تفاوت چدن داکتیل و چدن خاکستری

چدن یک آلیاژ فلزی با پایۀ آهن است که شامل درصدهای متغیری از عناصر مختلف می‌باشد. این ترکیب، با هم آلیاژ چدن را تشکیل داده‌اند. در دوران اولیۀ تمدن، انسان قادر به ذوب سنگ آهن نبود. اما با گذشت زمان و پیشرفت تکنیک‌های فلزکاری، صنعتگران دریافتند که می‌توانند با حرارت دادن فلز و به‌کارگیری روش‌های آهنگری، ناخالصی‌ها را حذف کرده و آهن را به حالت مذاب درآورند. این فرایند امکان شکل‌دهی آسان‌تر آهن را فراهم کرد و زمینه‌ساز توسعه فناوری‌های متالورژیکی شد.

این آهن، همان چدن است که به چهار دسته تقسیم می‌شود: چدن خاکستری، چدن سفید، چدن نشکن (داکتیل)، و چدن چکش‌خوار (مالیبل). کاربرد هر یک از این انواع چدن بر اساس ترکیبات داخلی آن‌ها متفاوت است. این تفاوت‌ها موجب می‌شود که محصولاتی متنوع و کارآمد در اختیار ما قرار گیرد. در این گزارش قصد داریم به تفاوت بین چدن داکتیل و چدن خاکستری بپردازیم.

چدن چیست؟

برای این که به تفاوت بین چدن داکتیل و چدن خاکستری بپردازیم ابتدا باید با چیستی چدن و نکات کلیدی آن آشنا شویم.

در مهندسی مواد، چدن یک اصطلاح عمومی مشابه فولاد است. این واژه مشخص‌کنندۀ گروه کاملی از فلزات با خواص گوناگون و متنوع است. مقدار کربن در چدن بین ۲٫۱ تا ۶٫۲ درصد متغیر است، در حالی که سیلیسیم نیز حدود ۱ تا ۳ درصد از ترکیب وزنی آن را تشکیل می‌دهد. محتوای بالاتر کربن در چدن، آن را از نظر خواص فیزیکی و کاربردی به‌طور قابل‌توجهی از فولاد متمایز می‌سازد.

چدن را باید آلیاژ آهن ـ کربن ـ سیلیسیوم دانست.

وجود سیلیسیوم و کربن بسیار زیاد در چدن‌ها از آنها آلیاژهای ریختگی عالی می‌سازد.

چدن نشکن یا داکتیل چیست؟

یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های متالورژی در قرن بیستم، توسعۀ چدن داکتیل بود، که تأثیر قابل‌توجهی بر صنعت داشت. محققان با اصلاح ترکیب چدن‌های خاکستری موفق به تولید این نوع چدن شدند. چدن داکتیل، که با نام‌هایی مانند چدن نشکن، آهن نشکن، آهن گرافیت کروی، چدن گرافیت کروی، و آهن SG نیز شناخته می‌شود، به دلیل خواص مکانیکی برتر، به‌عنوان یکی از باارزش‌ترین انواع چدن شناخته می‌شود. این چدن از لحاظ ویژگی‌های مکانیکی شباهت زیادی با فولاد دارد، اما قیمت فولاد به دلیل فرآیندهای پیچیده‌تر تولید و خواص مکانیکی برتر، معمولا بیشتر از چدن داکتیل است.

برای تولید چدن نشکن، مقدار کمی منگنز به آهن مذاب اضافه شده و ساختار گرافیتی آن را تغییر می‌دهند. واکنش منگنز با اکسیژن و گوگرد موجود در آهن مذاب منجر به جمع شدن ذرات کروی آهن می‌شود. سیالیت بیشتر چدن نشکن در حالت مذاب و دمای ذوب کمتر آن، از ویژگی‌های متمایز آن نسبت به فولاد است. این چدن، همانند چدن چکش‌خوار، انعطاف‌پذیر است و برای ریخته‌گری محصولات و قطعات مختلف با اندازه‌ها و ضخامت‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرد. تجمع کروی شکل گرافیت‌ها هنگام انجماد، موجب کاهش تمرکز تنش در قطعه می‌شود و چدن داکتیل را به نسخه‌ای بهتر و کامل‌تر از چدن‌های خاکستری با استحکام بالاتر تبدیل می‌کند.

کاربرد چدن داکتیل در صنعت

از جمله مهم ترین کاربردهای چدن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت پل و لوله
• انواع ماشین آلات
• انواع ظروف
• ساخت درپوش چاه
• خطوط لولۀ گازی
• ساخت خرپای سقف و پنجره
• لوله‌های آهنی مخصوص زیرساخت‌های آب و فاضلاب
• تولید چرخ‌ دنده
• اجزای سیستم تعلیق
• ترمز و سوپاپ
• پمپ‌ها
• قطعات هیدرولیکی
• محفظه‌های توربین بادی.

چدن خاکستری چیست؟

چدن خاکستری، رایج‌ترین و متنوع‌ترین نوع چدن است که به عنوان پرکاربردترین فلز ریخته‌گری شناخته می‌شود. این نوع چدن دارای سطحی خاکستری رنگ است و کربن در آن به صورت لایه‌های گرافیتی در ساختار کریستالی فلز توزیع می‌شود، که از گسترش ترک‌های سطحی پس از شکست جلوگیری می‌کند. وجود گرافیت در ساختار چدن خاکستری موجب افزایش قابلیت ماشین‌کاری، کاهش ارتعاشات و کاهش ضریب اصطکاک می‌گردد. همچنین، چدن خاکستری دارای انعطاف‌پذیری بالا و مقاومت مناسبی در برابر فشار و سایش است.

چدن خاکستری هرچند قابلیت چکش‌خواری ندارد، اما دانه‌های گرافیتی آن باعث تراش‌پذیری بسیار عالی فلز می‌شود و کاربردهای گسترده‌‌ای به آن می‌دهد. ساختار گرافیتی این دسته از انواع چدن دارای ماتریکسی است که از فریت (هیدروکسید آهن)، پرلیت (آلیاژ آهن و کربن)، و ترکیبی از این دو تشکیل‌ شده است.

این چدن با ساختار گرافیتی که دارد، به‌راحتی می‌تواند انرژی را دریافت و به گرما و حرارت تبدیل کند. این ویژگی برای ساختارهایی که در حین عملیات با لرزش‌های ناخواسته مواجه می‌شوند بسیار ضروری است.

از معروف‌ترین انواع چدن خاکستری، ASTM  با استاندارد بین‌ المللی A48 است. در این سیستم، آهن‌های چدن خاکستری بر اساس قدرت کششی دسته‌بندی می‌شوند. برای مثال، چدن خاکستری کلاس 20 دارای حداقل قدرت کششی 20000 psi (140 Mpa) است.

کاربردهای چدن خاکستری در صنعت

معمولاً از چدن خاکستری برای مواقعی استفاده می‌شود که نیازمند سختی قابل‌ توجه، تراش‌پذیری مناسب، تعدیل‌ کردن لرزش، ظرفیت حرارتی زیاد، و رسانای خوب گرما باشیم. برای مثال از چدن خاکستری در این موارد استفاده می‌شود:

• بلوک‌های داخلی سیلندر موتور
• جعبه گیربکس
• موتور دیسک ترمز
• چرخ‌دنده و ظروف آشپزی

روش تولید قطعات با چدن خاکستری:

1. تولید قطعات در قالب‌های ماسه‌ایِ تَر: قالب‌های ماسه‌ایِ تر، بهترین و عمومی‌ترین روش ریخته‌گری چدن‌های خاکستری است. در این روش برای مخلوط قالب‌گیری از ماسه و چسب و مواد سلولزی استفاده می‌شود. برای ریخته‌گری قطعات کوچک، پودر زغال بین 3 تا 6 درصد و برای قطعات بزرگ بین 6 الی 7 درصد استفاده می‌شود. این امر باعث کاهش ماسه‌سوزی و افزایش دیرگدازی و افزایش کیفیت سطحی قطعه می‌شود و همچنین مانع از انبساط ماسه در فرآیند ذوب‌ریزی خواهد شد.
2. روش ماسه‌ای خشک: تفاوت این روش با روش ماسه‌ایِ تر، کیفیت بالاتر و دقت بیشتر است که موجب می‌شود حفره‌های گازی کمتری به وجود آید. در این روش باید سطح داخلی قالب بین 1 تا 12 میلی‌متر خشک شود.
3. روش CO₂ در این روش از ماسۀ سیلیسی استفاده می‌کنند که موجب چسیدن ذرات ماسه به هم می‌شود. این روش دقت بیشتری دارد و تراشکاری‌اش کمتر است و نیاز به درجه در مرحلۀ ریخته‌گری ندارد. چسبی که در این روش استفاده می‌شود چسب سیلیکات سدیم است که با دمش گاز CO₂ ایجاد سیلیس می‌کند.

تفاوت های کلیدی بین چدن داکتیل و چدن خاکستری

همان طور که در مطالب قبل گقتیم چدن انواع گوناگونی دارد. دو مورد از مهم‌ترین انواع چدن، چدن خاکستری و چدن داکتیل است که به آنها اشاره کردیم. در ادامه می‌خواهیم تفاوت این دو چدن را بررسی کنیم.

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های میان چدن‌های خاکستری و داکتیل، نوع و مقدار کربن به‌کاررفته در آن‌ها است. همچنین، قابلیت چکش‌خواری و داکتیلیتی از دیگر تفاوت‌های کلیدی این دو آلیاژ به شمار می‌رود. هرچه مقدار منیزیم موجود در چدن بیشتر باشد، مقاومت و توانایی تحمل فشار آن افزایش می‌یابد. این ویژگی به‌ویژه در چدن‌های داکتیل بیشتر از چدن‌های خاکستری مشاهده می‌شود. علاوه بر این، تفاوت‌های قابل توجهی در خصوصیت انبساط حرارتی و تاب ارتجاعی نیز بین این دو نوع چدن وجود دارد.

برای بررسی بیشتر این دو چدن به نکات زیر دقت کنید:

• هردو چدن قابلیت ریخته‌گری شدن را دارند.
• هردو چدن در برابر خوردگی بسیار مقاومند.
• هردو چدن سطح سفت و سختی دارند.
• چدن داکتیل برای استفاده به عنوان پاسنگ و یا وزنۀ تعادل بسیار کاربردی است.
• براده‌برداری در چدن خاکستری به‌سهولت انجام می‌شود.
• چدن داکتیل در برابر ضربه بسیار مقاوم است.
• ضریب کشسانی چدن داکتیل بسیار بالا است.

چدن داکتیل و چدن خاکستری دو نوع آلیاژ آهنی هستند که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. چدن داکتیل، به دلیل داشتن گرافیت‌های کروی، خواص مکانیکی بهتری نسبت به چدن خاکستری دارد و استانداردهای مختلفی مانند  ASTM A536، ISO 1083  و EN 1563 برای کنترل کیفیت آن وجود دارد. چدن خاکستری با گرافیت‌های ورقه‌ای شناخته می‌شود و استانداردهای مشابهی مانند ASTM A48، ISO 185  و EN 1561 برای تنظیم خواص مکانیکی و شیمیایی آن به کار می‌روند. این استانداردها شامل مشخصاتی نظیر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، و میکروساختار هستند و در سطوح بین‌المللی و ملی (مانند ISIRI 15969 در ایران) مورد استفاده قرار می‌گیرند. رعایت این استانداردها در تولید و ارزیابی چدن‌ها، تضمینی برای کیفیت و عملکرد مناسب آن‌ها در کاربردهای صنعتی است.

این استانداردها شامل مشخصاتی نظیر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و میکروساختار هستند و در سطوح بین‌المللی و ملی (مانند ISIRI 15969 در ایران) مورد استفاده قرار می‌گیرند. رعایت این استانداردها در فرایند تولید و ارزیابی چدن‌ها، تضمینی برای دستیابی به کیفیت مطلوب و عملکرد مناسب آن‌ها در کاربردهای صنعتی است.

مقایسه خواص فیزیکی چدن خاکستری و داکتیل:

مقایسه انواع چدن
انواع چدن	خواص فیزیکی
	استحکام کششی	استحکام تسلیم	ازدیاد طول	سختی
خاکستری	150 – 400	_	_	150 – 320
نشکن	450 – 550	310 – 380	10 -16	160 – 190

انتخاب مناسب بین چدن داکتیل و چدن خاکستری با همراهی فولاد حامیران

چدن داکتیل و چدن خاکستری هر یک با ویژگی‌های منحصر به فرد خود در صنعت کاربردهای گسترده‌ای دارند. انتخاب بین این دو نوع چدن به عواملی نظیر نیازهای پروژه، میزان مقاومت مورد نیاز و هزینه‌های اقتصادی بستگی دارد. چدن داکتیل به دلیل استحکام و چقرمگی بالا در برابر ضربه، گزینه‌ای مناسب برای قطعات حساس و تحت تنش‌های بالا است، در حالی که چدن خاکستری به دلیل قابلیت ریخته‌گری آسان و هزینه‌های کمتر، عملکرد بهتری در کاربردهایی با فشار و تنش پایین‌تر دارد.

در نهایت، برای دستیابی به بهترین انتخاب و بهره‌برداری بهینه از این مواد، می‌توانید از مشاوره و خدمات تخصصی فولاد حامیران بهره‌مند شوید. این مجموعه با ارائۀ محصولات باکیفیت و مشاورۀ فنی حرفه‌ای، همراه مطمئنی در تأمین نیازهای صنعتی شما خواهد بود.