انواع چدن‌ها و علایم شناسایی آن‌ها

چدنها را اکثرا به کمک کوره کوپل و از طریق ذوب شمش‌های آهنِ خام خاکستری به دست می‌آورند در ادامه با طی مراحلی، کربن و مواد مضر اضافی در آهن خام را کاهش داده و در صورت نیاز بسته به نوع کاربرد، عناصر دیگری به آن می‌افزایند.
کوره کوپل متداول ترین وسیله در ذوب چدن‌ها محسوب می شود، شکل ظاهری آن به صورت استوانه‌ای فولادی به قطر تقریبی یک متر و ارتفاع 6 تا 8 متر می‌باشد و داخل آن پوشیده شده از مواد نسوز است.

انواع چدن‌ها

چدنها را بر حسب نوع ساختار میکروسکوپی و شکل کربن به گونه‌های زیر تقسیم می‌نمایند:

 

چدن خاکستری با گرافیت لایه لایه (GG)

در صورتی که مقدار سیلیسیم موجود در محصول کوره کوپل زیاد باشد و آن را آهسته سرد کنیم، کربن موجود در ترکیبات آهن (Fe₃C) به صورت گرافیت لایه لایه از آن خارج شده و در لابه لای کریستال‌ها قرار می‌گیرد.
مقدار، اندازه و فرم گرافیت تا حد زیادی به سرعت سرد کردن مذاب بستگی دارد به طور مثال سرد کردن کمتر و اضافه کردن سیلیسیم بیشتر موجبِ افزایش گرافیت حاصل میگردد. همچنین افزایش منگنز و سرعت سرد کردن، باعث کاهش گرافیت میشود.

 

 

وجود گرافیت در چدن خاکستری، ضریب اصطکاک و ارتعاشات را کاهش داده و قابلیت براده برداری را افزایش می‌دهد. چدن خاکستری در مقابل فشار و فرسودگی مقاوم بوده ولی قابلیت چکش خواری ندارد.
وجود 2.6 تا 3.6 درصد کربن در این چدن نیز باعث کاهش نقطه ذوب (تا حدود 1250°C) می‌شود.

چدن با گرافیت کروی یا داکتیل (GGG)

چدن داکتیل با نام چدن گرافیت کروی نیز در آمریکا شناخته شده می‌باشد، دلیل این نام گذاری وجود کربنهای آزاد کروی شکل است.
برای تولید چدن‌های خاکستری با گرافیت کروی، آلیاژهایی چون نیکل، منیزیم یا سیلیسیم، آهن منیزیم به چدن مذاب اضافه می گردد.
میزان هر کدام از عناصر تاثیری ویژه در داکتیل خواهند داشت به عنوان مثال سیلیسیوم موجب افزایش استحکام فریت در چدن شده و اگر مقدار آن کم باشد تمایل به تبرید را افزایش داده و در مقاطع نازک کاربیدهای اضافی تشکیل می شود.

 

 

وجود گرافیت کروی باعث می شود که قابلیت انبساط، خم کاری و استحکام در چدن افزایش پیدا کند همچنین این چدن در مقابل حرارت مقاوم بوده و نقطه ذوب آن در حدود 1400°C است.
کاربردهای داکتیل شامل تهیه میل لنگ، محفظه جعبه دنده و توربینها میباشد.

چدن مالیبل (تمپرگوس یا چدن چکشخوارGT)

روش به دست آوردن مالبیل به این صورت است که ابتدا چدن سفید را تا 900 درجه سانتی گراد حرارت داده سپس با تجزیه کاربید آهن، به کربن و آهن و تبدیل شدن به گرافیت شبه کروی، چدنی چکش خوار با خواص مکانیکی مطلوب به دست می آید.

در تهیه چدن مالیبل از آهن خام، آهن ذوب شده در کوره کوپل یا الکتریکی را پس از ریختن در قالب و سرد شدن در کوره ای مخصوص، به مدت چند روز حرارت می دهند به این عمل تمپر کردن می گویند.
در نتیجه این عمل، چدن خاصیت شکنندگی خود را از دست داده و استحکام کششی، قابلیت کوره کاری، انعطاف و قابلیت براده برداری آن افزایش می یابد.

 

 

این چدن ها عموما در ایران جهت ساخت اتصالات آب و گاز کاربرد داشته و در موارد دیگری چون قطعات اتومبیل، قطعات کشاورزی، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع کاربرد دارند.

گرافیت در مالیبل به صورت برفکی بوده و خود به دو نوع عمده تقسیم می شود:

1. مالیبل فریتی: دارای استحکام و انعطاف پذیری بالایی می باشد، این ویژگی نتیجه وجود ذرات کروی کربن است که در فرآیند ماشین کاری نقش روان ساز را ایفا کرده و قابلیت ماشین کاری را بهبود میبخشد.
2. مالیبل پرلیتی: این نوع شامل گرافیت های لایه لایه و به شکل کروی است و عموما نتیجه عملیات آنیل چدن های مالبیل با مغز سیاه می باشند. پرلیتی نسبت به فریتی دارای استحکام بیشتری بوده ولی انعطاف پذیری و چکش خواری آن کمتر است.

چدن سخت (GH)

در چدن سخت، کربن به صورت گرافیت وجود نداشته بلکه با آهن یک پیوند شیمیایی (Fe₃C) تشکیل می دهد. تشکیل گرافیت در این چدن را می توان با سرد کردن سریع و کم کردن مقدار سیلیسیم و ازدیاد مقدار منگنز از بین برد.

چدن سخت حاوی 2.8 تا 4 درصد کربن، 0.1 تا 0.2 درصد سیلیسیم، 0.6 تا 1.5 درصد منگنز، 0.2 تا 0.5 درصد فسفر و 0.008 درصد گوگرد می باشد، این چدن دارای مقطع سفید و درخشان است. بهتر است بدانید جهت سخت تر شدن و افزایش مقاومت در مقابل سایش، چدن ها را در قالبهای فلزی یا ماسه مرطوب ریخته تا سریعتر سرد شوند.

برای سخت کردن قطعات بزرگتر باید سیلیسیم موجود در چدن را کاهش داده و تا جایی که امکان دارد به آن منگنز اضافه کرد تا از تاثیر سیلیسیم در تشکیل گرافیت چدن جلوگیری شود. چدن GH-25 نمونه ای از چدن سخت است که عدد 25 به معنای سخت شدن تا عمق 25 میلی متری می باشد.

در رابطه با کاربرد این چدن می توان به استفاده در واگنها، پیستونهای هیدرولیکی، انواع نوردهای مخصوص ماشینهای چاپ، کاغذ سازی، لاستیک سازی و آسیابها اشاره کرد.

 

چدن مخصوص

به چدن هایی که فلز یا فلزات دیگری در آنها به صورت آلیاژ وجود دارد، چدنهای مخصوص گفته می شود.
این نوع دارای استحکام زیادی در مقابل عوامل شیمیایی همچون بازها و اسیدها بوده و در حرارت های زیاد نیز مقاوم می باشند. فلزات آلیاژی در چدنهای مخصوص شامل نیکل، کرم، مولیبدن و وانادیم می باشند.

چدن سخت است یا فولاد؟

 

 

چدن از آهن خاکستری ساخته شده و آلیاژی از آهن محسوب می شود. برای ساخت چدن آهن خام را در کوره قرار داده و ذوب می کنند، فلزی که در آخر باقی می ماند دارای مقداری منگنز است.
چدن به دست آمده سخت و شکننده بوده و مقاومت آن در مقایسه با فولاد در برابر آتش و اکسید شدن بیشتر است، این ویژگی کلیدی ترین تفاوت فولاد و چدن است.
از ویژگی های فولاد نیز می توان به قابلیت شکل پذیری، اکسیداسیون، انبساط حرارتی و مقاومت مکانیکی اشاره کرد.