چدن چیست؟ با انواع و کاربردهای آن آشنا شوید

چدن یکی از فلزات کلیدی در صنایع مختلف است که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود جایگاه ویژه ای در فرایندهای تولید و ساخت و ساز دارد. این آلیاژ آهن با کربن بالا در انواع مختلفی تولید می شود و با قابلیت های گوناگون خود از جمله شکل دهی، مقاومت و کشش عالی، کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع مختلف دارد. از چدن سفید با ساختار سخت و شکننده اش گرفته تا چدن خاکستری که به دلیل شکل پذیری مشهور است، هر نوع چدن کارکردهای خاص خود را در صنایع مختلف ایفا می کند. بررسی انواع و کاربردهای چدن می تواند به درک بهتر از نقش این ماده حیاتی در دنیای امروز کمک کند. با ما همراه باشید.

چدن چیست؟

چدن یکی از آلیاژهای آهنی است که به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده به دلیل ترکیب خاص و خواص منحصر به فردی که دارد، یک انتخاب مناسب برای تولید مصنوعات مختلف است. چدن به طور عمده از آهن، کربن، سیلیسیوم و عناصر دیگر تشکیل شده و میزان کربن موجود در آن معمولاً بین ۲ تا ۴ درصد است. استفاده از این آلیاژ به دلیل ویژگی هایی از قبیل مقاومت در برابر سایش و قابلیت کاربری آسان، در ساخت قطعات صنعتی و ساختمانی بسیار رایج است. چدن از نظر خواص مکانیکی و ساختاری به انواع مختلفی تقسیم می شود که هر یک خصوصیات و ویژگی های خاص خود را دارند. برای مشاهده قیمت ورق مس به وب سایت مرکزآهن مراجعه کنید.

انواع چدن کدامند؟

چدن دارای چندین نوع مختلف است که هر یک با توجه به ترکیب شیمیایی خاص و ویژگی های فیزیکی خود، کاربردهای متفاوتی دارد. در ادامه به توضیح انواع اصلی چدن می پردازیم:

چدن سفید

چدن سفید نوعی از چدن است که به دلیل سرعت بالای انجماد و درصد پایین تر کربن در ترکیب خود، سطحی سخت و مقاوم دارد. در این نوع چدن بخش عمده ای از کربن به صورت سمنتیت یا کاربید آهن شکل می گیرد که نیمه پایدار است. کاربرد چدن سفید در صنایع محدود است؛ چرا که این نوع چدن ساختار سخت و  شکننده ای دارد. معمولاً این نوع چدن را تنها در برخی از موارد نظیر تولید پروانه توربین های بادی می توان مشاهده کرد.

فرآیند ریخته گری چدن سفید نیز با سختی ها و چالش های زیادی همراه است. با این حال، یکی از ویژگی های برجسته چدن سفید، مقاومت آن در برابر سایش است که باعث می شود برای کاربردهای خاص مفید باشد. همچنین، قیمت ورق این نوع آلیاژ نسبت به بسیاری از رقبا بسیار مقرون به صرفه است. برای استعلام قیمت ورق سرب روز به وب سایت های معتبر سر بزنید.

چدن خاکستری

چدن خاکستری به دلیل ظاهر خاکستری اش چنین نامی را به خود اختصاص داده است. این نوع چدن یکی از متداول ترین و مورد استفاده ترین آلیاژهای چدن به شمار می رود و به دلیل خواص مطلوبی که دارد، در بازار مورد توجه قرار می گیرد. انواع چدن خاکستری در صنایع متنوعی از قبیل خودروسازی، ساخت لوله و تجهیزات صنعتی به کار گرفته می شوند. کاربرد چدن خاکستری گسترده تر از چدن سفید است. ترکیب شیمیایی این چدن معمولاً شامل کربن (۳.۵ الی ۴ درصد)، سیلیسیم (۰.۵ الی ۱.۵ درصد) و مقادیر اندکی از گوگرد (کمتر از ۰.۰۶ درصد)، منگنز (۰.۲ الی ۰.۸ درصد) و فسفر (کمتر از ۰.۱ درصد) است که هر یک به نوعی بر خواص مکانیکی و فیزیکی آن تأثیرگذار است.

انواع چدن خاکستری براساس نوع ساختار گرافیتی به چند دسته تقسیم می شوند که شامل گرافیت کلوخه ای، گرافیت ورقه ای و گرافیت کروی است. وجود این ساختار گرافیتی در چدن خاکستری، به طور ویژه باعث کاهش سختی و افزایش داکتیلیته می شود و آن را برای کاربردهای صنعتی مختلف مناسب می سازد. قیمت چدن تا حد زیادی تحت تأثیر قیمت آهن روز قرار دارد.

چدن داکتیل (چدن نشکن)

چدن داکتیل که با عنوان چدن نشکن نیز شناخته می شود، یکی از تازه ترین انواع چدن به شمار می آید که برای اولین بار در قرن بیستم تولید شد. این نوع چدن حاصل تلاش های مستمر محققان در زمینه متالورژی بود و با استفاده از ترکیبات موجود در ساختار چدن های خاکستری تولید می شود. این نوع چدن در برخی از کشورها از جمله انگلستان با نام های دیگری همچون SG و گرافیت کروی نیز معروف شده است.

ویژگی بارز چدن داکتیل تجمع کروی شکل گرافیت ها در زمان انجماد آن است که به طور مؤثر تمرکز تنش در قطعات را کاهش می دهد. این نوع چدن نسبت به چدن خاکستری از استحکام بالاتری برخوردار است و می توان آن را به عنوان نسخه پیشرفته چدن خاکستری در نظر گرفت. کاربرد چدن داکتیل بسیار گسترده است. محصولات مبتنی بر چدن داکتیل به دلیل ویژگی هایی همچون مقاومت و قابلیت ماشین کاری، در صنایع مختلفی نظیر لوله سازی و خودروسازی به کار می روند. به عنوان مثال، میل‌لنگ ها یکی از کاربردهای مهم این نوع چدن در صنعت حمل و نقل به شمار می روند. برای آگاهی از آخرین تغییرات قیمت ورق اسلب فولادی به وب سایت مرکز آهن مراجعه کنید.

چدن مالیبل یا چکش خوار

چدن مالیبل یا چکش خوار از فرآیند آنیله شدن چدن سفید به دست می آید. این نوع چدن با حرارت دادن چدن سفید تا دمای تقریباً ۹۰۰ درجه سانتی گراد تولید می شود. در این دما کاربید آهن به کربن و آهن تفکیک شده و گرافیت ها به صورت شبه کروی به دور یکدیگر تجمع می یابند. تغییر شکل از چدن سفید به چدن مالیبل باعث بهبود خواص مکانیکی و کاهش شکنندگی این ترکیب می شود. قیمت مناسب در کنار گستردگی کاربرد چدن مالیبل، این ماده را به یکی از پراستفاده ترین فلزات صنعتی تبدیل کرده است.

تولید و پردازش چدن چگونه است؟

ساخت چدن فرآیندی چند مرحله ای است که در ابتدا با تبدیل سنگ آهن به آهن خام در کوره آغاز می شود. این فرآیند شامل از بین بردن ناخالصی های موجود در سنگ آهن و تولید آهن خام به شکل مذاب است. بعد از این مرحله، آهن خام به همراه مقداری قراضه ذوب می شود تا ناخالصی های دیگری نظیر گوگرد و بخشی از کربن به صورت سرباره خارج شوند. در طی مرحله ریخته گری، عناصر مورد نیاز برای تولید چدن به مذاب افزوده می شوند. در نهایت، مذاب چدن پس از اتمام عملیات ذوب به قالب یا کوره نگهدارنده منتقل می شود تا شکل نهایی خود را پیدا کند.

خواص چدن چیست؟

چدن به عنوان یکی از مهم‌ترین آلیاژهای فولادی، ویژگی هایی منحصر به فردی دارد. در ادامه با خواص چدن آشنا می شویم:

• سختی

چدن به خاطر ترکیب مناسب کربن و سیلیکون در ساختارش، سختی بالایی از خود نشان می دهد. کاربرد چدن در صنایعی نظیر تولید ماشین آلات و قطعات ساختمانی به خاطر همین خاصیت است.

• شکل پذیری

چدن با وجود سختی بالا در دماهای مناسب به آسانی به شکل های مختلف در آمده و برای ساخت قطعات پیچیده و خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

• انعطاف پذیری

چدن به دلیل وجود کربن و سایر عناصر آلیاژی می تواند تحت فشارهای دینامیکی بالا دوام بیاورد؛ بدون آن که دچار شکست شود. کاربرد چدن در صنایع مختلف به دلیل خواص فوق العاده آن است.

• مقاومت کششی

چدن با نسبت مناسب کربن و ترکیباتش، در برابر بارهای کششی از منظر مکانیکی استحکام بالایی دارد.

• مقاومت در برابر خستگی

مقاومت در برابر خستگی به توانایی ماده در تحمل فشارهای متناوب و بالا برای یک دوره مشخص تحت شرایط چرخه ای اشاره دارد. انواع چدن به دلیل ساختار منحصر به فرد و توزیع یکنواخت کربن می توانند در برابر خستگی مقاومت داشته و جایگزینی مناسب برای مواد دیگر در کاربردهای دائمی و متناوب باشند.

عملیات حرارتی چدن

عملیات حرارتی چدن فرایندهایی است که با استفاده از تغییرات دما، خصوصیات مکانیکی و فیزیکی این ماده را بهبود می بخشد. این فرایند بر اساس نوع چدن و کاربرد مورد نظر می تواند شامل افزایش سختی، نرم کردن یا تغییر ساختار میکروسکوپی باشد. نتیجه عملیات حرارتی به طور مشخص بر عملکرد نهایی محصولات نهایی تأثیر می گذارد.

کربن‌ دهی (Carbonization)

کربن دهی یک فرایند حرارتی است که در آن چدن در معرض محیطی غنی از کربن قرار می گیرد تا میزان کربن موجود در سطح آن افزایش یابد. این افزایش کربن باعث افزایش سختی سطحی و بهبود مقاومت در برابر سایش می شود.

ترمیم حرارتی (Heat Treatment)

ترمیم حرارتی مجموعه ای از فرایندها است که به منظور بهبود ویژگی های مکانیکی انواع چدن پس از تولید انجام می شود. این فرایند شامل گرم کردن ماده در دماهای مشخص و سپس سرد کردن آن به طور کنترل شده است تا خواص فیزیکی مطلوب به دست آید. ترمیم حرارتی می تواند به بهبود مقاومت نسبت به خستگی، افزایش انعطاف پذیری و همچنین افزایش عمر مفید محصولات نهایی کمک کرده و کاربرد چدن در صنایع مختلف را بیشتر کند.

استاندارد چدن‌ ها

استانداردها به مجموعه ای از معیارها و مشخصات فنی اطلاق می شود که برای تعیین ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی انواع چدن ها استفاده می شود. در ادامه با این استانداردها آشنا می شویم:

استاندارد چدن سفید

چدن سفید تحت استاندارد ISO 2892 ارزیابی می شود. ویژگی بارز این نوع چدن، نداشتن گرافیت آزاد است و به دلیل وجود سمنتیت، استحکام بالایی دارد. این استاندارد به تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان کمک می کند تا مطمئن شوند محصولات چدن سفید با حداقل های تعیین شده تطابق دارند.

استاندارد چدن خاکستری

انواع چدن خاکستری با گرافیت های تیغه ای طبق استاندارد DIN 1691 به صورت GGxx نشان داده می شوند. در این استاندارد عددی که پس از حروف GG قرار می گیرد، نشان دهنده حداقل استحکام کششی بر حسب مگاپاسکال است که برای محاسبه عدد واقعی باید در ۱۰ ضرب شود. به عنوان نمونه، GG20 نشان دهنده چدن خاکستری با حداقل استحکام کششی ۲۰۰ مگاپاسکال است.

استاندارد چدن داکتیل

چدن های داکتیل طبق استاندارد DIN 1693 به صورت GGGxx مشخص می شوند. مشابه استاندارد چدن خاکستری، در اینجا نیز اعدادی که بعد از GGG قرار می گیرند، نشان دهنده حداقل استحکام کششی چدن هستند. به عنوان مثال، GGG40 به چدن داکتیل با حداقل استحکام کششی ۴۰۰ مگاپاسکال اشاره دارد.

استاندارد چدن مالیبل

انواع چدن مالیبل تحت استاندارد ISO 5922 قرار دارد. این استاندارد مشخصات فنی و خواص مکانیکی این نوع چدن را معین می کند؛ مشخصات و خواصی که برای استفاده در کاربردهای صنعتی و تجاری بسیار حائز اهمیت است.

کاربرد انواع چدن

چدن ها به دلیل ویژگی های منحصر به فردشان، در حوزه های مختلف صنعتی به کار گرفته می شوند:

کاربرد چدن خاکستری

چدن خاکستری به خاطر ساختار خاص خود در برابر سایش مقاوم است؛ به ویژه در شرایطی که از روانکار استفاده نمی شود. این نوع چدن به طور معمول در ساخت اجزای حیاتی مانند بلوک موتور، سرسیلندر، منیفولد، مشعل گاز و انواع اتصالات و لوله ها به کار می رود.

کاربرد چدن سفید

وجود سمنتیت در ساختار چدن سفید باعث می شود که این نوع چدن دارای مقاومت بالایی در برابر سایش باشد. به همین دلیل، از انواع چدن سفید در تولید آستر آسیاب، نازل های شات بلاست و همچنین برای ساخت کفشک های ترمز راه آهن، محفظه پمپ دوغاب، رول آسیاب نورد و سنگ شکن استفاده می شود.

کاربرد چدن داکتیل

چدن داکتیل به دلیل ویژگی هایی نظیر سهولت در ماشین کاری و مقاومت در برابر خستگی، در ساخت قطعات مهمی مانند بند فرمان، میل لنگ، چرخ دنده های سنگین، قطعات گاوآهن، لولای درب خودرو و اجزای سیستم تعلیق خودرو و کامیون به کار می رود.

کاربرد چدن مالیبل

انواع چدن چکش خوار به خاطر قابلیت نگهداری روان کننده ها و ویژگی های سطح متخلخل، عمدتاً در ساخت تجهیزات و قطعات سنگین مانند زنجیر، سطوح باربر سنگین، زنجیر چرخ، میله های اتصال، قطعات محرکه و محور و ماشین آلات، میله های اتصال و اجزای شیر برای کار در دماهای بالا استفاده می شود.

ویژگی‌ های عمومی چدن چیست؟

در ادامه با ویژگی های عمومی انواع چدن آشنا می شویم. این ویژگی ها عبارت اند از:

• تبدیل مستقیم از جامد به مایع بدون داشتن حالت خمیری
• قابلیت چکش خواری بالا
• سخت و شکننده
• مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی و حرارت
• کاربرد در صنایع متنوع و گسترده
• وزن سنگین و قیمت مناسب
• مقاومت در مقابل فرورفتگی و سایش
• قابلیت شکل پذیری بدون شکنندگی
• قابلیت انعطاف پذیری تحت فشار زیاد
• مقاومت کششی بالا

فرق بین فولاد و چدن چیست؟

فولاد و چدن هر دو آلیاژهای آهنی هستند؛ اما وجود سیلیسیم به عنوان یکی از عناصر مختلف در ترکیب آنها باعث شکل گیری تفاوت های اساسی بین این دو می شود. همچنین، مقدار کربن موجود در این دو آلیاژ متفاوت است؛ به طوری که کربن در فولاد معمولاً کمتر از ۲ درصد و در چدن بین ۲ تا ۴ درصد است؛ به همین دلیل چدن در مقایسه با فولاد انعطاف پذیری و قابلیت خمش کمتری دارد.

سؤالات متداول