چد‌ن‌ها خانواده‌ای از آلیاژهای آهنی با خواص کاملاً متنوعی هستند که به روش ریخته‌گری تولید می‌شوند و مهمترین وجه تمایز فولاد و چدن در شکل پذیری فولاد توسط فرایندهای شکل دهی فلزات است که در مورد چدن‌ها این امکان وجود ندارد. از نقطه نظر ترکیب آلیاژی،‌ فولادها از ترکیب آهن با حداکثر ۲/۰۶ درصد کربن تولید می‌شوند. مقدار کربن چدن بین ۲/۰۶ تا ۶/۶۷ درصد وزنی است، ولی چدن‌ها با ترکیب بیش از ۴/۵ درصد وزنی کربن بسیار شکننده هستند.

کربن در چدن‌ها به صورت کاربید آهن Fe3C وجود ندارد. در ساختار چد‌ن‌ها، کربن‌ به صورت پایدارترین شکل آن، یعنی گرافیت است. شکل و نحوه ‌‌رسوب گرافیت در چدن‌ها منشأ خواص گوناگون در این آلیاژ آهن است. در چدن، علاو‌ه بر کربن، عناصر آلیاژی دیگری را برای کنترل ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی اضافه می‌کنند تا خواص متنوع مورد نظر را ایجاد کنند. چدن‌ها دارای مزایای گوناگونی هستند که برخی از این مزایا شامل موارد زیر هستند.

  1. چدن‌ها آلیاژهای بسیار ارزان قیمتی هستند و برای تولید آ‌نها فناوری خاصی لازم نیست، لذا قیمت تمام شده آنها کم است.
  2. چدن‌ها در حالت مذاب دارای سیالیت بالايی هستند، از همین رو ريخته گری آنها بسیار ساده است و می‌توان مقاطع پیچیده و نازک قطعات را توسط آنها ريخته‌گری کرد.

ولی مقاومت به سايش و استحكام كششی چدن‌ها چندان زياد نيست. اساساً چدن را می‌توان از آهن خام که محصول کوره بلند است به دست آورد. بدین منظور آهن خام را به همراه قراضه‌های آهنی به همراه گل (سوخت) و آهك (كمك ذوب) در کور‌ه‌های خاصی با نام کوره کوپل ریخته و ذوب می‌کنند تا ترکیب چدن مورد نیاز در آن به دست آید. مذاب تولید شده در این حالت را برای ریخته‌گری قطعات مختلف چدنی، درون قالب‌های ویژه می‌ریزند، تا پس از سرد شدن قالب با شکستن آن، قطعه مورد نظر را از درون آن خارج سازند.

ساختمان و خواص چد‌ن‌ها بسیار متنوع است، با این وجود می‌توان آ‌نها را به گرو‌ه‌های زیر طبقه‌بندی کرد.

  1. چدن خاکستری با گرافیت ورقه‌ای GG
  2. چدن خاکستری با گرافیت کروی GGG
  3. چدن سخت GH
  4. چدن چکشخوار GT

برای تولید چدن‌های فوق، روش تولید آ‌نها در نوع مواد افزودنی و نيز نحوه سرد کردن چد‌ن‌ها مؤثر است.

چدن

چدن خاکستری با گرافیت ورقه‌ای

چدن خاکستری در صنعت از تمامی آلیا‌ژها و فلزات ریخته‌گری مصرف بيشتری دارد. در حقیقت منشأ این نام گذاری، رنگ سطح مقطع شکست این آلیاژ است، چرا که به دليل وجود کربن زیاد در این آلیاژ سطح مقطع آن به رنگ خاکستری است.

گرافیت‌ها در این چدن به صورت ورقه‌ای تشکیل می‌شوند. شكل گرافیت در این چدن، باعث ایجاد ویژگی‌های خاصی مانند، مقاومت ارتعاش خوبب در این آلیاژ می‌شود. به طوری که بيشتر از این آلیاژ در مصارفی استفاده می‌شود که به مستهلک کردن ارتعاش نياز است. وجود گرافیت به شکل ورق‌های این آلیاژ را به شدت در برابر کشش حساس می‌کند و لازم است در کاربردهایی که چدن خاکستری تحت کشش و ضربه قرار می‌گیرد با احتیاط عمل شود.

چنان چه چدن خاکستری در هنگام تولید با سرعت بالایی سرد شود و مقدار منگنز آن زیاد باشد، مقدار گرافیت آن کم خواهد بود. برعکس اگر در هنگام تولید چدن خاکستری، سرعت سرد شدن کم باشد و مقدار سیلیسیم افزایش یابد، مقدار گرافیت آن زیاد می‌شود.

وجود گرافیت در چدن خاکستری قابلیت براده برداری را افزایش می‌دهد و ضریب اصطکاک را کم می‌کند. از این آلیاژ برای تولید قطعات سنگین، مانند بدنه ماشین آلات صنعتی (به دلیل سهولت بیشتر در ریخته‌گری)، ابزار کشاورزی، لوازم و اثاثیه منزل، قطعات خودرو و پایه ماشین ابزار استفاده ‌می‌شود.

چدن خاکستری با گرافیت کروی

در این نوع چدن، گرافیت به صورت ورقه‌ای در چدن وجود ندارد، بلکه به شکل کروی است. برای تولید چدن خاکستری با گرافیت کروی باید به چدن مذاب، آلیاژ نیکل – منیزیم یا آلیاژ سیلیسیم – آهن منیزیم اضافه شود. سبب افزایش قابلیت انبساط، خم کاری و استحکام در این چدن ۳ تا ۵ برابر چدن خاکستري با گرافیت ورقه‌ای خواهد شد. این چدن به چدن داکتیل نیز معروف است. این چدن به دلیل ویژگی‌های اشاره شده، در تهیه سیلندر، پوسته پمپ ، چرخ لنگ، توربین‌ها، محفظه جعبه دنده‌ها و قرقره‌ها کاربرد دارد.

چدن سخت

کربن در چدن‌های سخت به صورت گرافیت وجود ندارد و به صورت ترکیب شیمیایی با آهن Fe3C یافت می‌شود. براده برداری از چدن‌های سخت بسیار دشوار است و برای این منظور باید از ابزارهایی با جنس فلزات سخت (الماسه) و سنگ‌های سنباده استفاده کرد.

از ویژگی‌های دیگر چدن سخت، مقاومت در برابر سایش است. این ویژگی به علت سریع سرد شدن در قالب و سخت شدن سطح قطعه حاصل مي‌شود.

ساخت چرخ‌های واگن، پیستون‌های هیدرولیکی و انواع نوردها از جمله موارد کاربرد چدن سخت است.

چدن چکش خوار

آهن خام سفید را به همراه درصد معینی از کربن، سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد در کوره کوپل یا کوره الکتریکی ذوب، و پس از ریختن آن در قالب سرد می‌کنند. سپس قطعات ریخته شده را در کوره‌های مخصوصی به مدت چند روز حرارت می‌دهند تا ویژگی‌هایی همچون افزایش استحکام کششی، افزایش قابلیت کوره کاری و انعطا‌ف پذیری و کاهش شکنندگی در آن ایجاد شود. چدن‌های چکش خوار از قابلیت براده برداری خوبی برخوردارند و می‌توان آن‌ها را بهسازی و لحیم کاری کرد.

چدن چکش‌خوار، به چدن تمپرگوس و مالیبل نیز معروف است.

استانداردهای نرم بندی آلیاژهای آهن

همانند تمامی قطعات و فرايندهای مهندسی، مواد نیز دارای استانداردهای خاص خود هستند. هنگامی که یک تولیدکننده، ماده‌ای را مطابق با یک استاندارد تولید می‌کند، لازم است تمامی بندها و مفاد استاندارد را برای تولید ماده مورد نظر رعایت کند. از این رو ديگر لازم نيست كه مصرف کننده برای به کارگیری آن ماده، آزمایش‌ها و مراحل خاصی را جهت اطمینان يافتن از کیفیت ماده مورد نظر انجام دهد، زیرا موسسه استاندارد تضمین می‌کند که ماده تولید شده، تمامی خواص مورد نياز و تصریح شده در مفاد استاندارد را دارد. شماره گذاری مواد، روشی است برای بیان خواص مواد، بدون آنکه به تحلیل یا دانستن تمام خواص شیمیایی آن ماده خاص نیاز باشد. از همین روست که تمامی استانداردهای مصوب بین المللی، فولادها را که مهمترین عنصر تولید در صنعت هستند، طبقه بندی و کدگذاری کرده است.

چنان چه مصرف کننده به دانستن ترکیب شیمیایی یا خواص ویژه‌ای از یک فولاد نیاز داشته باشد، می‌تواند با مراجعه به کتاب‌های مرجع که بدین منظور تدوین شده‌اند، آ‌نرا در جداول آلیاژی فولاد یا مرجع استاندارد کدگذاری کننده آن ماده خاص، جستجو کند. از طرفی هما‌نگونه که انتظار می‌رود، فولادهای پرکاربرد و مهم توسط استانداردهای گوناگون کدگذاری شده‌اند و می‌توان برای یافتن یک فولاد، معادل آن را در سایر جداول استاندارد یافت.

 

منبع: عمران سافت

از انتشار مطالب و فایلهای این سایت با ذکر منبع استقبال میکنیم