چدن

چدن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲٫۱ الی ۶٫۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می‌شود. از نظر میزان مصرف این خانواده از فلزات آهنی(بعد از فولادهای ساده کار پذیر که در ساخت ورق، نبشی، تیرآهن و… مصرف دارند) مهمترین گروه از فلزات و آلیاژهای ریختگی را شامل شده است.

آهن بعنوان یک عنصر خالص, فلزی مناسب برای استفاده صنعتی نیست. بهرحال برای تولید فولاد و چدن (Cast iron) مقدار کمی عناصر غیر فلزی همانند کربن به آهن خالص اضافه می شود. چدن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲.۱ الی ۶.۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می‌شود.

تفاوت چدن و فولاد

فرق اساسی بین فولاد ضد زنگ و چدن, در میزان کربن موجود در آن است. کربن موجود در فولاد بین صفر تا دو درصد و کربن موجود در آن بیش از دو درصد است. رنگ مقطع شکست این آلیاژ به عنوان شناسه نامگذاری انواع مختلف آن به کار می رود. بیش از ۹۵ درصد وزنی آن را آهن تشکیل میدهد و عناصر آلیاژی اصلی آن کربن و سیلیسیم هستند.

به طور کلی روش تولید چدن ها به این صورت است که مخلوط متناسبی از موادهایی مانند شمشهای آهن خام، براده ها و قطعات برگشتی ریخته گری و سایر افزودنیها همچون فرومنگنز، آهک و… را در داخل کوره های الکتریکی یا کوره کوپل میریزند تا ذوب شوند.

البته این فلز از طریق ذوب مجدد سنگ آهن به همراه آهن و فولاد قراضه نیز بدست می‌آید و با طی مراحلی برای حذف عناصر ناخواسته مانند فسفر و گوگرد همراه است وپس از تکمیل ذوب، مذاب آن به کوره نگهدارنده یا قالب ریخته می‌شود.

نقطه ذوب

چدن ، شامل ۵/۳%-۲% کربن و مقدار کمی منگنز می‌باشد. ناخالصی‌های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می‌دهد. در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می‌باشد 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 می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده می‌باشد. این فلز به استثنا نوع داکتیل، ترد هستند و به دلیل نقطه ذوب پایین، سیالیت،. قابلیت ریخته گری، ماشین کاری، تغییرشکل ناپذیری و مقاومت به سایش به موادی مهندسی با دامنه وسیعی از کاربرد تبدیل شده و در تولید لوله ها، ماشینها، قطعات صنعت خودرو مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه گیربکس به کار می‌روند.

انواع ساختارهای زمینه چدن چیست ؟

اساس خواص مکانیکی چدن به زمینه آن بستگی دارد. به همین دلیل است چدن ها را با عبارت ساختار زمینه آنها برای مثال انواع پرلیتی یا فریتی توصیف می‌کنند. مهمترین ساختار زمینه چدن عبارتند از:

فریت

زمینه ی فریتی را می توان به صورت ریختگی در چدن تولید کرد. ولی اغلب با عملیات حرارتی بازپخت می توان به آن دست یافت. فریت محلول جامد بین نشینی کربن در آهن با شبکه بلوری مکعب مرکز دار (bcc) است. فریت نسبتا نرم، چکش خوار، استحکام کم، شکست خوب، مقاومت به سایش ضعیف ، ضریب هدایت گرمایی نسبتا خوب و قابلیت ماشینکاری خوبی است. یک زمینه فریتی را می‌توان به طور ریختگی تولید کرد. اما اغلب با عملیات حرارتی باز پخت (تابکاری) می‌توان به آن دست یافت.

پرلیت (چدن)

زمینه ی پرلیتی در قطعه ی ریختگی چدن به دست می آید. پرلیت مخلوطی از لایه های متناوب فریت و سمنتیتاست. پرلیت به شکل اثر انگشت بر روی کاغذ دیده می شود. پرلیت نسبتاً سخت بوده و از چقرمگی کمتری برخوردار است. قابلیت ماشین کاری آن خوب وضریب هدایت گرمایی آن کم است. زمینه های پرلیتی سخت تر و مستحکم تر از زمینه های فریتی هستند.

فریت- پرلیت

ساختار مخلوطی است. که غالبا برای رسیدن به خصوصیاتی بینابینی از آنچه که در فوق بالا شرح داده شده است. به کار گرفته می رود.

آستنیت

برای پایدار نگاه داشتن این فاز در طول عمل خنک شدن یک عنصر آلیاژی با مقدار زیاد و معینی لازمست. چدن گرافیت ورقه ای و گرفیت کروی آلیاژی (نیکل – سخت) چدن هایی با زمینه آستنیتی و دارای خواص عالی حرارتی مقاومت به خوردگی و نیز غیر مغناطیسی هستند. این زمینه می‌تواند خصوصیات مقاومت به خزش،  چقرمگی خوب، تنش پارگی تا دمای ۸۰۰درجه سانتیگراد و یک محدوده گسترده ای از انبساط حرارتی که تابع از  موجود در چدن است را نشان دهد

بینیت (چدن)

این ساختار می‌تواند به صورت ریختگی با افزودن عناصر آلیاژی  به مقادیر معین تولید شد. در ضمن جهت اطمینان بیشتر می‌توان توسط عملیات حرارتی آستمپر نیز به این ساختار دست یافت. این آلیاژ، با توجه به صرفه اقتصادی اخیرا توانسته‌اند نقش مهمی بویژه در قطعات دنده ها، مهندسی خودرو، قطعات انتقال نیرو داشته باشند.
مزایای چدن های گرافیت کروی آسمتپر عبارتند از;استحکام کششی بالا توام با چقرمگی، انعطاف پذیری و استحکام خوب. مقاومت به سایش و خراش، ظرفیت بالای جذب صدا و کارکرد. خواص ریخته کری خوب، فرم پذیری نزدیک به شکل نهایی حتی در شکل های خیلی پیچیده، قابلیت ماشینکاری خوب در حالت ریخته و حدود ۱۰%صرفه جویی در وزن در مقایسه با فولاد.

انواع چدن چیست ؟

چدن نیز همانند آهن، انواع مختلفی دارند و همه آنها در برابر فشار مقاومت بالایی دارند

1.چدن خاکستری Grey cast iron

به دلیل رنگ خاکستری مقطع شکست های با گرافیت ورقه ای یا لایه ای، از اصطلاح (Gray Iron) برای نامگذاری آن ها استفاده شده است. الیاژ خاکستری از مهم ترین و پر کاربردترین آلیاژهای هستند. اگر شما یک متالورژ نیستید، پس احتمالاً آشنایی زیادی هم با اصطلاح چدن خاکستری ندارید ولی حتماً GG-20 یاGG-25 را می شناسید یا حداقل اسمی از آن ها به گوشتان خورده است. این دو آلیاژ از چدن های خاکستری پر کاربرد در صنعت کشورمان به خصوص در صنایع خودروسازی، ساخت لوله، شیر و اتصالات، پمپ سازی، ساخت بدنه موتورهای الکتریکی و ساخت قطعات، تجهیزات و ماشین آلات صنعتی هستند.

درصد حدودی عناصر چدن خاکستری به این صورت زیرمی با شد و مابقی آن آهن است

• کربن : ۴-۳٫۵ درصد
• گوگرد : زیر ۰٫۰۶ درصد
• سیلیسیوم : ۱٫۵-۰٫۵ درصد
• منگنز : ۰٫۸-۰٫۲ درصد
• فسفر : زیر ۰٫۱ درصد

انواع چدن‌های خاکستری از نظر شکل گرافیت

• چدن‌های خاکستری با گرافیت کلوخه‌ای یا شکوفه‌ای یا مالیبل با چکش‌خوار
• چدن خاکستری با گرافیت ورق فولادی یا فلسی یا پولکی
• چدن خاکستری با گرافیت کروی یا داکتیل یا SG یا نشکن
• چدن خاکستری چشم گاوی;این نوع ما بین خاکستری و سفید می‌باشد.به علت گرافیتهای نسبتاً بزرگ در بین فاز روشن رنگ فریت به این اسم مشهور است

در سیستم آهن کربن ناپایدار نمی‌توان گفت تمام کربن به صورت گرافیت آزاد رسوب می‌کند. چون شرایط تبرید و انجماد در نوع حاصل نقش دارد.

عملیات حرارتی فولادها، به زبان ساده و کاربردی

عملیات حرارتی آنیل این الیاژ ها به منظور حذف کاربیدها و پرلیت در ساختار ریختگی و یا تولید گرافیت در یک زمینه فریتی به کار برده می شود. سیکل به کار برده شده به نوع و طبیعت بستگی دارد و معمولاً در چدن های خاکستری دو مرحله ای است. مرحله اول بالای محدوده دمای بحرانی انجام می شود که باعث تجزیه کاربید و یکنواختی زمینه می شود. مرحله دوم در زیر دمای بحرانی انجام می شود و زمینه به فریت و کاربیدها به گرافیت تبدیل می شود. 

اجزای سازنده آلیاژ چدن

شاید در ذهن شما نیز این سؤال نقش بسته باشد که اجزای سازنده این آلیاژ چیست؟ نوع و درصد اجزای تشکیل دهنده آلیاژ به چه صورت است؟ با ما همراه باشید تا پاسخ این سؤالات خود را دریافت کنید. اصطلاح ، خانواده بزرگی از آلیاژ آهنی را دربر می گیرد. در حقیقت با اضافه کردن عناصری چون کربن به آهن خام تولید می شود. عناصر اصلی تشکیل دهنده چدن عبارتند از:

• کربن (بین 2 تا 4 درصد)
• آهن (در حدود 92 درصد)
• سیلیکون (بین 1 تا 3 درصد)

دیگر عناصری که معمولاً در یافت می شوند، عبارتند از:

• منگنز
• فسفر
• گوگرد

گاهی برای اصلاح ساختار و تغییر خواص چدن، عناصر دیگری (با مقادیر متفاوت) به اضافه می شوند. این عناصر عبارتند از:

• آلومینیوم
• منیزیم
• مس
• سدیم
• کرم
• وانادیم
• و دیگر فلزات

 انواع مختلف آلیاژ

یک نکته بسیار مهم در رابطه با چدن، نوع کربن اضافه شده به آهن خام است. کربن موجود در چدن اصولاً به دو صورت یافت می شود:

• کربن ترکیبی
• کربن آزاد (گرافیت): گرافیت در انواع مختلف به شکل های مختلفی استفاده می شود (ورقه ای، برفکی، کروی، کرمی (worm)) که بر خواص تولیدی نیز بسیار تأثیرگذار است.

میزان کربن آزاد و کربن ترکیبی اضافه شده به آهن خام در مرحله تولید، در خواص و نوع چدن تولیدی بسیار مؤثر است؛ بنابراین، انواع مختلف براساس میزان کربن (آزاد و ترکیبی) اضافه شده عبارتند از:

• چدن با گرافیت فشرده
• چدن سفید
• چدن خاکستری
• چدن داکتیل
• چدن مالیبل

معایب و مزایا

چدن دارای مزیت‌ها و معایبی در معماری است. در فشرده سازی قوی و در کشش و خمش ضعیف است. برخی از خواص ویژه آنها را از فولاد متمایز می کند عبارتند از نقطه ذوب پایین, قابلیت سیال شدن زیاد, کم بودن میزان انقباض در زمان انجماد و سرد شدن, مقاومت کم در برابر ضربه, انعطاف پذیری کم, قابلیت جذب ارتعاش خوب,مقاومت خوب سایش و عدم حساسیت در برابر شیارهای سطحی.

البته مقاومت و سختی این نوع الیاژ مخصوصاً در حرارت بالا (هنگام آتش‌سوزی) بسیار پایین می‌آید. نکته قابل ذکر در مورد خواص فوق این است که بسیاری از آنها به ساختمان میکروسکپی زمینه و چگونگی توزیع کربن در آن بستگی دارد.

موارد استفاده چدن:

برای ساخت پل، لوله‌ها، درپوش چاه‌های خیابان، ماشین آلات و بسیاری چیزهای دیگر تا زمان جایگزین شدن فولاد ضد زنگ استفاده می‌شد.

شکل توسعه یافته اش به عنوان خرپای سقف، شاغول کردن، خطوط گازی و هم چنین پنجره‌های دکوراتیو استفاده می‌شده است.

معایب و مزایا

چدن دارای مزیت‌ها و معایبی در معماری است. در فشرده سازی قوی و در کشش و خمش ضعیف است.

برخی از خواص ویژه چدن ها که آنها را از فولاد متمایز می کند عبارتند

از نقطه ذوب پایین, قابلیت سیال شدن زیاد, کم بودن میزان انقباض در زمان انجماد و سرد شدن, مقاومت کم

در برابر ضربه, انعطاف پذیری کم, قابلیت جذب ارتعاش خوب,مقاومت خوب سایش و عدم حساسیت در برابر شیارهای سطحی.

جهت دریافت آخرین قیمت هر متر مربع سوله در سال 1400 با ما تماس بگیرید.