مقدمه‌ای به مواد چدن و کاربردهای چدن

از میلیون‌ها سال پیش، آهن نقش بسیار مهمی در زندگی ما داشته است. از ادوات جنگی گرفته تا وسایل کشاورزی، آهن نقش اساسی در ساخت همه وسایل و ادوات داشته است. امروزه هم شاهد کاربرد گسترده چدن در همه صنایع هستیم. حتما نام قابلمه‌های چدنی به گوشتان خورده است. قابلمه‌هایی که رقیب سرسخت قابلمه تفلون هستند و با ویژگی‌های ممتازی که دارند، امروزه طرفداران زیادی را به خود جذب کردند.

یکی از مهم‌ترین آلیاژهای آهن که بیشترین کاربرد را در صنایع مختلف دارد، چدن است. چدن در واقع جزو آلیاژهای آهن بوده که از ترکیب عناصر مختلف با عنصر آهن تشکیل می‌شود. چدن‌ها انواع مختلفی دارند که کاربرد هر کدام در صنعت هم با توجه به ویژگی‌ آن‌ها تعیین می‌شود. در ادامه مقاله قصد داریم تا با انواع کاربرد چدن و ویژگی‌های آن آشنا شویم.

چدن چیست و از چه عناصری تشکیل شده است؟

چدن یک عضوی از خانواده آلیاژهای آهنی بوده که پرکاربردترین آلیاژ آهن هم محسوب می‌شود. عناصری که در چدن وجود دارند، آهن، کربن و سیلیسیم است. این عناصر به مقدار بسیار زیاد و مختلفی در چدن وجود دارند و نقش بسیار مهمی در کاربردهای آن ایفا می‌کنند. به جز این عناصر درصد کمی هم از منگنز، فسفر و گوگرد در ترکیبات چدن به کار رفته است. حضور این آلیاژهای کم هم دائمی نیست و بر حسب شرایط تغییر می‌کند.

روش تولید چدن به این صورت است که مخلوطی از موادی همچون شمش‌های آهن خام، براده‌های آهن و قطعات ریخته گری و سایر مواد دیگر در یک کوره بزرگ الکتریکی ریخته می‌شود تا پس از مخلوط شدن، کاملا ذوب شوند. پس از مذاب شدن همه مواد، به درون قالب‌های بزرگ و از پیش تعیین شده ریخته می‌شوند و پس از تغییرات، برای کاربرد در صنایع مختلف آماده می‌شوند.

انواع چدن و کاربردهای آن در صنعت کدامند؟

همانطور که گفتیم، چدن انواع مختلفی داشته که هر کدام از آنها، ویژگی منحصر به فرد خود را دارند. همه این چدن‌ها علاوه بر ویژگی خاص خود، مقاومت بسیار بالایی در برابر فشار و حرارت از خود نشان می‌دهند. برخی از پرکاربردترین چدن‌ها به همراه کاربرد آن‌ها در صنعت در ادامه برای شما اشاره شده است.

چدن خاکستری و کاربرد آن

یکی از بهترین انواع چدن، چدن خاکستری بوده که دلیل نامگذاری آن به دلیل مقطع‌های شکست با گرافیت ورقه‌ای است. چدن‌های GG-20 و GG-25 از جمله مهم‌ترین چدن‌های خاکستری هستند که کاربرد بسیار مهمی در صنعت خودروسازی، ساخت لوله‌ها، ساخت تجهیزات و ماشین صنعتی، پمپ سازی، ساخت بدنه و قطعات موتورهای الکتریکی دارند.

عناصری که در چدن‌های خاکستری وجود دارد، شامل کربن، گوگرد، سیلیسیوم، منگنز، فسفر، آهن هستند. مقدار به کار رفته این عناصر متفاوت بوده که بیشترین عنصر به کار رفته کربن و آهن است.

چدن سفید و کاربرد آن

در ساخت چدن سفید، آهن سرد شده، نقش بسیار مهمی دارد. زمانی که کربن با آهن سرد شده ترکیب می‌شود، چدن سفید به وجود می‌آید. در این نوع چدن، کربن تا حدی پایین می‌آید که فاز کاملا نیمه پایداری پیدا می‌کند و کربنی که از این چدن آزاد می‌شود، به صورت گرافیت‌دار و بدون گرافیت تقسیم می‌شود. 

مهم‌ترین ویژگی‌های چدن سفید شامل مقاومت بالا در برابر فشار، خوردگی، دما و فرسایش است. علت نام گذاری این چدن، به دلیل سطح مقطع شکسته شده آن با رنگ سفید و نقره‌ای بوده که کاربرد زیادی هم در صنعت دارد. چدن سفید، دمای انجماد بسیار بالایی دارد که همین قابلیت موجب شده تا در قالب‌های ریخته گری به خوبی شکل نگیرد و در این صنعت استفاده نشود. کاربرد چدن سفید نسبت به خاکستری محدودیت بیشتری دارد.

چدن داکتیل و کاربرد آن

چدن داکتیل از نظر قدمت، به تازگی کشف شده اما جزو مهم‌ترین دستاوردهای محققان به شمار می‌رود. به این چدن، چدن نشکن هم می‌گویند که با نام‌هایی همچون SG یا چدن‌های گرافیت هم معروف است. شباهت چدن داکتیل با چدن خاکستری بسیار بالا بوده و تفاوت آن تنها در زمان انجماد و تشکیل گرافیت‌های کروی است. 

گرافیت‌های کروی موجود در چدن داکتیل، موجب شده تا نسبت به چدن‌های خاکستری مقاومت و استحکام بالایی داشته باشند. بیشترین کاربرد چدن داکتیل در صنعت حمل و نقل است. در ساختار میل لنگ‌های ماشین (یکی از قطعات مهم خودرو) از چدن داکتیل استفاده می‌شود.

چدن مالیبل یا چکش خوار و کاربرد آن

چدن مالیبل یکی از چدن‌های معروف بوده که از چدن سفید ساخته می‌شود. در واقع از بازپختن چدن سفید، چدن‌های مالیبل به وجود می‌آید. چدن‌های سفید تا حدود ۹۰۰ درجه تحت گرما و حرارت زیاد قرار می‌گیرند تا کاربید آهن به مواد سازنده خود یعنی کربن و آهن تبدیل شود. 

کاربرد چدن مالیبل در ساخت اتصالات آب و گاز است. این نوع چدن به دلیل سخت و شکننده بودن، قابلیت تراش دادن ندارد و به همین دلیل چدن مالیبل را به عنوان چدن سخت می‌شناسند. از دیگر کاربردهای چدن مالیبل می‌توان به ساخت قطعات اتومبیل کشاورزی، اتصالات لوله‌ها، اتصالات الکتریکی‌ و دیگر قطعات اشاره کرد.

چدن گرافیت فشرده و کاربرد آن

این نوع چدن خاصیتی بین چدن خاکستری و نشکن دارد و مقدار گرافیت و کربن به کار رفته در این نوع چدن متفاوت است. گرافیتی که در این چدن به کار رفته کاملا فشرده بوده و عاری از گرافیت ورقه‌ای و کروی تا ۸۰ درصد است. در مقایسه چدن خاکستری، چدن‌های گرافیت فشرده استحکام و انعطاف پذیری بالاتری دارند. بیشترین کاربرد چدن گرافیت فشرده در ساخت محافظ احتراق توربین، ساخت سرسیلندرهای موتور، ساخت قالب‌های چدنی و شمش‌های ریز در صنعت فولاد است.

چدن آلیاژی و کاربرد آن

چدن آلیاژی ترکیبی از چدن سفید، چدن خاکستری و چدن داکتیل است. اگر صرفا مقا‌ومت بسیار بالا در برابر گرما، سرما، سایش و خوردگی مدنظر باشد، این چدن کاربرد بسیار خوبی دارد. قطعات مختلف این چدن به وسیله ریخته گری تولید می‌شوند. تعیین خواص این چدن در مقایسه با چدن‌های دیگر کمی دشوار بوده که معمولا با توجه به مواد شیمیایی موجود در آن مشخص می‌شود.

کاربرد چدن در صنایع مختلف

به طور کلی آلیاژ چدن با توجه به خواص بسیار عالی و قابل تحسینی که دارد، در ساخت تجهیزات مختلف کاربرد دارد. اگر بخواهیم به طور اجمالی کاربرد چدن را در صنعت نام ببریم، باید به مواردی همچون ساخت پل، ساخت درپوش فاضلاب، ساخت انواع ماشین آلات و خرپای سقف، شاغول کردن، ساخت انواع زنجیر چرخ، ساخت برخی ظروف آشپزخانه مانند قابلمه و خطوط گازی اشاره کرد.

تولید قطعات معماری و تزیینی

تولید بسیاری از لوله‌های آب و برخی شیرها و سوپاپ‌ها

ساخت انواع ماشین‌ها

ساخت شفت‌ها و میله‌ها در سایزهای مختلف

ساخت برخی تجهیزات معدن

خدمات کشتیرانی و ماشین‌های سنگین

ساخت پل

ساخت برخی از ظروف آشپزخانه

ساخت راه آهن و خطوط گازی

ساخت پنجره‌های دکوراتیو و خرپای سقف

در صنعت خودروسازی همچون ساخت بلوک سیلندر، جعبه گیربکس، چرخ دنده، صفحه دنده، صفحه کلاچ، سرسیلندر، مفصل‌های فرمان  

ویژگی‌های منحصر به فرد چدن کدام است؟

از مهم‌ترین ویژگی‌های این آلیاژ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

قابلیت چکش خواری خوبی دارد

 بسیار سخت و شکننده است

بدون حالت خمیری می‌تواند تغییر حالت دهد و از جامد به مایع تبدیل شود

قیمت کاملا معقول و مناسبی دارد

وزن آن تا حدودی سنگین است

زنگ زدگی در چدن‌ها دیده نمی‌شود

مقاومت بالایی در برابر حرارت دارد

انواع مختلفی دارد در نتیجه کاربرد چدن طیف بسیار وسیع و گسترده‌ای را پوشش می‌دهد 

سخن پایانی در خصوص کاربرد چدن در صنعت

آوازه چدن و انواع آن حتما به گوشتان خورده است! در این مقاله در خصوص کاربرد چدن در صنایع مختلف صحبت کردیم. همانطور که گفتیم، چدن انواع بسیار زیادی داشته که همین امر موجب شده تا کاربرد بسیار گسترده‌ای در صنعت داشته باشد. چدن نوعی آلیاژ آهن بوده که از ترکیب عناصر مختلف با آهن تشکیل می‌شود. ویژگی‌های بسیار خوب چدن همچون وزن بالا، قیمت معقول، سخت و شکنندگی آن، قابلیت چکش خواری و مقاومت حرارتی بالا سبب شده که این ماده در صنعت تولید قطعات خودرو، کشتیرانی، ساخت پنجره، ساخت پل، ساخت لوله و خطوط گازی مورد استفاده قرار بگیرد.