شناخت انواع چدن و ویژگی‌های آن‌ها

یکی از انواع آلیاژ‌های آهن که در ترکیب آن سیلیسیم، کربن و آهن بکار رفته چدن نام دارد. چدن‌ها بر اساس شکل مقطعی و رنگ آن‌ها به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر یک از آن‌ها دارای خواص، ویژگی‌ها و درجه‌های مقاومت متفاوتی هستند. برخی از گروه‌های چدن، با افزودن آلیاژ‌های دیگری مانند منگنز و گوگرد، به درجات بالاتری از مقاومت می‌رسند. در ادامه قصد داریم مطالب مفیدی در خصوص شناخت انواع مختلف چدن‌ها و ویژگی‌های آن‌ها در اختیارتان قرار دهیم.

معرفی انواع چدن‌ها

چدن‌ها را در دسته‌های مختلفی از لحاظ شکل و رنگ مقطعی تقسیم می‌کنند که معروف‌ترین و پرکاربردترین نوع چدن‌ها، شامل موارد زیر می‌شوند

چدن سفید (White Cast iron)

چدن سفید، طی سرعت بخشیدن به فرایند سرد شدن فلز و با کم کردن میزان کربن به دست می‌آید. در واقع به دلیل اینکه بیشترین قسمت کربن‌های موجود در این چدن به صورت نیمه پایدار رسوب می‌کنند؛ باعث شده که کربن‌ها به دو دسته آلیاژ‌های بدون گرافیت و آلیاژ‌های گرافیت‌دار تقسیم شوند. آزاد بودن کربیت‌ها در چدن سفید، باعث افزایش سختی و مقاومت بالای آن‌ها در برابر سایش می‌شود؛ به همین دلیل است که در ساخت قطعاتی که به سختی و مقاومت بالایی در برابر سایش نیاز دارند، از این چدن‌ها استفاده می‌‌کنند. از جمله این محصولات تولیدی می‌توان به رول‌ها، غلتک‌ها، قطعات پمپ و شیرآلات، نازل‌های سوخت در موتورهای دیزلی و دیگر قطعاتی که در شرایط سخت و در معرض سایش قرار می‌گیرند، اشاره کرد.

چدن خاکستری (gray cast iron)

این نوع از چدن‌ها، کاربردهای فراوانی در انواع صنایع دارند. به دلیل اینکه سطح مقطع شکست این چدن و شکل گرافیت آن، خاکستری است، آن‌ها را چدن خاکستری می‌نامند. از جمله ویژگی‌های این چدن، می‌توان به مقاومت در برابر سایش، استحکام مکانیکی و تحمل درجه حرارت بالا  اشاره کرد. این چدن، جزو پرکاربردترین فلزات ریخته‌گری است که دمای ذوب آن‌ها، ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد گزارش می‌شود. چدن خاکستری، دارای خاصیت‌های الاستیک، جذب ارتعاش بالا، قابلیت ماشین‌کاری و تراشکاری است. روغن‌کاری چدن گرافیت رشته‌ای (چدن خاکستری) بسیار محدود بوده و ابعاد آن پایداری مطلوبی دارند. همچنین قطعات تولیدی با چدن خاکستری، توسط سه روش، ماسه‌ای تر، ماسه‌‌ای خشک و Co2 تولید می‌شوند. استحکام فشاری این نوع چدن‌ها ۳_۴ برابر استحکام کششی‌آن‌ها است؛ بنابراین برای ساخت قطعاتی که تحت فشار هستند، از چدن خاکستری استفاده می‌شود. چدن‌های خاکستری از لحاظ شکل، به چهار دسته، چدن خاکستری خاص، چدن خاکستری نیکلی، چدن خاکستری آب سرد، چدن خاکستری مقاوم به سایش تقسیم می‌شوند. 

چدن چکش‌خوار (Malibel cast iron)

چدن‌های مالیبل، گروهی از چدن‌ها هستند که به دلیل وجود گرافیت نسبتا کروی در ساختار آن‌ها، دارای قابلیت کششی و انعطاف‌پذیری مطلوبی هستند. این چدن، به دلیل تغییر شکل و خم شدن به شکل‌های پیچیده، بدون اینکه دچار ترکیدگی و یا شکستگی شود، به نام چدن چکش‌خوار یا مالیبل نامگذاری می‌شود. چدن چکش خوار، از ماتریس فریتی که دانه‌های ریزی دارند، تشکیل شده است. علاوه بر وجود فریت به صورت پراکنده، فریت‌ها نیز به صورت لوزی با کربن تشکیل می‌شوند که همین موضوع باعث انعطاف‌پذیری، شکل پذیری و مقاومت در برابر شکستگی این چدن‌ها می‌شود. چدن مالیبل در صنایع گوناگونی همچون صنعت خودروسازی در ساخت قطعات پیچیده و غیرمتمرکز، در ساخت قطعات پرتابل مانند صندلی‌ها، میزها و قطعات هنری و در ساخت قطعات خودرو به عنوان جایگزین فولاد، کاربرد دارند. دقت کنید که خواص و کاربردهای چدن چکش خوار، بستگی به درجه حرارت و پردازش و همچنین مقدار کربن آن‌ها دارد.

چدن گرافیت فشرده (Compressed graphite cast iron)

شکل ساختار چدن‌های گرافیت فشرده، به صورت لوزی و یا ستاره‌ای شکل است. در واقع چدن گرافیت فشرده، از لحاظ شکلی، ساختاری بین چدن خاکستری و چدن سفید دارد. چدن گرافیت سفید، از اضافه کردن سیلیسیم، منگنز و مولیبدن به ترکیب چدن به دست می‌آید. وجود این عناصر، باعث ریزشدگی گرافیت می‌شود که در نتیجه سبب به وجود آمدن ساختار فشرده گرافیت می‌شود. به سبب همین ویژگی خورد شدگی گرافیت، این چدن‌ها تحمل بالایی در برابر شوک‌های حرارتی دارند که از آن‌ها در ساخت قطعاتی که باید در شرایط حرارتی بالا کار کنند، مانند قطعات سیستم ترموکوپل و دیسک، استفاده می‌شود. از مهم‌ترین ویژگی‌های چدن‌های گرافیت فشرده، می‌توان به مقامت مکانیکی بالا و مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی، اشاره کرد. به سبب این خواص، از این نوع چدن، در صنایع گوناگونی برای ساخت قطعات مورد نیاز در صنعت نفت و گاز، قطعات مربوط به ماشین آلات، قطعات خودرو، قطعات صنعتی و قطعاتی که در معرض خوردگی قرار دارند، استفاده می‌شود. همچنین اخیرا از این نوع چدن‌ها، در صنعت هوافضا و انرژی نیز استفاده می‌شود. ناگفته نماند که چدن‌های گرافیت فشرده، از لحاظ خوردگی و تحمل در برابر شوک، مقاومت بالاتری نسبت به چدن‌های خاکستری دارند، اما فرآیند تولید آن‌ها به هزینه‌های بیشتری نسبت به چدن‌های خاکستری نیاز دارد.

چدن نشکن (unbreakable cast iron)

یکی دیگر از انواع چدن‌ها، چدن Ductile lron است که از لحاظ شکل ساختاری با دیگر چدن‌ها تفاوت‌هایی دارد و استحکام بالاتری هم دارد. گرافیت‌های موجود در ساختار چدن نشکن، به صورت کروی قرار دارند که به همین دلیل، این چدن خواص و ساختار منحصری دارد. یکی از اصلی‌ترین ویژگی‌های چدن داکتیل، مقاومت بالای آن در برابر ضربه و سایش است؛ به نحوی که در مقایسه دو قطعه هم وزن از چدن خاکستری با چدن داکتیل، مقاومت چدن داکتیل، ۳ برابر بیشتر از چدن خاکستری است. از مهمترین کاربردهای چدن نشکن در صنایع مختلف، می‌توان به کاربردها آن‌ها در تولید انواع ظروف و قالب‌ها، قطعات هیدرولیکی، پمپ‌ها، چرخ دنده و دیگر موارد اشاره کرد. همچنین در ساخت برخی از قطعات آهنی مورد نیاز، از این نوع چدن به عنوان یک لایه محافظ استفاده می‌شود تا مقاومت آن محصول در برابر عوامل سایشی افزایش پیدا کند. چدن داکتیل خود به چند دسته تقسیم می‌شود که شامل موارد زیر می‌شود:

چدن داکتیل فریتی

این چدن، مقاومت بالاتری نسبت به بقیه چدن‌های نشکن دارد و در ساختار این چدن، ۱۴_۱۶ درصد سیلیسیم به کار رفته است. این نوع چدن نشکن، به دلیل ساختار ویژه‌ای که دارد، علاوه بر شکل‌پذیری بالا، ساختاری بسیار شبیه فولاد دارد. ناگفته نماند که به دلیل وجود میزان بالای سیلیسیم در این چدن، مقاومت کم‌تری در برابر ضربه دارد.

چدن داکتیل آستنیتی

چدن آستینسی، یکی از بهترین نمونه‌های چدن داکتیل بوده که دارای قابلیت مغناطیسی و مقاومت کششی بالایی است. همچنین چدن آستنیتی، در برابر حرارت مقاومت بالایی دارد و از کشیدگی جلوگیری می‌کند.

چدن داکتیل پرلیتی

در ساختار این نوع چدن، از سنگ پرلیت استفاده شده است. شکل ظاهری این نوع چدن، نظم بیشتر و جلوه ظاهری بهتری دارد که این ویژگی به علت حذف گازهای اضافی در فرآیند تولید و ریخته‌گری این چدن است. اصولا از این نوع چدن، در ساخت قطعات و وسایلی که زیبایی ظاهری نیاز دارند، استفاده می‌شود.

چدن داکتیل مارتنزیتی

این نوع چدن را که از نمونه‌های جدید چدن داکتیل است، طی فرآیند کوئنچ و تمپر می‌سازند. به سبب فرآیند تولیدی دشوار، این چدن از مقاومت ضد سایشی بالایی برخوردار است و در ساخت انواع پمپ‌های آب ضد سایش کاربرد دارد.

چدن داکتیل بینیتی

در طی فرآیند آستنیته شدن، دمای ماده اولیه را تا حدود ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهند تا این نوع چدن را به دست آورند. فرآیند تولید این چدن، بسیار دشوار و پیچیده است که در نهایت، چدن تولید شده (بینیتی) از مقاومت فوق العاده بالایی برخوردار است.

علاوه بر انواع چدن‌های نشکن نام برده، نوع جدیدی از این نوع چدن به نام چدن داکتیل آستمپرشده وجود دارد که جزو نمونه‌های جدید این چدن است.

چدن‌های آلیاژی (Alloy cast irons)

از چدن‌های آلیاژی، در مواقعی که به مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربه و سایش نیاز است، استفاده می‌شود. همان‌طور که گفتیم، چدن‌ها از سه عنصر اصلی آهن، کربن و سیلیسیم ساخته می‌شوند. بیشترین حجم چدن از آهن است، که با اضافه کردن آلیاژهایی همچون نیکل، منیزیم، فسفر، گوگرد و دیگر موارد، ترکیبات و ساختار چدن‌ها تغییر می‌کند. در واقع منظور از چدن‌های آلیاژی، چدن‌هایی است که در ساختار آن‌ها علاوه بر سه عنصر اصلی موجود در چدن، به منظور تغییر خواص و ویژگی‌های آن‌ها، در فرآیند ریخته‌گری به ترکیبات آن‌ها آلیاژهای دیگری اضافه می‌کنند.

سخن پایانی

چدن، از آلیاژهای پر کاربرد آهن است که دارای انواع مختلفی است. چدن سفید و خاکستری، مهم‌ترین و پرکاربردترین نوع چدن‌ها هستند که بیشترین ماده مصرفی در ریخته‌گری، چدن خاکستری است. همچنین، چدن‌ها دارای مقاومت بالایی در برابر عوامل خوردگی و سایشی هستند که همین موضوع باعث گستردگی کاربردها و موارد استفاده از آن‌ها شده است. چنانچه شما عزیزان قصد تهیه انواع چدن‌ها و مواد مورد نیاز در فرآیند‌های ریخته‌گری را دارید، می‌توانید با مجموعه تجارت‌گرام در ارتباط باشید.