2.3/5
3رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود

اگرچه تمدن‌ های اولیه قادر به ذوب سنگ‌ آهن نبودند، با این‌ حال آن‌ ها می‌ توانستند با گرم کردن فلز و استفاده از تکنیک‌ های آهنگری، ناخالصی‌ های آن را از بین برده و با چکش به فلز شکل دهند. این پروسه منجر به تولید آهن فرفورژه (یا آهن کار شده) می‌ شود. این آهن، اکثر ترکیبات اصلی سنگ‌ آهن، به همراه مقداری کربن (به‌ دست‌ آمده از زغال‌ سنگ‌ های کوره) را در بر دارد. افزایش مقدار کربن تا 4% wt، دمای ذوب فلز را تا حد قابل‌ توجهی کاهش می‌ دهد؛ در این صورت، ذوب فلز حتی با کوره‌ های ابتدایی و اولیه نیز امکان‌ پذیر خواهد بود. در گذشته، فلزکاران با استفاده از این تکنیک می‌ توانستند سنگ‌ آهن را به‌ طور کامل ذوب کرده و آهن مذابی به دست آورند که به‌ راحتی به اشکال مختلف ریخته‌ گری می‌ شد. نام این آهن، آهن چدن است و به چهار نوع تقسیم می‌ شود: چدن خاکستری، سفید، نشکن و چکش‌ خوار (مالیبل). کاربرد هر یک از این انواع چدن بر اساس ترکیبات داخلی آن‌ ها تغییر کرده و محصولاتی متنوع و کارآمد در اختیار ما قرار می‌ دهد.

pdf انواع آلیاژ چدن و کاربردهای آن در صنعت

مشخصات و ویژگی های چدن اصل

چدن چیست ؟

در حوزه مهندسی مواد، چدن دسته‌ ای از آلیاژهای آهن است که دارای بیش از 2.14wt% کربن می باشد. معمولاً آهن‌ های چدن دارای 2.14% wt تا 4.0% wt کربن و 0.5% wt تا 3% wt سیلیکون است که آلیاژهای آهن با مقدار کمتر کربن را با نام فولاد می‌ شناسیم. تفاوت چدن و فولاد در آن است که چدن از نوعی انجماد یوتکنیک در سیستم دو-دویی آهن-کربن بهره می‌ برد. یوتکنیک واژه‌ ای یونانی به معنی “ذوب آسان و کامل” بوده و نقطه یوتکنیک نیز قسمتی از نمودار فازی است که کمترین دمای ذوب را نشان می‌ دهد. در سیستم‌ های دو-دویی آهن-کربن، نقطه یوتکنیک با اضافه شدن 4.26% wt کربن حاصل می‌ شود و در این صورت، دمای ذوب برابر با  1148 درجه سلسیوس می باشد.

از این‌ رو، نقطه ذوب چدن (تقریباً مابین 1150°C تا 1300°C) کمتر از فولاد بوده و ریخته‌ گری آن با سهولت بیشتری انجام می‌ شود. روانی و سیالیت آهن مذاب باعث می‌ شود، ماده به‌ دست‌ آمده به‌ راحتی قالب‌ های ریخته‌ گری را پر کرده و شکل‌ های متفاوت و پیچیده‌ ای به دست آید. در اغلب مواقع، آهن چدن نیاز به فرآیند های بهسازی سطح ندارد؛ از این‌ رو، از آهن چدن برای ساخت قطعات کوچک و بزرگ استفاده می‌ شود. این فلز برای ریخته‌ گری در ماسه و شکل‌ دهی قطعات پیچیده، چون چند راهی اگزوز بسیار مناسب است و نیازی به ماشینکاری بیشتر نخواهد داشت. علاوه بر این، برخی از انواع چدن بسیار شکننده هستند و بهترین روش برای بهره برداری مناسب از آنها، ریخته‌ گری می باشد. آهن چدن یکی از پرمصرف‌ ترین مواد مهندسی است و برای ساخت لوله‌ ها، دستگاه‌ ها و قطعات خودرو، از جمله بخش‌ هایی از سیلندر و جعبه گیربکس مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

مشخصات و ویژگی های چدن اصل

چدن مذاب به‌ گونه‌ ای است که میتوان آن را به‌ راحتی به اشکال پیچیده ریخته‌ گری تبدیل کرد. از سوی دیگر، قیمت ارزان این فلز و سهولت تغییر ترکیبات آن برای کاهش یا افزایش دمای ذوب فلز نیز از جمله ویژگی‌ های بارز چدن می باشد. از دیگر مزایای چدن میتوان به ماشین‌ کاری آسان، تعدیل لرزش، مقاومت فشاری، مقاومت در برابر ساییدگی و مقاومت در برابر خوردگی اشاره کرد. به‌ منظور افزایش مقاومت چدن در برابر خوردگی می‌ توان از عناصری چون سیلیکون، نیکل، کروم، مولیبدن و مس استفاده کرد.

طبقه‌ بندی چدن ها

چدن یکی از آلیاژهای آهن است که با ذوب‌ آهن خام در کوره کوپل به دست می‌ آید. برای تولید محصولات مورد نظر با ابعاد خاص، آهن مذاب را به داخل قالب‌ های مخصوص هدایت کرده و با توجه به کاربرد محصول و چدن، عنصر آلیاژی مربوط به آهن مذاب اضافه می‌ شود. میزان عنصر آلیاژی موجود در چدن موجب تفاوت نقطه انجماد ماده و فرآیند حرارتی مربوط به آن می‌ شود؛ در این صورت، ساختار میکروسکوپی آهن نیز بر اساس آلیاژ مورد استفاده تغییر خواهد کرد. ناگفته نماند طبقه‌ بندی انواع چدن بر اساس کاربرد و ویژگی‌ های مکانیکی آن‌ ها انجام می‌ شود.

انواع چدن ها و کاربرد

چدن خانواده بزرگی از انواع مختلف آهن را شامل می‌ شود. ساختار میکروسکوپی انواع چدن را می‌ توان به‌ گونه‌ ای کنترل کرد که به محصولاتی با انعطاف بسیار عالی، ماشین‌ کاری مناسب، توان بالا در کاهش لرزش، مقاومت بالا در برابر ساییدگی و رسانایی خوب گرما دست‌ یافت. در اغلب انواع چدن، کربن به‌ صورت گرافیت عمل کرده و ساختار میکروسکوپی و رفتار مکانیکی آن بر اساس ترکیبات داخلی و روش حرارت درمانی مربوط تعیین می‌ شود. متداول‌ ترین انواع چدن عبارتند از: چدن خاکستری، چدن سفید، چدن چکش‌ خوار و چدن نشکن (داکتیل) که در ادامه با آن‌ ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

ریزساختار انواع چدن

چدن خاکستری چیست ؟

گسترده‌ ترین و تطبیق‌ پذیرترین نوع چدن، چدن خاکستری است. وجود کربن در آن موجب تشکیل دانه‌ های برفک مانند گرافیتی شده و از پیشرفت شکاف‌ های سطحی پس از شکستن فلز جلوگیری می‌ کند. در عوض، شکست ماده موجب تشکیل تعداد زیادی شکاف خواهد شد. رنگ خاکستری این نوع چدن از ساختار میکروسکوپی گرافیتی آن نشات می‌ گیرد و دانه‌ های گرافیت باعث کاهش مقاومت چدن خاکستری در برابر ضربه هستند. علاوه بر این، چدن خاکستری انعطاف‌ ناپذیر است و مقاومت کششی بسیار اندکی دارد.

با این‌ حال، دانه‌ های گرافیتی چدن خاکستری باعث تراش‌ پذیری بسیار عالی فلز شده و کاربردهای گسترده‌ ای به آن می‌ دهند. ساختار گرافیتی این دسته از انواع چدن دارای ماتریکسی است که از فریت (هیدروکسید آهن)، پرلیت (آلیاژ آهن و کربن) و ترکیبی از این دو تشکیل‌ شده است. از این‌ رو، از چدن خاکستری در صنایع کشاورزی، خودروسازی، نساجی و غیره استفاده می‌ شود.

ساختار گرافیتی چدن خاکستری به‌ گونه‌ ای است که چدن به‌ راحتی می‌ تواند انرژی را دریافت کرده و آن را به گرما و حرارت تبدیل کند. این ویژگی برای ساختارهایی که در حین عملیات با لرزش‌ های ناخواسته مواجه می‌ شوند بسیار ضروری است (مانند پایه ابزارآلات یا میل‌ لنگ). ظرفیت تعدیل‌ کننده برنج و فولاد بسیار اندک است و انرژی لرزش بدون هیچ کاستی از آن‌ ها عبور می‌ کند.

  • کاربردهای چدن خاکستری در صنعت

معمولاً از چدن خاکستری برای مواقعی استفاده می‌ شود که نیازمند سختی قابل‌ توجه، تراش‌ پذیری مناسب، تعدیل‌ کننده لرزش، ظرفیت حرارتی بالا و رسانای خوب گرما باشیم. برای مثال: بلوک‌ های داخلی سیلندر موتور، جعبه گیربکس، روتور دیسک ترمز، چرخ‌ دنده و ظروف آشپزی. یکی از معروف‌ ترین انواع چدن خاکستری، ASTM با استاندارد بین‌ المللی A48 است. در این سیستم، آهن‌ های چدن خاکستری بر اساس قدرت کششی دسته‌ بندی می‌ شوند. برای مثال، چدن خاکستری کلاس 20 دارای حداقل قدرت کششی 20000 psi (140 Mpa) می‌ باشد.

چدن سفید چیست ؟

در صورت شکست چدن سفید شاهد شکاف‌ های سفید رنگ در سطح فلز خواهیم بود که از ناخالصی‌ های کاربید سر چشمه می‌ گیرند. چدن سفید بسیار سخت، اما شکننده است. در مقایسه با فلزات دیگر، چدن سفید شامل سیلیکون کمتری بوده و دمای ذوب آن نیز پایین است. کربن موجود در چدن سفید، رسوب کرده و منجر به تشکیل ذرات درشتی می‌ شود که سختی چدن سفید را افزایش می‌ دهد. این نوع چدن در برابر ساییدگی مقاوم و بسیار مقرون‌ به‌ صرفه است؛ از این‌ رو، از چدن سفید برای ساخت میله‌ های بالابر، لایه داخلی آسیاب‌ ها، توپ‌ ها و حلقه‌ های دستگاه پودر کننده زغال‌ سنگ و غیره استفاده می‌ شود.

  • کاربرد چدن سفید در صنعت

برخلاف چدن خاکستری، چدن سفید سخت و شکننده هستند و ماشین‌ کاری آن‌ ها بسیار دشوار است. سختی بیش‌ از حد این نوع چدن، آن را به گزینه‌ ای نامناسب برای ساخت اجزای سازه‌ ای تبدیل کرده است؛ با این‌ حال، به دلیل سختی مناسب، مقاومت در برابر ساییدگی و هزینه نسبتاً کم، از چدن سفید در مواقعی استفاده می‌ شود که احتمال ساییدگی محصول بسیار زیاد باشد. برای مثال: دندانه‌ های دستگاه کاوشگر، پروانه (قطعه مکانیکی) و حلقه پمپ‌ های گل و غیره متداول‌ ترین نوع چدن سفید، ASTM A532 است. این نوع چدن شامل نیکل و کروم بوده و مقاومت بسیار قابل‌ توجهی در برابر ساییدگی از خود نشان می‌ دهد.

چدن چکش‌ خوار (مالیبل) چیست ؟

چدن چکش‌ خوار همان چدن سفید است که کربن موجود در آن پس از پشت سر گذاشتن فرآیند حرارت درمانی به گرافیت تبدیل می‌ شود. ویژگی‌ های این نوع چدن از چدن سفید و خاکستری متمایز است. ساختار گرافیتی چدن چکش‌ خوار متشکل از دانه‌ های کروی ناهمسان است که باعث می‌ شود رفتار این چدن شباهت زیادی به فولاد کم‌ کربن داشته باشد. پس از عملیات حرارتی آنیل، ساختار شکننده چدن به شکل نرم و قابل‌ انعطاف تبدیل می‌ شود. از این‌ رو، ساختار چدن چکش‌ خوار شباهت زیادی به چدن سفید دارد؛ با این تفاوت که مقدار کربن و سیلیکون موجود در آن تا حدی بیشتر از چدن سفید است.

  • کاربرد چدن چکش‌ خوار

از این نوع چدن برای ریخته‌ گری قطعاتی استفاده می‌ شود که نیازمند مقاومت کششی و انعطاف قابل‌ توجهی هستند (برای مثال ابزار الکتریکی، ابزار دستی، لوله و اتصالات، ابزار کشاورزی و ماشین‌ آلات معدن). کاربردهای دیگر چدن چکش‌ خوار عبارتند از: ساخت قطعات ضروری خودرو (حامل‌ های دیفرانسیل، جعبه دیفرانسیل، درپوش‌ ها، محفظه چرخ‌ دنده فرمان)، قلاب، حفاظ عایق‌ های حرارتی و غیره. متداول‌ ترین نوع چدن چکش‌ خوار، ASTM A47 می‌ باشد.

ریزساختار انواع لوله چدن نشکن

ریزساختار چدن نشکن یا داکتیل چیست ؟

برای تولید چدن نشکن، مقدار کمی منگنز به آهن مذاب اضافه‌ شده و ساختار گرافیتی آن تغییر می‌ کند. واکنش منگنز با اکسیژن و گوگرد موجود در آهن مذاب منجر به جمع شدن ذرات کروی آهن می‌ شود (در برابر دانه‌ های برفک مانند چدن خاکستری). ویژگی‌ های مکانیکی این چدن شباهت زیادی با فولاد دارد؛ با این تفاوت که سیالیت چدن نشکن در حالت مذاب بیشتر بوده و دمای ذوب آن نیز کمتر است. همانند چدن چکش‌ خوار، چدن نشکن انعطاف‌ پذیر است و برای ریخته‌ گری محصولات و قطعات مختلف با اندازه‌ ها و ضخامت‌ های گوناگون مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

  • کاربرد چدن داکتیل در صنعت

به‌ واسطه ساختار میکروسکوپی خاص، چدن نشکن از انواع چدن سفید و خاکستری، انعطاف‌ پذیرتر است. از این‌ رو، از آن برای ساخت لوله‌ های آهنی مخصوص زیرساخت‌ های آب و فاضلاب استفاده می‌ شود. علاوه بر این، از آنجایی‌ که چدن نشکن قادر به تحمل چرخه‌ های حرارتی است، پس این چدن در تولید چرخ‌ دنده، اجزای سیستم تعلیق، ترمز و سوپاپ، پمپ‌ ها و قطعات هیدرولیکی و محفظه‌ های توربین بادی نیز کاربرد دارد. متداول‌ ترین نوع چدن نشکن، ASTM A536 است.

جمع‌ بندی

همان‌ طور که گفته شد چدن فلزی است که از سنگ‌ آهن تولید می‌ شود. انواع چدن عبارتند از: چدن سفید، چدن خاکستری، چکش‌ خوار (مالیبل) و نشکن (داکتیل). کوچک‌ ترین تغییر در ساختار چدن و استفاده از عناصر آلیاژی مختلف، از جمله کروم، منگنز، سیلیکون، کربن و غیره، تأثیر بسزایی بر کارایی و عملکرد محصولات ساخته‌ شده از چدن دارد.

2.3/5
3رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود
پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید
0

سوالات و نظرات کاربران

نمایش موافق ترین ها
0

سوالات و نظرات کاربران

اختیاری

اشتراک گذاری

تماس 03135155000 03135156000 0