چدن چیست + انواع چدن و کاربرد

چدن چیست؟

چدن چیست؟ چدن (Cast Iron) نوعی آلیاژ آهنی است که عمدتاً از آهن (Fe)، کربن (C)، و سیلیکون (Si) تشکیل شده است. محتوای کربن در چدن معمولاً بین 2 تا 4 درصد است که بیشتر از محتوای کربن در فولاد است. این مقدار بالای کربن به چدن خصوصیات خاصی می‌دهد که آن را از فولاد متمایز می‌کند
چدن عضوی از خانواده‌ آلیاژهای آهنی و یکی از پرکاربردترین آلیاژهای مورد استفاده در صنعت است. در این مقاله به توضیح کامل انواع چدن ها و کاربرد آم ها می‌پردازیم و اگر نیاز به اطلاعات درباره عملیات حرارتی چدن ها دارید وارد این صفحه شوید.

در چدن ها کربن به دو صورت حضور دارد:

الف- به شکل پایدار که خود را به صورت گرافیت نشان می دهد.
ب- به شکل ناپایدار و ترکیبی که خود را به صورت سمنتیت نشان می دهد.

انواع چدن ها

1- چدن خاکستری
2- نشکن
3- گرافیت فشرده
4- چکش خوار
5- سفید
در جدول زیر ترکیب شیمیایی تقریبی هر کدام از این آلیاژها آورده شده است و در ادامه به توضیح هر کدام از این آلیاژها می پردازیم.

چدن خاکستری

چدن خاکستری با گرافیت های ورقه ای مشخصه یابی می شود. به طوری که هنگامی که فلز می شکند، این شکست از قسمت ورقه ای رخ می دهد و رنگ خاکستری دارد؛ این محل ها به همین علت به چدن خاکستری معروف است. در این نوع چدن ها همه یا مقدار زیادی از کربن به صورت گرافیت است. ساختار زمینه و اندازه ی ورقه های گرافیتی را می توان با کنترل سرعت سرد شدن مذاب این آلیاژ تغییر داد. این نوع آلیاژها داکتیل نیستند و استحکام کمتری نیز دارند. هر چند که انتقال حرارت و جذب نوسانات ارتعاشی بهتری از خود نشان می دهند. همچنین قابلیت ماشینکاری خوبی دارند و از مقاومت به سایش مناسبی برخوردارند.
در صنایع مختلفی همچون خودروسازی، ساخت لوله، شیر و اتصالات، پمپ‌سازی، ساخت بدنه موتورهای الکتریکی و ساخت قطعات، تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی کاربرد دارند.

• • ویژگی‌ها: سطح شکست آن خاکستری رنگ است. گرافیت در این نوع چدن به صورت پولک‌های ریز در آمده و این ساختار باعث افزایش قابلیت ماشین‌کاری و خاصیت جذب ارتعاش می‌شود.
  • کاربردها: ساخت بدنه موتور، سیلندرها، و جعبه‌دنده‌ها.

چدن نشکن

در چدن داکتیل یا نشکن، گرافیت به شکل کروی حضور دارد. این موضوع به دلیل حضور منگنز است که گرافیت های ورقه ای را به گرافیت های کروی تبدیل می کند. کنترل ترکیب در ساخت این آلیاژها بسیار مهم است در حضور مقدار کمی گوگرد و اکسیژن با منگنز واکنش می دهد و گرافیت را از حالت کروی خارج می کند. ویژگی این نوع چدن، تجمع کروی شکل گرافیت‌های آن در هنگام انجماد است و این کروی بودن گرافیت‌ها، تمرکز تنش قطعه را به حداقل می‌رساند. یعنی چدن‌های نشکن نسخه‌ بهتر و کامل‌تر چدن‌های خاکستری هستند و از استحکام بالاتری نسبت به آن‌ها برخوردارند.
از چدن نشکن در صنایع لوله‌سازی و خودروسازی استفاده می‌شود. ساخت میل‌لنگ‌ها، از جمله‌ استفاده‌ این نوع چدن‌ها در صنعت حمل و نقل است. دلیل این کاربرد هم استحکام و ماشین‌کاری خوب چدن‌های داکتیل است.

• ویژگی‌ها: شامل گرافیت‌های کروی یا گره‌ای است که باعث افزایش مقاومت به ضربه و چقرمگی می‌شود.
• کاربردها: لوله‌ها، اتصالات، و قطعات ماشین‌آلات صنعتی.

چدن مالیبل (چکش خوار)

چدن مالیبل از انجام عملیات حرارتی بر روی چدن سفید به دست می آید که ریزساختار به صورت گرافیت شبه کروی در زمینه ی پرلیتی یا فریتی است. دلیل اصلی تغییر چدن سفید به چدنی چکش‌خوار، تبدیل کاربید آهن به گرافیت شبه کروی با خواص مکانیکی اصلاح شده است. چدن چکش‌خوار در صنایع اتصالات و برای اتصال آب و گاز در ایران استفاده زیادی دارد. همچنین در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی هم کاربرد دارد.
چدن‌های چکش‌خوار، سخت و شکننده بوده و قابلیت تراش و تهیه نمونه را نخواهد داشت. به همین دلیل برخی به این نوع چدن، چدن سخت هم می‌گویند. اما به دلیل قیمت بسیار مناسب و ماشین‌کاری ساده‌ای که دارد می‌تواند گزینه‌ مناسبی برای انتخاب باشد.

چدن مالیبل (Malleable Cast Iron)

• ویژگی‌ها: از چدن سفید به‌دست می‌آید که با عملیات حرارتی بهبود یافته و نرم‌تر می‌شود.
• کاربردها: تولید قطعات کوچک و پیچیده مثل قطعات خودرو و اتصالات لوله.

چدن سفید

در چدن سفید کربن به صورت ترکیبی و در قالب سمنتیت حضور دارد. این ریزساختار حاصل از سریع اندازه ی کربن و سرعت سرد کردن بالاست. وقتی این چدن ها دچار شکست می شوند، مقطع شکست آن ها سفید رنگ است. این ریزساختار سمنتیتی سخت و ترد بوده و مقاومت به سایش خوبی هم از خود نشان میدهد. از چدن سفید در پروانه‌ توربین‌های بادی استفاده می شود.

• • ویژگی‌ها: سطح شکست آن سفید رنگ است. این چدن سخت و شکننده است و گرافیت در این نوع به صورت کربید آهن وجود دارد.
  • کاربردها: تولید لوازم و تجهیزات مقاوم به سایش مانند گلوله‌های آسیاب و لاینرهای داخلی آسیاب.

چدن گرافیت فشرده

این چدن چیزی بین چدن داکتیل و خاکستری است؛ یعنی مقداری از کربن آن به شکل گرافیت کروی و گرافیت فشرده است. زیرا از گرافیت کروی تشکیل شده، اما گرافیت کروی آن درصد کمی از اجزای تشکیل‌دهنده را پوشش می‌دهد و در مقایسه با چدن نشکن از استحکام و انعطاف‌پذیری کمتری برخوردار است. همچنین نسبت به چدن خاکستری انقباض حاصل از انجماد بیشتری دارد.
چدن گرافیت فشرده، در سرسیلندرهای موتور، قالب‌های شمش‌ریزی در صنایع فولاد و ساخت محافظ برای جلوگیری از آتش‌سوزی توربین استفاده می‌شود.

نقطه ذوب چدن چنده؟