یکی از آلیاژهای پرکاربرد در انواع آلیاژهای آهنی، چدن می باشد. اصلی ترین عناصر تشکیل دهنده چدن، عموماً آهن، کربن و سیلیسیم هستند؛ ولی عناصر دیگری مثل فسفر، گوگرد و منگنز نیز ممکن است در این آلیاژ استفاده شود. چدن انواع مختلفی دارد و در شکل ها و انواع متفاوت تولید و عرضه می شود. هر یک از انواع چدن مانند چدن سفید، خاکستری، نشکن، چکش خوار و گرافیت فشرده، دارای خصوصیات و ویژگی های منحصر به فردی می باشد.
چدن در صنعت ساختمان سازی، کاربرد کمی دارد ولی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از رایج ترین کاربرد های آن تولید جعبه تقسیم چدنی است.
انواع چدن
چدن ها، ترکیبات شیمیایی متفاوتی دارند و هر کدام نسبت به ترکیباتشان، دارای کاربردها و قابلیت های متفاوتی هستند. در ادامه با چند نمونه از انواع چدن آشنا خواهید شد.
چدن سفید
چدن سفید، از ترکیب شدن کربن با آهن تولید می شود. قسمت عمده کربن به شکل نیمه پایدار (سمنتیت) رسوب می کند و ساختاری سخت، شکننده و با مقاومت فشاری بالا را به چدن می بخشد.
از دیگر مزایای این نوع چدن، می توان به مقاومت بالای آن در برابر فرسایش و صرفه اقتصادی آن اشاره کرد. همچنین اگر آهن سفید بریده شود، به دلیل عدم وجود گرافیت، سفید به نظر می رسد.
تردی بیش از حد این نوع چدن باعث می شود که قابل استفاده برای بیشتر صنایع نباشد و فقط در ساخت پروانه توربین های باد کاربرد دارد.
چدن خاکستری
یکی از پرکاربردترین و مهم ترین آلیاژهای چدن، چدن خاکستری است. این قطعات مانند دیگر انواع چدن، انعطاف پذیر نیست و استحکام کششی آن نیز کمتر است؛ اما رسانای حرارتی خوبی دارد.
چدن های خاکستری از دو آلیاژ معروف با نام های GG-20 و GG-25 تشکیل شده اند که در صنایع متفاوتی مثل خودروسازی برای ساخت بدنه موتورهای الکتریکی، ساخت لوله و شیرآلات، پمپ‌سازی و ساخت قطعات، تجهیزات و ماشین آلات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
عناصری که در چدن خاکستری با عنصر آهن ترکیب می شود، شامل موارد زیر است:
سیلیسیم: ۰/۵ الی۱/۵ درصد
منگنز: ۰/۲ الی ۰/۸ درصد
فسفر: زیر ۰/۱ درصد
کربن: ۳/۵ الی ۴ درصد
گوگرد: زیر ۰/۰۶ درصد
به دلیل شکل گرافیکی متفاوت چدن های خاکستری، آن ها به چند دسته تقسیم می شوند که این دسته ها عبارتند از:
چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای یا پولکی
چدن خاکستری با گرافیت کروی
چدن‌های خاکستری با گرافیت کلوخه ای یا شکوفه ای
چدن خاکستری چشم گاوی
چدن نشکن (چدن داکتیل)
یکی از نوین ترین نوع چدن، چدن نشکن می باشد. چدن نشکن، استحکام بسیار بالایی دارد و از چدن های خاکستری بهتر عمل می کند. از چدن های نشکن به دلیل داشتن استحکام و ماشین کاری خوب، در صنعت حمل و نقل برای ساخت میل لنگ ها استفاده می شود. همچنین این نوع آهن، برای لوله سازی نیز کاربرد دارد.
ترکیب شیمیایی چدن
چدن ها، از ترکیب عناصر اصلی و فرعی تولید می گردند. معمولا برای ساخت چدن ها از ۹۲ درصد آهن، ۲ الی ۴ درصد کربن و ۱ الی ۳ درصد سیلیسیم استفاده می شود و حدود یک درصد نیز، به عناصر دیگر اختصاص داده می شود.
در زمان ترکیب عناصر به چدن، به مقدار هر یک از عناصر دقت کرد تا آلیاژ، خاصیت خود را از دست ندهد و ناخالصی نداشته باشد. این عناصر عبارتند از:
سیلیسیم: ذرات سیلیسیم در چدن حدود ۴ % است که به نرمی و ماشینکاری کمک می کند و سختی و مقاومت الکتریکی را افزایش می دهد.
گوگرد: گوگرد تا ۰.۱% در چدن وجود داردو آن را سخت و شکننده می کند.
منگنز: وجود ۰.۷۵% منگنز در چدن، کاربید چدن را تقویت می کند و مقاومت چدن را در برابر سایش، افزایش می دهد.
کروم: کروم باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر سایش، اکسیداسیون و خوردگی می شود.
نیکل: استحکام کششی را افزایش می دهد.
مولیبدن، تنگستن و وانادیوم: سختی پذیری را افزایش می دهد.
آلومینیوم و تیتانیوم: به عنوان اکسید کننده در فولاد عمل می کند.
نیوبیم و کبالت: سختی پذیری را کاهش و شکل پذیری را افزایش می دهد و منجر به افزایش مقاومت ضربه می شود.
نقطه ذوب چدن
چدن ها به دلیل داشتن ناخالصی، در برابر دیگر مواد، نقطه ذوب پایین تری دارند. نقطه ذوب چدن حدوداً بین ۱۴۲۰ تا ۱۴۷۰ درجه کلوین است.
یکی از آلیاژهای پرکاربرد در انواع آلیاژهای آهنی، چدن می باشد. اصلی ترین عناصر تشکیل دهنده چدن، عموماً آهن، کربن و سیلیسیم هستند؛ ولی عناصر دیگری مثل فسفر، گوگرد و منگنز نیز ممکن است در این آلیاژ استفاده شود. چدن انواع مختلفی دارد و در شکل ها و انواع متفاوت تولید و عرضه می شود. هر یک از انواع چدن مانند چدن سفید، خاکستری، نشکن، چکش خوار و گرافیت فشرده، دارای خصوصیات و ویژگی های منحصر به فردی می باشد.
چدن در صنعت ساختمان سازی، کاربرد کمی دارد ولی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از رایج ترین کاربرد های آن تولید جعبه تقسیم چدنی است.
انواع چدن
چدن ها، ترکیبات شیمیایی متفاوتی دارند و هر کدام نسبت به ترکیباتشان، دارای کاربردها و قابلیت های متفاوتی هستند. در ادامه با چند نمونه از انواع چدن آشنا خواهید شد.
چدن سفید
چدن سفید، از ترکیب شدن کربن با آهن تولید می شود. قسمت عمده کربن به شکل نیمه پایدار (سمنتیت) رسوب می کند و ساختاری سخت، شکننده و با مقاومت فشاری بالا را به چدن می بخشد.
از دیگر مزایای این نوع چدن، می توان به مقاومت بالای آن در برابر فرسایش و صرفه اقتصادی آن اشاره کرد. همچنین اگر آهن سفید بریده شود، به دلیل عدم وجود گرافیت، سفید به نظر می رسد.
تردی بیش از حد این نوع چدن باعث می شود که قابل استفاده برای بیشتر صنایع نباشد و فقط در ساخت پروانه توربین های باد کاربرد دارد.
چدن خاکستری
یکی از پرکاربردترین و مهم ترین آلیاژهای چدن، چدن خاکستری است. این قطعات مانند دیگر انواع چدن، انعطاف پذیر نیست و استحکام کششی آن نیز کمتر است؛ اما رسانای حرارتی خوبی دارد.
چدن های خاکستری از دو آلیاژ معروف با نام های GG-20 و GG-25 تشکیل شده اند که در صنایع متفاوتی مثل خودروسازی برای ساخت بدنه موتورهای الکتریکی، ساخت لوله و شیرآلات، پمپ‌سازی و ساخت قطعات، تجهیزات و ماشین آلات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
عناصری که در چدن خاکستری با عنصر آهن ترکیب می شود، شامل موارد زیر است:
سیلیسیم: ۰/۵ الی۱/۵ درصد
منگنز: ۰/۲ الی ۰/۸ درصد
فسفر: زیر ۰/۱ درصد
کربن: ۳/۵ الی ۴ درصد
گوگرد: زیر ۰/۰۶ درصد
به دلیل شکل گرافیکی متفاوت چدن های خاکستری، آن ها به چند دسته تقسیم می شوند که این دسته ها عبارتند از:
چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای یا پولکی
چدن خاکستری با گرافیت کروی
چدن‌های خاکستری با گرافیت کلوخه ای یا شکوفه ای
چدن خاکستری چشم گاوی
چدن نشکن (چدن داکتیل)
یکی از نوین ترین نوع چدن، چدن نشکن می باشد. چدن نشکن، استحکام بسیار بالایی دارد و از چدن های خاکستری بهتر عمل می کند. از چدن های نشکن به دلیل داشتن استحکام و ماشین کاری خوب، در صنعت حمل و نقل برای ساخت میل لنگ ها استفاده می شود. همچنین این نوع آهن، برای لوله سازی نیز کاربرد دارد.
ترکیب شیمیایی چدن
چدن ها، از ترکیب عناصر اصلی و فرعی تولید می گردند. معمولا برای ساخت چدن ها از ۹۲ درصد آهن، ۲ الی ۴ درصد کربن و ۱ الی ۳ درصد سیلیسیم استفاده می شود و حدود یک درصد نیز، به عناصر دیگر اختصاص داده می شود.
در زمان ترکیب عناصر به چدن، به مقدار هر یک از عناصر دقت کرد تا آلیاژ، خاصیت خود را از دست ندهد و ناخالصی نداشته باشد. این عناصر عبارتند از:
سیلیسیم: ذرات سیلیسیم در چدن حدود ۴ % است که به نرمی و ماشینکاری کمک می کند و سختی و مقاومت الکتریکی را افزایش می دهد.
گوگرد: گوگرد تا ۰.۱% در چدن وجود داردو آن را سخت و شکننده می کند.
منگنز: وجود ۰.۷۵% منگنز در چدن، کاربید چدن را تقویت می کند و مقاومت چدن را در برابر سایش، افزایش می دهد.
کروم: کروم باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر سایش، اکسیداسیون و خوردگی می شود.
نیکل: استحکام کششی را افزایش می دهد.
مولیبدن، تنگستن و وانادیوم: سختی پذیری را افزایش می دهد.
آلومینیوم و تیتانیوم: به عنوان اکسید کننده در فولاد عمل می کند.
نیوبیم و کبالت: سختی پذیری را کاهش و شکل پذیری را افزایش می دهد و منجر به افزایش مقاومت ضربه می شود.
نقطه ذوب چدن
چدن ها به دلیل داشتن ناخالصی، در برابر دیگر مواد، نقطه ذوب پایین تری دارند. نقطه ذوب چدن حدوداً بین ۱۴۲۰ تا ۱۴۷۰ درجه کلوین است.
آشنایی با میدان حسن آباد تهران