معرفی انواع چدن و کاربردهای آن

چدن (Cast Iron) یکی از آلیاژهای کمتر شناخته شده آهن است که علی رغم کاربرد فراوانی که در زندگی روزانه ما دارد، به اندازه دیگر آلیاژ یعنی فولاد، به آن توجه نمی‌شود. چدن را این روزها با وسایل آشپزخانه می‌شناسیم، اما آیا کاربردهای آن فقط به ساخت ظروف و لوازم خانگی محدود می‌شود؟ در این مقاله از وب سایت گرفت قصد داریم شما عزیزان را به صورت کامل با چدن، کاربردها، روش تولید و خواص این آلیاژ آهنی آشنا کنیم. لطفا با ما همراه باشید.

چدن چیست؟

وقتی می‌گوییم چدن یک آلیاژ آهن است، یعنی علاوه بر آهن، در ترکیبات خود عناصر دیگری هم دارد. بنابراین چدن یک آلیاژ است که ترکیب‌های آن عموما آهن، کربن و سیلیسیم هستند. البته عناصر دیگری مانند فسفر و منگنز هم ممکن است در ساخت چدن به کار بروند. چدن انواع مختلفی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به چدن سفید، چدن خاکستری، چدن نشکن، چکش خوار و ... اشاره دارد. جالب است بدانید که هر کدام از این انواع، دارای ویژگی‌های متمایز و منحصر به فرد خود هستند.

به طور کلی آلیاژها به دو دسته آهنی و غیر آهنی تقسیم می‌شوند. چدن و فولاد به عنوان دو آلیاژ اصلی آهنی محسوب می‌شوند؛ زیرا عنصر اصلی سازنده آن‌ها آهن است. علاوه بر آهن، 2 الی 4 درصد چدن را کربن و 1 تا 3 درصد آن را سیلیسیم تشکیل می‌دهد. چدن همان آهن خام است که در زمان ذوب کردن سنگ آهن در کوره به دست می‌آید بعدا ممکن است برای تولید فولاد هم از آن استفاده شود.

مشخصات و ویژگی‌های چدن

یکی از اصلی‌ترین دلایلی که باعث محبوبیت بی‌نظیر چدن در صنایع مختلف شده است، ویژگی‌های مختلف آن است که در ادامه به برخی از مهم‌ترین آن‌ها اشاره خواهیم کرد:

• بدون داشتن حالت خمیری از مایع به جامد تبدیل می‌شود
• قابلیت چکش‌خواری دارد
• سخت و در عین حال شکننده است
• دیرتر از سایر آلیاژها زنگ می‌زند
• در برابر حرارت به خوبی مقاومت نشان می‌دهد
• انواع گوناگونی دارد
• مقاومت فوق‌العاده‌ای دارد
• وزن آن سنگین است و در عین حال، قیمت مناسبی هم دارد

و ...

بدیهی است که با داشتن طیف وسیعی از ویژگی‌های مختلف، باید هم انتظار داشته باشیم که این آلیاژ تا این اندازه محبوب باشد.

ترکیبات شیمیایی چدن

رایج‌ترین و شناخته شده‌ترین نوع چدن، چدن خاکستری است که از ترکیبات زیر تشکیل می‌شود:

• 2.75 تا 4 درصد کربن
• 0.75 تا 3 درصد سیلیسیم
• 0.25 تا 1.5 درصد منگنز
• 0.02 تا 0.2 درصد گوگرد
• 0.02 تا 0.75 درصد فسفر

به طور کلی و همان‌طور که قبلا هم اشاره کردیم، کربن و سیلیسیم مهم‌ترین عناصر تشکیل دهنده آلیاژ چدن به شمار می‌روند.

انواع چدن و استانداردهای آن‌ها

آلیاژ چدن از نظر نوع زیرساختار و همچنین رنگ سطح مقطع به 4 نوع زیر تقسیم می‌شود:

1. چدن خاکستری

2. چدن سفید

3. چدن چکش‌خوار

4. چدن داکتیل

چدن خاکستری

اگر این چدن را بشکنیم، در امتداد ورقه‌های گرافیتی شکسته شده و در سطح مقطع شکست خود، دارای رنگ خاکستری است. این رنگ به دلیل وجود تیغه‌های گرافیتی در ساختار چدن شکل می‌گیرد. سختی چدن خاکستری در بهترین حالت به 300 ویکرز می‌رسد و حداکثر استحکام کششی آن هم 400 مگاپاسکال است. این چدن یک رسانای حرارتی فوق‌العاده است و کاربرد آن بیشتر در لوازم آشپزخانه، بلوک‌های موتور، چرخ‌های پرواز و ... است.

چدن سفید

این نوع چدن در سطح مقطع شکست خود دارای رنگ سفید یا نقره‌ای است. در حقیقت این رنگ به دلیل عدم وجود گرافیت در ساختار چدن شکل می‌گیرد. چدن سفید از لحاظ سختی، استحکام و شکنندگی در وضعیت بسیار مطلوبی قرار دارد. حداکثر سختی آن به 600 ویکرز می‌رسد و بیشتر در سنگ‌شکن‌ها و کفشک‌های ترمز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چدن چکش‌خوار یا مالیبل

این چدن در اثر حرارت دیدن چدن سفید و شکسته شدن کاربیدهای آهن و تبدیل شدن آن‌ها به گرانیت آزاد به دست می‌آید. این چدن به داشتن قابلیت انعطاف‌پذیری و چقرمگی شکست مناسب مشهور است. در تجهیزات الکتریکی، تجهیزات معدن و ... بیشتر از چدن چکش‌خوار استفاده می‌شود.

چدن داکتیل

از افزودن عنصر منیزیم به چدن خاکستری و تبدیل گرافیت‌های تیغه‌ای به گرافیت‌های کروی، نوعی چدن به دست می‌آید که به چدن داکتیل معروف است. این چدن به دلیل شکل‌‌پذیری مناسب محبوب شده و به طور عمده در زیرساخت‌های آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرایند تولید چدن چگونه است؟

چدن از فراوده‌های اولیه سنگ آهن است و به صورت کلی، تصفیه دقیقی روی آن صورت نمی‌گیرد. این آلیاژ از 2.6 درصد کربن و 3 درصد سیلیسیم تشکیل شده است. بعد از فراوری سنگ آهن، چدن به دست آمده همیشه از نوع چدن خاکستری است که محبوب‌ترین نوع این آلیاژ هم به شمار می‌رود. حال اگر چدن خاکستری را سرد کرده و کربن آن را پایین بیاوریم، چدن سفید تشکیل می‌شود. اگر چدن سفید را با استفاده از ترکیبات شیمیایی مخصوص، ریخته‌گری کنیم و سمنتیت‌های آهن آن را به گرافیت‌های کروی شکل تغییر دهیم، حاصل چدن چکش‌خوار خواهد بود. در نهایت با افزایش کربن در چدن خاکستری، می‌توان آن را به چدن داکتیل تبدیل کرد.

تفاوت چدن با فولاد چیست؟

اصلی‌ترین تفاوت چدن با فولاد در این است که فولاد در مقایسه با دیگر آلیاژ آهن، منعطف‌تر است. از سویی دیگر، ریخته‌گری چدن ساده‌تر است؛ اما در ریخته‌گری فولاد، این آلیاژ را کوچک‌تر می‌کنند. همچنین بد نیست بدانیم که چدن در مقایسه با فولاد از مقاومت بهتری نسبت به خوردگی و زنگ زدگی برخوردار است.

کاربردهای چدن

برخی از مهم‌ترین کاربردهای چدن عبارتند از:

• ساخت پل
• ساخت درپوش‌های خیابان
• لوله‌ها
• ساخت ماشین آلات
• تولید ظروف آشپزخانه
• خطوط گازی
• شاغول کردن
• خرپای سقف
• پنجره‌های دکوراتیو
• زیرساخت‌های آب و فاضلاب
• اتصالات الکتریکی
• تجهیزات معدن

و ...

تفاوت چدن داکتیل و مالیبل

چدن مالیبل یا همان چکش‌خوار به طور مستقیم از چدن سفید به دست می‌آید؛ در حالی که برای تولید چدن داکتیل باید یک ترکیب شیمیایی خاص را به چدن خاکستری اضافه کرد. چدن داکتیل در ساختار خود دارای 6.3 درصد کربن، 1.5 درصد سیلیسیم، مقداری فسفر، منگنز، گوگرد و ... است. چدن داکتیل به داشتن گرافیت بالا معروف است؛ در حالی که چدن چکش خوار، بیشتر به خاطر قابلیت مناسب در شکل‌پذیری محبوب شده است.

مزایا و معایب استفاده از چدن

مانند هر آلیاژ دیگری، چدن هم دارای مزایا و معایب خاص خود است که زمان صحبت از قیمت آهن و قیمت آلیاژهای آهنی، باید به شکل ویژه‌ای به آن‌ها توجه داشته باشید. در ادامه به برخی از مهم‌ترین مزایا و البته معایب چدن اشاره خواهیم کرد.

مزایای اصلی استفاده از چدن عبارتند از:

1. انعطاف‌پذیری در تولید

2. نقطه ذوب و ریخته‌گری پایین

3. ارزانی قطعات تولید

4. سهولت در طراحی قطعات

5. یکنواختی خواص مکانیکی

6. سهولت ریخته‌گری قطعات

7. خواص گسترده مکانیکی

8. مقاومت به سایش

9. قابلیت جذب ارتعاش صدا

و  ...

در کنار این مزایا، چدن معایبی هم دارد که برخی از آن‌ها عبارتند از:

1. دشواری برش‌کاری و جوش‌کاری

2. قابلیت شکل‌پذیری مکانیکی پایین

3. خواص مکانیکی محدود

و ...