاله نگاهی عمیق به معرفی چدن و بررسی کاربرد و ویژگی‌های آن دارد.
فایل صوتی این مطلب
چدن چیست؟
چدن اصطلاحی برای توصیف خانواده‌ای که از آلیاژهای فلزی استفاده است. به‌طورکلی آلیاژها به 2 دسته آلیاژ آهنی و آلیاژ غیرآهنی تقسیم می‌شوند. عنصر آلیاژی چدن، آهن است. در حقیقت، فولادهای کربنی مقادیر بیشتری از عنصر آهن نسبت به چدن‌ها درون خود دارند.
یک آلیاژ عمدتا آهن باید بیش از 2 درصد کربن داشته باشد تا آلیاژ چدن محسوب شود. چدن‌ها مقادیر کمتری از آلیاژهای دیگر را دارند؛ منگنز و سیلیکون دو مورد از محبوب‌ترین آن‌ها هستند. این عناصر، آلیاژی اضافی برای اصلاح بیشتر خواص چدن به‌شمار می‌روند. برای تولید انواع چدن عموما از شمش آهن خام خاکستری استفاده می‌شود؛ فرایند ذوب آهن خام از طریق کوره کوپل انجام می‌پذیرد.
چدن‌ها انواع مختلفی دارند که عبارتند از:
- چدن شکل پذیر: این محصول دارای گره‌های گرافیتی است که نسبت به سایر چدن‌ها شکل پذیرتر می‌شود؛ در حالی که دارای خواص استحکام عالی است.
چدن خاکستری (Grey cast iron): دارای پوسته‌های گرافیتی است که قابلیت ماشین کاری آن را نسبت به سایر چدن‌ها بهبود می‌بخشد. شاید بتوان چدن خاکستری را پرکاربردترین نوع چدن در صنایع مختلف دانست. چدن خاکستری دو آلیاژ معروف به نام‌های GG-20 و GG-25 دارد که در صنایع مختلفی همچون خودروسازی، ساخت لوله، شیر و اتصالات، پمپ‌سازی، ساخت بدنه موتورهای الکتریکی و ساخت قطعات، تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی کاربرد دارند. علت نام‌گذاری چدن خاکستری این است که در صورت ایجاد شکست در این آلیاژ، محل شکستگی (سطح مقطع آن) به رنگ خاکستری دیده می‌شود. شکست‌های ایجاد شده در چدن خاکستری در امتداد ورق‌های گرافیتی صورت می‌گیرد.
- چدن سفید (White cast iron): در سطح مقطع شکستگی‌های ایجاد شده در چدن سفید می‌توان رنگ سفید یا نقره‌ای را مشاهده کرد. علت آن این است که درصد کربن به‌کار‌رفته در ترکیب شیمیایی چدن سفید کمتر است که بخش عمده‌ای از آن به‌صورت سمنتیت یا Fe3C رسوب می‌کند. این آلیاژ آهنی استحکام و سختی بالایی دارد؛ در مقابل، به علت تردی بسیار زیاد، کاربرد آن در صنایع مختلف کاهش چشمگیری داشته است. از چدن سفید به علت مقاومت بالا در برابر سایش در محفظه‌های پمپ استفاده می‌شود.
- چدن چکش‌خوار یا مالیبل (Malleable cast iron): این نوع چدن سخت و شکننده است اما قابلیت تراش ندارد. به‌همین‌علت برخی به آن چدن سخت نیز می‌گویند. پایه و اساس چدن مالیبل از چدن سفید است که طی فرایندی، خواص مکانیکی آن تغییر یافته و به حالت چکش‌خوار در می‌آید. این فرایند، آنیله شدن نام دارد. در فرایند آنیله شدن، چدن سفید را تا دمای 900 درجه سانتی‌گراد حرارت داده تا کاربید آهن (سمنتیت) به آهن و کربن تجزیه شود. در این صورت است که ذرات گرافیت به شکل یک کره دور هم جمع می‌شوند و باعث ایجاد خاصیت چکش‌خواری در چدن می‌شوند. از چدن چکش‌خوار در صنایع محتلف و برای اتصال آب و گاز استفاده می‌شود؛ همچنین در قطعات اتومبیل، قطعات کشاورزی، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی هم کاربرد دارد.
- چدن داکتیل یا نشکن (Malleable cast iron): می‌توان چدن نشکن را نسخه بهینه‌شده چدن خاکستری دانست. گرافیت در چدن خاکستری به‌صورت تیغه‌ای قرار دارد اما در چدن نشکن، گرافیت‌ها در زمان انجماد به‌صورت کروی قرار می‌گیرند. تفاوت دیگر میان چدن خاکستری و داکتیل این است که در ترکیب شیمیایی چدن نشکن از منیزیم 0.2 درصد استفاده می‌شود. چدن داکتیل را با عناوینی همچون SG یا چدن چشم گاوی نیز می‌شناسند.
حتما بخوانید: آهن، فولاد و چدن؛ هر کدام چه تفاوت‌هایی با هم دارند؟
چدن چگونه ساخته می‌شود؟
برای تهیه چدن، سنگ آهن در کوره حرارت داده می‌شود تا ذوب شود. سپس فلز مذاب ریخته می‌شود و در نهایت به شکل شمش سفت می‌شود. شمش‌های چدنی دوباره در قالب نهایی ذوب می‌شوند.
در طی این ذوب مجدد، چدن ممکن است چندین تغییر متالورژی از طریق معرفی عناصر آلیاژی یا فرآیندهای عملیات حرارتی ایجاد کند. اغلب، این جایی است که یک چدن در مشخصات یکی از چهار گروه ذکر شده در بالا قرار می‌گیرد.
چدن، وقتی ذوب می‌شود، سیالیت (تسویه پذیری) بهتری نسبت به فولاد دارد. چدن همچنین دمای ذوب پایینی دارد. این دو ویژگی چدن را به کاندیدایی ایده آل برای فرآیند ریخته گری تبدیل می‌کند؛همین ویژگی تا حدی دلیل محبوبیت چدن است. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی برای تولید و شکل دهی فولاد، استفاده از چدن در چند قرن گذشته کاهش یافته است.
میزان سیلسیم به‌کار‌رفته در این آلیاژ آهنی حدود یک تا سه درصد است؛ همچنین درصد کربن به‌کار‌رفته در انواع چدن حدود 2 تا 4 درصد است. در برخی انواع چدن ممکن است عناصر دیگری همچون منگنز، فسفر و گوگرد هم استفاده شود که ویژگی‌های خاصی به این محصول می‌دهند. درصد استفاده از این عناصر نیز حدود یک
مزایا و معایب انواع چدن؛ چدن چه ویژگی‌هایی دارد؟
- قابلیت ریخته‌گری خوب و نسبتا ساده
- مقاومت مناسب در برابر سایش
- قابلیت ماشین‌کاری خوب در بیشتر انواع چدن
- هزینه تولید کم
- ماندگاری بالا
- مقاوم در برابر تغییر شکل
- مقاومت فشاری بالا در مقایسه با فولاد (سه تا پنج برابر)
- دارای خواص ضد لرزش عالی
معایب انواع چدن
- مستعد زنگ‌زدگی
- مقاومت کششی ضعیف
- نسبت وزن به استحکام بالا
- ترد بودن و شکنندگی بالا
- مقاومت پایین در برابر ضربه
- قابلیت ماشین‌کاری ضعیف در مقایسه با فولاد
- قابلیت جوشکاری ضعیف
چدن در کجا استفاده می‌شود؟
چدن به وفور در مواردی استفاده می‌شود که نیاز به سختی و مقاومت بالا در برابر سایش دارند. چرا که فولاد را می‌توان به طور کلی تغییر داد تا ویژگی‌های ساختاری مطلوب‌تری نسبت به چدن داشته باشد. اگرچه، قبل از رواج فولاد، چدن تا حدودی برای اهداف ساختاری محبوب بود.
چدن نیز به دلیل الزامات اساسی عناصر آلیاژی و روش کم هزینه تولید، مقرون به صرفه است. بنابراین، امروزه استفاده از چدن در سراسر جهان رایج است. از جمله برخی از متداول‌ترین کاربردهای چدن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- دیسک‌های ترمز
- چرخ دنده و صفحه دنده
- زنجیر چرخ
- زنجیر
- ظروف آشپزی
- قطعات معماری تزئینی
- شفت‌ها و میله‌ها در انواع مختلف
- ساخت تجهیزات معدن
مهمترین ویژگی‌های چدن
از مهمترین ویژگی های چدن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- قابلیت چکش‌خواری
- زنگ‌زدگی دیرتر
- مقاومت در برابر حرارت
- دارای انواع گوناگون
- دارای قیمت مناسب
- وزن سنگین
همان طور که گفته شد، چدن به دلیل سختی بالا و مقاومت در برابر سایش دارای کاربردهای مختلفی است. چدن ویژگی‌های زیادی مانند انواع متفاوت، سخت و شکننده بودن، قابلیت چکش خواری و… دارد؛ همین موضوع باعث شده برای اهداف متفاوت، ساختاری محبوب باشد. اگر در این زمینه اطلاعاتی دارید، تجربیات خود را با همراهان عزیز اصفهان آهن در میان بگذارید. ما آماده دریافت نظرات، پیشنهادات و انتقادات شما عزیزان هستیم!
ترکیب سازنده چدن چیست؟
چدن از ترکیب سه عنصر اصلی آهن، سیلسیم و کربن ساخته شده است.
انواع چدن شامل چه دسته‌هایی است؟
چدن خاکستری، چدن سفید، چدن نشکن، چدن چکش‌خوار
تفاوت نحوه قرارگیری گرافیت در چدن خاکستری و نشکن در چیست؟
شکل قرارگیری گرافیت در چدن خاکستری به صورت تیغه‌ای و در چدن نشکن به‌صورت کروی است.