آشنایی با انواع آلیاژ چدن و کاربرد آنها
آلیاژ چدن یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین آلیاژهای آهنی می‌باشد که به سبب خواص مکانیکی و شیمیایی خاص خود در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. آلیاژ چدن از ترکیب آهن و کربن و سیلیسیم ساخته شده است. در فرآیند تولید آلیاژ چدن، آهن خام درون کوره کوپل (نوعی کوره برای ذوب و ریخته گری آهن) ذوب شده، سپس مواد مذاب در داخل قالب ریخته شده و به شکل شمش چدن در می‌آیند. در این مقاله به بررسی انواع چدن و ویژگی و .کاربردهای آلیاژ چدن خواهیم پرداخت
تاریخچه آلیاژ چدن
چدن یکی از قدیمی ترین و مهم ترین آلیاژهای آهن می‌باشد. استفاده از آهن و آلیاژهای آن به دوران باستان بر می‌گردد؛ اما آلیاژ چدن در اوایل قرون وسطی در اروپا کشف گردید. در قرن یازدهم میلادی تکنیک‌های تولید چدن بهبود یافت و کوره‌های تولید چدن در انگلستان و سایر کشورهای اروپایی توسعه یافت.
در قرن 18 و 19 میلادی و با آغاز انقلاب صنعتی تولید چدن به طرز چشمگیری افزایش یافت و استفاده از روش‌های جدیدتر مانند کوره‌های بلند و ذوب آهن به وسیله زغال سنگ، جایگزین روش‌های قدیمی شد و در بهبود کیفیت چدن تاثیر بسزایی بر جا گذاشت.
اجزای سازنده آلیاژ چدن چیست؟
با خواندن مطالب بالا ممکن است این سوال برای شما ایجاد شده باشد که آلیاژ چدن از چه موادی ساخته شده ؟ و میزان ترکیبات هر یک از عناصر به چه میزان است؟
ترکیبات آلیاژ چدن شامل موارد زیر می‌شود:
- آهن: عنصر آهن، عنصر اصلی در تولید آلیاژ چدن بوده و بیشترین سهم را در ترکیبات آن دارا می‌باشد.
- کربن: میزان کربن به کار رفته در این ماده فلزی حدود 2 الی 4درصد می‌باشد.
- سیلیسیم: میزان سیلیسیم به کار رفته در آلیاژ چدن حداکثر 3 در صد می‌باشد.
عناصر دیگری مانند منگنز و گوگرد نیز به مقدار بسیار کمی در ترکیبات این آلیاژ فلزی دیده می‌شوند.
انواع چدن
چدن‌ها بسته به میزان کربن و سایر عناصر در ساختارشان، به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هر یک ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.
انواع چدن عبارتند از:
- چدن خاکستری (Gray Iron)
- چدن سفید (White Iron)
- چدن داکتیل (Ductile Iron)
- چدن مالئابل (Malleable Iron)
- چدن آلیاژی نیکل کروم (Ni-Hard Iron)
- چدن ضد سایش (Austempered Ductile Iron - ADI)
چدن خاکستری
چدن خاکستری متداول ترین نوع آلیاژ چدن می‌باشد و بیشترین کاربرد را در صنعت داراست. این نوع چدن دارای ساختاری گرافیتی بوده و دلیل نام گذاری آن به چدن خاکستری به خاطر رنگ خاکستری سطح مقطع آن در موقع شکستن می‌باشد.
خواص و ویژگی‌های چدن خاکستری
چدن خاکستری یکی از انواع چدن است که خواص مطلوبی از جمله قابلیت ماشینکاری بالا دارد. وجود لایه‌های گرافیتی در آن سبب جذب ارتعاشات می‌گردد. به کار بردن این آلیاژ در ساخت قطعاتی که تحت فشار بالایی هستند بسیار مفید است چرا که استحکام بالایی در برابر فشار دارند.
کاربرد آلیاژ چدن خاکستری در صنعت
چدن خاکستری به سبب خواص مکانیکی و ریخته‌گری مناسب خود، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. از چدن خاکستری در صنعت خودرو سازی برای تولید قطعات ماشین‌آلات، مانند بلوک‌های سیلندر موتورهای احتراق داخلی، سرسیلندرها، قاب‌های ماشین‌آلات، پایه‌ها و صفحات ماشین‌آلات، و همچنین در ساخت قطعات ریخته‌گری شده با شکل‌های پیچیده بهره می‌برند. همچنین به دلیل مقاومت سایشی نسبی، در تولید قطعاتی که در معرض ساییدگی هستند مانند چرخ‌دنده‌ها و یاتاقان‌ها نیز کاربرد دارد. ساخت لوله‌های آب، شیر آلات و اتصالات و تولید پمپ‌ها از کاربردهای آلیاژ چدن خاکستری در صنعت آب و فاضلاب می‌باشد. چدن خاکستری به دلیل استحکام فشاری بالا و جذب ارتعاشات خوب، در ساخت بدنه و قاب بسیاری از ماشین‌آلات صنعتی سنگین مانند پرس‌ها و تراشکاری‌ها کاربرد دارد.
قیمت پایین و قابلیت ریخته‌گری آسان آن نیز از عوامل مهم در انتخاب این ماده برای کاربردهای صنعتی هستند.
چدن سفید
چدن سفید یکی از انواع چدن می‌باشد که در زمان شکسته شدن سطح مقطع آن سفید است و به همین دلیل نام چدن سفید را بر روی آن گذاشته اند.
خواص و ویژگی‌های آلیاژ چدن سفید
درجه سختی چدن سفید بسیار بالا بوده و در مقابل ساییدگی بسیار مقاوم است؛ که این دو ویژگی از مزایای این محصول می‌باشد.
از جمله معایب چدن سفید می‌توان به چقرمگی پایین و برشکاری دشوار آن اشاره کرد. این محصول به راحتی برش نمی‌خورد و برای برش دادن آن باید ابزارهای بسیار قوی به کار برد.
کاربرد آلیاژ چدن سفید
این نوع چدن در لبه‌های آسیاب و قطعات ماشین آلات که نیز به مقاومت سایشی بالایی دارند کاربرد دارد. پروانه توربین، نوار نقاله، سیستم پمپاژ، پیستون‌ها، ماشین آلات سنگین و ماشین آلات حفاری از جمله مواردی هستند که در تولید آنها از چدن سفید استفاده می‌شود.
چدن داکتیل (چدن نشکن)
چدن داکتیل که به نام چدن نشکن نیز معروف است یکی از مقاوم ترین و بهترین انواع چدن می‌باشد. ساختار گرافیت این چدن به شکل کروی است.
خواص و مزایای استفاده از چدن داکتیل در صنایع
ساختار گرافیتی کروی چدن داکتیل باعث افزایش انعطاف‌پذیری و استقامت آن در برابر شکست می‌شود. از دیگر مزایای چدن داکتیل می‌توان به استقامت بالا در برابر خستگی، قابلیت ماشینکاری مناسب، مقاومت در مقابل خوردگی و قابلیت جوشکاری اشاره کرد.
کاربرد چدن داکتیل
چدن داکتیل یا چدن نشکن به دلیل مزایا و ویژگی هایی خود، در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. در صنعت خودروسازی، از این چدن برای ساخت قطعاتی مانند میل لنگ، دیفرانسیل، چرخ دنده، و قطعات سیستم تعلیق استفاده می‌شود. در صنایع دیگر، چدن داکتیل در تولید لوله‌ها و اتصالات، قطعات ماشین‌آلات سنگین، اجزای پمپ‌ها و شیرآلات، و همچنین در ساخت قطعاتی که نیازمند مقاومت نسبت به ضربه و سایش هستند، مانند قطعات معدنی و کشاورزی، کاربرد فراوان دارد. خواص مکانیکی قابل تنظیم چدن داکتیل با تغییر ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی، موجب تطبیق پذیری بالای آن در کاربردهای متنوع شده است.
چدن مالئابل (چدن چکش خوار)
چدن مالئابل که دارای نام‌های دیگری همچون چدن مالیبل و چدن چکش خوار نیز می‌باشد برای اولین بار در کشور چین کشف شد . ساختار این چدن به شکل گره ای می‌باشد و عناصری همچون بیسموت، مس، تلوریم، نیکل ، بور و مولیبدن به عنوان عناصر آلیاژی در ساختار آن به کار رفته است.
ویژگی‌ها و خواص آلیاژ چدن مالیبل
این نوع چدن پس از ریخته‌گری تحت فرآیند حرارتی قرار می‌گیرد که باعث افزایش انعطاف‌پذیری و کاهش شکنندگی آن می‌شود. خاصیت پلاستیکی بالا و خاصیت کشسانی مناسب از دیگر ویژگی‌های مثبت این نوع آلیاژ چدن محسوب می‌شود.
کاربرد آلیاژ چدن مالیبل
از چدن مالیبل برای ریخته گری قطعات کوچک بهره می برند. تولید قطعاتی همچون جعبه گیربکس، دنده فرمان، دیفرانسیل و سیلند اتومبیل در صنعت خودرو سازی و ساخت اتصالات لوله،زانویی، واشر و ...در صنعت ابزارآلات نمونه‌هایی از کاربرد این نوع چدن میباشند.
چدن آلیاژی نیکل کروم
عناصر اصلی به کار رفته در چدن آلیاژی نیکل و کروم می‌باشد. این نوع چدن نوعی از چدن‌های سفید و خاکستری هستند.
برای آشنایی با انواع آلیاژهای نیکل مقاله " معرفی انواع آلیاژهای نیکل، ویژگی و کاربرد آنها "را در سایت ایران ضایعا مطالعه کنید.
ویژگی های چدن آلیاژی
ویژگی‌هایی همچون قابلیت ریخته گری آسان و استقامت سایشی بالا محبوبیت فراوانی برای این نوع چدن به همراه داشته و سبب گردیده تا این محصول از جایگاه ویژه ای در صنعت برخوردار شود.
کاربرد چدن آلیاژی
چدن آلیاژی نیکل-کروم به دلیل خواص منحصر به فرد خود، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. در صنعت نفت و گاز، از این آلیاژ برای تولید قطعات پمپ‌ها، شیرآلات و لوله‌های مقاوم به خوردگی و حرارت استفاده می‌شود. در صنایع پتروشیمی، به دلیل دوام بالای این چدن در برابر مواد شیمیایی خورنده، در ساخت تجهیزات فرآیندی و انتقال مواد شیمیایی به کار می‌رود. همچنین، در صنعت تولید انرژی، از چدن نیکل-کروم برای ساخت قطعات کوره‌ها، مبدل‌های حرارتی و سایر تجهیزاتی که در دماهای بالا و محیط‌های خورنده کار می‌کنند، استفاده می‌شود. به طور کلی، این آلیاژ در هر محیطی که نیاز به مقاومت بالا در برابر خوردگی، حرارت و سایش باشد، کاربرد دارد.
چدن ضد سایش
چدن‌های ضد سایش، گروهی از انواع چدن‌ها هستند که به دلیل ترکیب شیمیایی ویژه و ساختار میکروسکوپی خود، مقاومت بسیار بالایی در برابر ساییدگی و فرسایش نشان می‌دهند. این ویژگی‌ها به‌واسطه حضور کاربیدهای سخت و پراکنده در زمینه ماتریسی چدن ایجاد می‌شوند. به‌طور کلی، این چدن‌ها حاوی مقادیر بالای کربن و عناصر آلیاژی مانند کرم، مولیبدن و وانادیوم هستند که سختی و مقاومت به سایش را افزایش می‌دهند.
ویژگی و خاصیت آلیاژ چدن ضد سایش
انواع چدن‌های ضد سایش به دلیل ترکیب خاص خود، دارای خواص و ویژگی‌های منحصر به فردی هستند، که آنها را برای کار در شرایط سخت بسیار مناسب می‌سازد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این چدن‌ها، مقاومت بالای آنها در برابر سایش و فرسایش بوده که به واسطه وجود کاربیدهای سخت در ساختار میکروسکوپی آنها حاصل می‌شود. همچنین، این چدن‌ها معمولاً دارای سختی بالا و دقت خوب در ابعاد هستند، که باعث می‌شود در کاربردهایی که نیاز به دقت و پایداری ابعادی دارند، موثر واقع شوند. مقاومت به حرارت و خوردگی نیز از دیگر ویژگی‌های چدن‌های ضد سایش بوده که باعث می‌شود در شرایط عملیاتی دشوار، عملکرد بهتری از خود نشان دهند.
کاربرد های چدن ضد سایش
چدن‌های ضد سایش به دلایل مقاومت بالای خود در برابر ساییدگی،فرسایش و حرارت و خوردگی در صنعت معدنی، عمرانی، تجهیزات سنگین، قطعات ماشین‌آلات معدنی و قالب‌های ریخته‌گری، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، به دلیل مقاومت به ضربه و چکش‌خواری خوب، در ساخت قطعاتی از جمله قطعات چرخشی و محورهای ماشین‌آلات، به کار گرفته می‌شوند. استفاده از چدن ضد سایش نه تنها باعث بهبود عملکرد و طول عمر قطعات می‌شود، بلکه به کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیر نیز می‌انجامد.
مزایا و معایب چدن
مزیت‌های آلیاژ چدن عبارتند از:
- استحکام بالا: چدن به خاطر مقدار زیادی کربن که در آن وجود دارد، سختی و استحکام بالایی دارد.
- قابلیت ریخته گری مطلوب: این آلیاژ دارای خصوصیت ریخته گری خوبی بوده که به خاطر ساختار کریستالی و مقدار بالای کربن در آن می‌باشد.
- جذب ارتعاشات: انواع چدن ها به خوبی ارتعاشات را جذب می‌کند که این ویژگی در ماشین‌آلات صنعتی بسیار مهم است.
- مقاومت بالا در برابر سایش: چدن ها دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر ساییدگی هستند.
- مقاومت بالا در برابر حرارت: مقاومت مناسب در برابر تغییرات حرارتی از دیگر ویژگی‌های انواع چدن به شمار می‌رود.
- قیمت مقرون به صرفه: ضمن نسبت به فلزات دیگر مانند مس، آلومینیوم و تیتانیوم، قیمت پایین تری دارد.
آلیاژ چدن در کنار تمامی مزایایی که برای آنها بر شمرده شد، دارای معایبی نیز می باشد از جمله:
- انعطاف پذیری کم: این آلیاژ نسبت به فلزات دیگر انعطاف پذیری کمتری داشته و در برخی موارد تحت فشار شکسته می‌شود. با توجه به اینکه چدن یک ماده سنگین است برای ساخت قطعاتی که نیاز به پایداری و استحکام دارند نیز کارایی دارد. در ضمن نسبت به فلزات دیگر مانند مس، آلومینیوم و تیتانیوم، قیمت پایین تری دارد.
- قابلیت ماشینکاری: برخی از انواع چدن قابلیت ماشینکاری ضعیفی دارند.
آلیاژ چدن به دلیل خواص منحصر به فرد خود، به عنوان یکی از مواد اولیه کلیدی در صنایع مختلف، کاربردهای گسترده‌ای دارد. آشنایی با انواع چدن و ویژگی‌های هر یک می‌تواند به انتخاب مناسب‌ترین نوع برای کاربرد مورد نظر کمک کند. در این مقاله به بررسی انواع و کاربردهای آلیاژ چدن پرداختیم؛ امید است که مطالب این مقاله بتواند شما را در انتخاب محصول مورد نظرتان یاری نماید.
نسرین دلاور
نظرات کاربران :