چدن عضوی از خانواده فروآلیاژها و آلیاژی پرکاربرد در صنعت است. آهن، کربن و سیلیکون عناصر اصلی این آلیاژ هستند. البته در این آلیاژها می توان از مقادیری فلزات و عناصر دیگر (منگنز، فسفر، گوگرد و …) نیز استفاده کرد، اما وجود آنها دائمی نیست و بستگی به عوامل و شرایط مختلفی دارد که به چدن اضافه می شود. .
اتو در اشکال و انواع مختلف در بازار موجود است. هر کدام از این انواع ویژگی ها و ویژگی های خاص خود را دارند. این ویژگی ها باعث می شود که فولاد در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله تیم آهنآنلاین قصد دارد به بررسی کامل آهن و انواع آن بپردازد و تفاوت آهن و فولاد را توضیح دهد.
چدن نوعی آلیاژ آهن با درصد کربن و سیلیکون بالاتر از فولاد است. این آلیاژ در انواع گرافیت سفید، خاکستری، شکننده، چکش خوار و فشرده تولید می شود.
چدن چیست؟ نقطه مقابل آن آهن است
آهن و فولاد آلیاژهای دو آهن هستند، اما وجود سیلیکون در ترکیبات آهن تفاوتی بین آهن و فولاد و خصوصیات و خواص هر دو ایجاد کرده است. ابتدا به معرفی چدن می پردازیم سپس به تفاوت آن با فولاد می پردازیم.
تاریخچه تولید چدن
امروزه از چدن کمتر در صنعت ساختمان استفاده می شود اما برخی از تجهیزات چدن همچنان در صنایع پتروشیمی و پالایشگاه استفاده می شود و قیمت مناسبی نیز دارد. به عنوان مثال قیمت شیرآلات چدنی در بازار به دلیل کیفیت و استحکام بسیار مناسب نسبت به سایر انواع شیرآلات مورد استفاده در صنعت پتروشیمی می باشد.
اما تاریخچه آن می توان گفت که مهمترین قسمت آهن بیش از 1000 سال است. در زمانی که انسان آهن را کشف کرد، مردم از آن برای چیزهای مختلفی استفاده می کردند. مردم از آهن برای ساخت ابزار کشاورزی، سلاح های نظامی و سایر مواد سخت مورد نیاز خود استفاده می کردند. این امر آهنگری را به شغل مهمی در آن زمان تبدیل کرد. به تدریج مردم به فکر استفاده از آهن به روش های دیگر افتادند.
بنابراین آهن را ذوب و با مواد مختلف مخلوط می کردند. یکی از اجزاء موجود در آهن مذاب کربن بود. سال ها بعد عنصر جدیدی به نام سیلیکون را به این ترکیب اضافه کردند و آن را سنگ آهن نامیدند. چدن در قرن هجدهم بسیار محبوب و پرکاربرد بود و در انگلستان به دلیل استفاده گسترده از آهن در ساختمان ها، سبکی به نام ساخت چدن ایجاد شد. قیمت سنگ آهن برای صنعت گران به اندازه قیمت هر کیلوگرم سنگ آهن اهمیت دارد.
ترکیب شیمیایی چدن
همانطور که از ابتدا گفتیم چدن از سه عنصر اصلی و چند عنصر فرعی تشکیل شده است. اما در زمان ترکیب این عناصر با یکدیگر باید مقادیر معینی از آنها در ترکیب گنجانده شود تا چدن خواص خود را حفظ کند و ناخالصی های زیادی در آن وجود نداشته باشد. در این ترکیب آهن با حدود 92 درصد بیشترین سهم را دارد. در رتبه بعدی کربن قرار دارد که حدود 4-2 درصد از ترکیب چدن را تشکیل می دهد و سپس سیلیکون با حضور 1-3 درصد خود باعث تفاوت فولاد و چدن می شود.
حدود یک درصد باقی می ماند که نمونه ای از عناصر کمتر رایج در ترکیبات آهن است.
منیزیم
فسفر
گوگرد
فهرست درصدهای شیمیایی برای آهن فرفورژه
گاهی اوقات عناصر دیگری به آهن اضافه می شود (در مقادیر مختلف) تا ساختار آن تغییر کند و خواص آهن تغییر کند. این عناصر عبارتند از:
آلومینیوم
منیزیم
فلز مس
سدیم
کروم
وانادیس
نور فلزی
ویژگی های چدن
ویژگی های منحصر به فرد و خاص چدن در بین افراد زیادی محبوبیت دارد و جلب توجه می کند. از مهمترین خواص این ترکیب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
از جامد به مایع بدون مخمر تبدیل می شود.
می توان آن را جعلی کرد.
سنگین و شکننده است.
سپس زنگ زدگی اتفاق می افتد.
در برابر حرارت مقاوم است.
انواع مختلفی دارند، بنابراین کاربردهای زیادی را پوشش می دهند.
ارزان است.
شما اضافه وزن دارید.
نقطه ذوب آهن
چدن به دلیل وجود ناخالصی در چدن و مقدار ناخالصی هایی که به ترکیب ختم می شود، نقطه ذوب پایین تری نسبت به عناصر تشکیل دهنده آن دارد. نقطه ذوب چدن 1420 تا 1470 درجه کلوین است. این ترکیب به دلیل نقطه ذوب پایین، ویسکوزیته، ویسکوزیته، قابلیت ماشینکاری و مقاومت در برابر سایش استفاده می شود و به یک ماده مهندسی با کاربردهای گسترده تبدیل شده است.
تفاوت چدن و فولاد
تفاوت اصلی فولاد و چدن در ترکیب آنهاست. در ابتدا به نظر می رسد آهن و چدن بسیار به هم نزدیک هستند و خواص مشابهی دارند زیرا از همان ماده ای به نام آهن ساخته شده اند.
سیسیلیوم ماده ای است که فقط در چدن استفاده می شود و تفاوت زیادی بین چدن و فولاد ایجاد کرده است. ورودی دیگر میزان کربن استفاده شده در هر یک از این آلیاژها است. نسبت کربن مصرفی در فولاد کمتر از 2 درصد است در حالی که در چدن این میزان به 2 تا 4 درصد می رسد. چدن نیز انعطاف پذیری کمتری نسبت به فولاد دارد.
یکی از مهم ترین راه های تشخیص چدن از فولاد، انجام آزمایش جرقه است. در طول این آزمایش، اگر جرقه کم و قرمز باشد، فلز درگیر قطعا چدن است. اما اگر جرقه سفید و بلند باشد، فلزی که در حال آزمایش آن هستید فولاد است. این یک روش برای مبتدیان است، اما روش‌های تشخیص دیگری برای افراد حرفه‌ای وجود دارد، مانند آزمایش تراشه و مشاهده سطح دو فلز. برای آشنایی بیشتر با فولاد چیست و انواع آن به مقالات آهن آنلاین مراجعه کنید.
انواع ریخته گری و ترکیب شیمیایی آنها
چدن در اشکال مختلف خود ترکیبات شیمیایی مختلفی تولید می کند که هر کدام بسته به ترکیبات و قابلیت های خود می توانند در بخش های مختلف صنعت موثر باشند.
تصویر اینفوگرافیک انواع چدن
چدن سفید
چدن سفید با تسریع فرآیند سرد شدن فلز و داشتن درصد کربن کمتری به وجود می آید. به همین دلیل بیشتر کربن به صورت نیمه پایدار (سیمنتیت) تجمع می یابد و سختی چدن را افزایش می دهد. اگر به شکل شکسته چدن سفید نگاه کنید، رنگ آن نقره ای است. چدن سفید بسیار شکننده است، بنابراین استفاده از آن در بسیاری از صنایع ممنوع است. تنها جایی که می توان آن را دید، پروانه توربین های بادی است.
با این حال، بر خلاف سایر انواع چدن، چدن سفید ضعیف است. دلیل این امر نقطه ذوب بالاتر نسبت به سایر انواع چدن است. فولاد سفید مقاوم در برابر خوردگی و بسیار مقرون به صرفه است.
چدن سفید نمای چدن; نحوه تولید، انواع و کاربردهای آن
مرحله آهن سفید
فلز خاکستری
این نوع چدن را چدن خاکستری می نامند زیرا رنگ خاکستری آن پس از شکستن این نوع چدن به دلیل ورقه گرافیتی داخل آن دیده می شود. چدن های خاکستری یکی از مهم ترین و پرمصرف ترین آلیاژهای چدن هستند. چدن های خاکستری دارای دو آلیاژ شناخته شده به نام های GG-20 و GG-25 هستند که در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، ساخت لوله، شیرآلات و اتصالات، پمپ سازی، ساخت بدنه موتورهای الکتریکی و قطعات، تجهیزات و ماشین آلات صنعتی کاربرد دارند.
درصد تقریبی عناصر در چدن خاکستری به غیر از عنصر آهن به کار رفته در آن به شرح زیر است:
چدن های خاکستری نیز بر اساس نوع گرافیت به کار رفته در آن ها طبقه بندی می شوند. این دسته بندی ها عبارتند از:
چدن های خاکستری با گرافیت گره دار یا شکننده یا چدن های چکش خوار یا چکش خوار
چدن خاکستری با گرافیت پولکی یا پولکی
چدن خاکستری با گرافیت گرد، چدن یا چدن
چدن گاو خاکستری; این نوع چدن ما خاکستری و سفید است. به دلیل وجود مقدار زیادی گرافیت در فاز رنگ روشن به این نام معروف است.
چدن خاکستری از نظر بصری چدن است. نحوه تولید، انواع و کاربردهای آن
نگاهی اجمالی به میله های آهنی بزرگ
آهن کشی
چدن داکتیل یکی از انواع جدید فولاد است که در قرن بیستم توسعه یافته است. محققان متالورژی برای تولید این نوع فولاد و استفاده از ترکیبات موجود در چدن خاکستری برای به دست آوردن این نوع فولاد سخت کار می کنند. اختراع فولاد ضد زنگ را می توان یکی از مهمترین رویدادهای صنعتی زمان خود دانست.
چدن داکتیل نام های دیگری مانند آهن SG و آهن گرافیت کروی دارد و در کشورهای دیگر مانند انگلستان به جای چدن داکتیل از آن استفاده می شود. ویژگی این نوع فولاد این است که نمودار آن در هنگام تیز کردن گرد است و این شکل نمودار باعث کاهش غلظت تنش مقطع می شود. به عبارت دیگر، اتوهای داکتیل نسخه های بهتر و کامل تری از آهن های خاکستری و قوی تر از آنها هستند.
از چدن داکتیل در صنعت لوله و خودروسازی استفاده می شود. تولید میل لنگ در صنعت خودروسازی یکی از مصارف این نوع چدن است. دلیل این استفاده استحکام و جابجایی خوب آهن تخت است.
نگاهی به چدن چدن داکتیل; نحوه تولید، چه نوع و چه کاربردهایی وجود دارد
نمای چدن داکتیل
چدن چکش خوار
چدن با مقاومت بالا از بازپخت چدن سفید بدست می آید. چدن سفید در طول فرآیند تا 900 درجه سانتیگراد گرم می شود. در این حالت کاربید آهن به کربن و آهن تجزیه می شود و ذرات گرافیت به شکل نیمکره در اطراف یکدیگر جمع می شوند. دلیل اصلی جایگزینی چدن سفید با چدن داکتیل تبدیل کاربید آهن به گرافیت شبه کروی است که خواص مکانیکی آن بهبود یافته است. چدن با مقاومت بالا در اتصالات صنعتی و همچنین اتصالات آب و گاز در ایران کاربرد فراوانی دارد. همچنین در قطعات خودرو، قطعات کشاورزی، اتصالات الکتریکی و قطعات معدن استفاده می شود.
چدن سخت و شکننده است و نمی توان آن را خم کرد یا قالب زد. به همین دلیل است که برخی به این نوع چدن سخت می گویند. اما به دلیل قیمت بسیار مناسب و جابجایی آسان می تواند گزینه مناسبی برای انتخاب باشد.
چدن؛ نحوه تولید، انواع و کاربردها نمای چدن Malibel
نوع فولاد Malibel
گرافیت فشرده
چدن های حاوی 20% گرافیت کروی، 80% گرافیت فشرده و گرافیت غیر ورقه ای را چدن گرافیت فشرده می گویند. چدن گرافیت فشرده نوعی چدن بین چدن داکتیل و چدن خاکستری است. زیرا از گرافیت کروی تشکیل شده است اما گرافیت کروی آن درصد کمی از اجزای تشکیل دهنده آن است و نسبت به چدن شکل پذیر استحکام و شکل پذیری کمتری دارد. همچنین انقباض بیشتری نسبت به چدن خاکستری دارد.
چدن (cast iron) چیست و انواع آن
از آهن گرافیت فشرده در درپوش سیلندر موتور، قالب های شمش در صنعت فولاد و در حفاظ های آتش سوزی توربین استفاده می شود.
خواص فیزیکی و شیمیایی چدن
اکنون که با انواع چدن و خواص شیمیایی هر کدام آشنا شدید، نوبت به بررسی خواص فیزیکی چدن می رسد. خواص فیزیکی مواد تحت آزمایش‌های مختلفی قرار می‌گیرد، تا کارشناسان بتوانند نحوه عملکرد آن را تحت عوامل مختلف درک کنند و کیفیت آن را به روشی خاص اندازه‌گیری کنند. فولاد ضد زنگ با چدن متفاوت است که در زیر توضیح می دهیم.
همه انواع چدن از نظر خواص فیزیکی توسط انجمن مواد آزمایشی آمریکا (ASTM) آزمایش می شوند. این انجمن بررسی های مختلف آلیاژهای مرتبط با این موضوع را ارائه می دهد تا کاربران بتوانند با خیال راحت و با خیالی آسوده آلیاژهای مربوطه را خریداری کنند. مشخصات رایج برای آهن خاکستری ASTM A48 است.
بررسی این مشخصات و استفاده از استانداردهای مختلف هنگام جوشکاری اهمیت بیشتری خواهد داشت. زیرا در حین جوشکاری باید خواص مکانیکی یکسان باشد و دو ماده در یک سطح باشند در غیر این صورت ممکن است شکستگی و خرابی رخ دهد.
چدن باید چندین ویژگی مکانیکی مشترک داشته باشد و اینها مورد مطالعه قرار خواهند گرفت. در قسمت زیر آنها را با توضیح مختصری در مورد هر کدام برای شما توضیح می دهیم.
سختی: مقاومت در برابر سایش و فرورفتگی مواد
شکل پذیری: توانایی یک ماده برای تغییر شکل بدون شکستن
انعطاف پذیری: توانایی یک ماده برای بازیابی ابعاد اولیه خود پس از تغییر شکل
انعطاف پذیری: توانایی یک ماده برای تغییر شکل تحت فشار بدون پارگی
مقاومت کششی: حداکثر بار طولی مواد را بدون پارگی تحمل می کند
مقاومت در برابر خستگی: مقاومت در برابر بالاترین تنش بر روی ماده در طول تعداد معینی از چرخه ها بدون شکستن
جدول مقایسه ای خواص فیزیکی چدن.
مرحله ساخت شمش و نوع ریخته گری
در مرحله اول تولید، قطعات چدنی در کوره بلند ساخته می شد که آلیاژ آهن خام در آن ریخته می شد. چند سال بعد، کوره های تریلر برای تسهیل تولید چدن معرفی شدند. پس از ورود این کوره ها، شمش های کوره بلند در این کوره ها ذوب می شد و قطعاتی از آهن مذاب حاصل ریخته می شد.
با پیشرفت تکنولوژی و تولید آهن اسفنجی و همچنین معرفی کوره های برقی به ویژه کوره های القایی، تولید آهن از طریق این کوره ها بسیار آسان شده است. به دلیل وجود ذخایر غنی در ایران، در حال حاضر 20 درصد کارخانجات و ریخته‌گری‌ها برای تولید آهن خام از کوره بلند استفاده می‌کنند و بقیه از فرآیند جدید استفاده می‌کنند. فرآیند تولید چدن های قدیمی برای محیط زیست مضر و برای سازندگان و ریخته گری ها سخت بود.
اخرین حرف
امروزه از انواع چدن در صنایع مختلف استفاده می شود. شناخت کامل نوع چدن به شما کمک می کند تا انتخاب بهتری برای شرایط خود داشته باشید. در این مقاله سعی داریم تا به بررسی کامل و جامع چدن بپردازیم و شما را با جنبه ها و انواع مختلف آن آشنا کنیم. امیدواریم این مقاله مورد استفاده شما قرار گرفته باشد و منتظر شنیدن نظرات و تجربیات شما در مورد چدن و انواع آن هستیم.
