آشنایی با چدن و کاربرد آن

چدن و کاربردهای آن 

چدن جزو یکی از پرکاربردترین و مهمترین انواع آلیاژ آهن به شمار می رود که ترکیب شیمیایی لازم را با کربن دارد. چدن یکی از انواع آلیاژ آهنی است که نسبت به فولاد درصد کربن و سیلسیم بالاتری دارد. این آلیاژ در انواع چدن سفید، خاکستری، نشکن، چکش‌خوار و گرافیت فشرده تولید می‌شود.

البته با توجه به میزان کربن به کار گرفته شده در این آلیاژ، می توان انواع بسیار مختلفی از چدن را در صنعت ملاحظه کرد که هر یک دارای ویژگی های بسیار بی نظیر خود هستند و می توانند نقش خاصی را در بخش های مختلف صنعت ایفا کنند. امروزه از این آلیاژ در صنایع مختلفی استفاده می شود و بسیاری از شیمیدان‌ها به دنبال تولید یکی از مقاوم ترین و بهترین انواع آن هستند تا از این طریق بتوانند کارایی این آلیاژ را ارتقا ببخشند. 

ترکیبات شیمیایی چدن

چدن به عنوان یک آلیاژ از ترکیب سه عنصر اصلی و برخی از عناصر فرعی تشکیل شده است، ولی در زمان ترکیب این عناصر با یکدیگر باید مقادیر مشخصی از آنها را در ترکیب قرار داد تا چدن خاصیت خود را حفظ کند و ناخالصی  بسیاری نداشته باشد. 

در این آلیاژ، آهن بیشترین سهم را با حدود ۹۲ درصد به خود اختصاص داده است. پس از آن، کربن قرار دارد که حدود ۲ تا ۴ درصد از ترکیب چدن را تشکیل می‌دهد و پس از آن نیز سیلیسیم با حدود ۱ تا ۳ درصدی خود سبب ایجاد تفاوت بین فولاد و چدن می‌شود.

حدود یک درصد دیگر باقی می‌ماند که ترکیبی از عناصری چون منگنز،  فسفر و گوگرد است. 

گاهی برای اصلاح ساختار و تغییر خواص چدن، عناصر دیگری با مقادیر متفاوت به چدن اضافه می شوند؛ این عناصر شامل آلومینیوم. منیزیم، مس، سدیم، کروم و وانادیم است.

نقطه ذوب چدن

آلیاژ چدن به دلیل وجود ناخالصی در آهن خام و میزان ناخالصی که وارد ترکیبات آن می‌شود، نقطه ذوب پایین‌تری نسبت به عناصر تشکیل‌دهنده خود دارد. نقطه ذوب این آلیاژ حدود ۱۴۲۰ تا ۱۴۷۰ درجه‌ کلوین است. این ترکیب به علت داشتن نقطه ذوب پایین، قابلیت ریخته‌گری، سیالیت، ماشین‌کاری و مقاومت به سایش استفاده می‌شود و به ماده مهندسی با دامنه‌ وسیع‌ای از کاربرد تبدیل شده است. 

ویژگی های چدن

از جمله مهمترین عواملی که سبب استفاده چدن در صنایع گوناگون شده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

- بدون داشتن حالت خمیری از شکل جامد به مایع تبدیل می‌شود

- قابلیت چکش خواری

- سخت و شکننده بودن

- دیر زنگ زدن

- مقاومت بسیار بالا

- مقاوم در برابر حرارت

- قیمت مناسب

- وزن سنگین

به دلیل همین ویژگی‌ها، سبب شده که این آلیاژ به یکی از پرمصرف ترین و محبوب ترین انواع آلیاژها تبدیل شود تا بتواند نقش مهمی در صنایع گوناگون ایفا کند. امروزه بسیاری از شرکت ها به دنبال تولید تجهیزات ساختمانی از این آلیاژ هستند تا بتوانند ساختمان های بسیار مقاوم تر و مقرون به صرفه تری را طراحی و بسازنند.

کاربردهای چدن

این آلیاژ با توجه به ترکیبات آن در صنایع گوناگون کاربردهای متفاوت دارد. از جمله مهمترین کاربردهای چدن می توان به مواردی چون ساخت پل، ماشین آلات، درپوش چاه های خیابان، خطوط گازی، لوله‌ها، ظروف، شاغول کردن، خرپای سقف و پنجره‌های دکوراتیو اشاره کرد. البته امروزه بسیاری از محققان به دنبال کشف دیگر خواص این آلیاژ هستند تا از این طریق بتواند میزان کاربرد آن را افزایش بدهند و از این طریق این ماده را جایگزین بسیاری از فلزهای دیگر کنند.  

انواع چدن

با توجه به کربن به کار گرفته شده در چدن می‌توان انواع مختلفی از آن را به صورت زیر دسته بندی کرد:

- چدن خاکستری

این چدن با توجه به داشتن زیرساخت های خاص مقطع آن رنگ خاکستری دارد و یکی از پرکاربردترین انواع آلیاژ های چدن است که در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. از مهمترین انواع آن می توان به چدن های کروی، خاکستری ورقه ای، چشم گاوی و یوگلی اشاره کرد. 

- چدن نشکن (داکتیل)

این نوع چدن با داشتن ویژگی هایی مانند مقاومت سایشی خوب، ریخته گری مناسب، نقطه ذوب پایین، ماشین کاری عالی و شکل پذیری مطلوب قادر شده که در بسیاری از صنایع کاربرد داشته باشد و جزو محبوب ترین انواع چدن محسوب می شود. 

- چدن سفید

    چدن سفید از کربن بسیار کمتری برخوردار است و به دلیل داشتن مقطع سفیدرنگ به این اسم نامگذاری شده است. این چدن بیش از حد ترد بوده و این امر موجب شده که استفاده محدودی در صنایع داشته باشد. برای نمونه در پروانه توربین ها کاربرد دارد. 

- چدن چکش خوار (مالیبل) 

چدن مالیبل با حرارت دادن چدن های سفید تحت شرایط خاص تهیه می شود. از مهمترین ویژگی آن می توان به داشتن خواص مکانیکی، چکش خوار بودن، شکل برفکی و داشتن اشکال نامنظم اشاره کرد. توجه داشته باشید که می توان چدن مالیبل را تهیه کرد.

- چدن گرافیت فشرده

چدنی که ۲۰ درصد گرافیت کروی، ۸۰ درصد گرافیت فشرده و بدون گرافیت ورقه‌ای باشد را چدن «گرافیت فشرده» می‌گویند. این نوع چدنی بین چدن نشکن و خاکستری به شمار  می‌رود؛ چراکه از گرافیت کروی تشکیل شده، ولی گرافیت کروی آن درصد کمی از اجزای تشکیل‌دهنده را پوشش می‌دهد و در مقایسه با چدن نشکن، استحکام و انعطاف‌پذیری کمتری دارد. 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 پیشگیری از آتش‌سوزی توربین مورد استفاده قرار می گیرد.

تفاوت های چدن و فولاد

با توجه به برخی ویژگی های این آلیاژ با آهن، برخی به اشتباه فولاد را با چدن را یک نوع آلیاژ می دانند. اما این در حالی است که این دو تفاوت های مهمی با هم دارند. از جمله مهمترین این تفاوت ها می توان به میزان کربن استفاده شده در چدن اشاره کرد. میزان کربن به کار گرفته شده در این آلیاژ بسیار بیشتر از فولاد است. از این رو آن را در فهرست آلیاژهای ریخته گری قرار می دهند. همچنین این آلیاژ در مقایسه با فولاد بسیار خمش‌ناپذیرتر و خشک تر است که این مورد نیز یکی دیگر از مهمترین تفاوت های چدن و فولاد محسوب می شود.

راه‌های تشخیص چدن از فولاد

 یکی از مهمترین راه های تشخیص فولاد از چدن استفاده از آزمایش جرقه است که در این آزمایش اگر طول جرقه کم و رنگ آن قرمز باشد، بدون شک فلز مربوطه چدن است و در صورتی که طول جرقه بلند و رنگ آن متمایل به سفید باشد، فلز مربوطه فولاد است. از سایر روش های تشخیص این دو می توان به آزمایش براده و نگاه کردن به سطح دو فلز اشاره کرد که نیازمند تخصص بسیاری است.