چدن و انواع آن

به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین 1و 2 الی  2 و 6 درصد کربن را داشته باشند، چدن می گویند. بیشترین وزن چدن را آهن تشکیل می دهد. عناصر آلیاژی اصلی آن، کربن و سیلسیم است. حدود 1 و 2 تا 4 درصد کربن و 1 تا 3 درصد سیلسیم دارد.

 

چدن و انواع آن

 

به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین 1و 2 الی  2 و 6 درصد کربن را داشته باشند، چدن می گویند. بیشترین وزن چدن را آهن تشکیل می دهد. عناصر آلیاژی اصلی آن، کربن و سیلسیم است. حدود 1 و 2 تا 4 درصد کربن و 1 تا 3 درصد سیلسیم دارد.
چدن به عنوان آلیاژی سه گانه شناخته می شود (آهن، کربن، سیلسیم). فولاد و چدن از آهنربا، همراه با کربن به عنوان عنصر آلیاژی اصلی تشکیل می شود. فولاد کمتر از دو درصد و غالبا کمتر از یک درصد کربن و چدن ها بیشتر از دو درصد کربن دارد. چدن علاوه بر کربن باید حاوی مقدار قابل توجهی سیلیسیم (یک تا سه درصد) باشد پس چدن را به عنوان آلیاژ - آهن - کربن - سیلسیم می شناسند.
میزان زیاد کربن و سیلیسیم در چدن از آن آلیاژهای عالی برای ریختگی می سازد. دمای ذوب این آلیاژ ها از دمای ذوب فولاد کمتر است. چدن مذاب از فولاد سیال تر است و با مواد قالب کمتر دارد واکنش می شود.

 

 

تولید چدن خام:

 

چدن از ذوب مجدد سنگ آهن با آهن فولاد قراضه به دست می آید و طی مراحلی عناصر اضافی مانند گوگرد و فسفر حذف می شود. با توجه به نوع کاربر، به میزان کربن و سیلسیم کاهش داده می شود و عناصر دیگر در زمان ریخته گری به ترکیب مذاب اضافه می شوند. چدن غالبا در کوره القای الکتریکی تولید می شوند به جز موارد خاصی که درکوره بلند (کوره کوپل) ذوب می شود. پس از مرحله ذوب به کوره نگهدارنده یا در قالب هایی از ماسه یا فلز ریخته می شود که با توجه به نوع مصرف به اشکال گونان در می آیند.

 

انواع چدن بر اساس ریز ساختار و کربن موجود در آن:

 

1-چدن سفید:

این نوع چدن از میزان کمتر کربن و سرعت سرد کرد ن بیشتر به دست می آید و قسمت عمده کربن به صورت فاز نیمه پایدار رسوب میکند تا کربن آزاد آن ها به آلیاژ هایی عاری از گرافیت و گرافیت دار تقسیم شوند که به صورت تمام به خوردگی دمای بالا،سایش و فرسایش هستند. مقطع شکسته شدن این نوع چدن سفید نقره ای رنگ است.

 

2-چدن چکش خوار:

این نوع چدن با انواع دیگر این فلز با توجه به نوع ریخته گری آن فرق می کند. ساختار آن مرکب از کاربرد های شبه پایدار در یک زمینه ی پرلیتی است. 
 
با باز پخت در دمای بالا که منجر به تولید ساختار نهایی از توده متراکم گرافیت در زمینه مزیتی یا یا پرلیتی می شود.به منظور ایجاد گرافیت های کروی و خواص مکانیکی مانند استحکام و چکش خواری، عملیات آنیل کربن صورت می گیرد.

 

3-چدن خاکستری:

این نوع چدن کاربرد زیادی دارد علت نامگذاری این چدن به این نام به دلیل خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت آن است. این نوع چدن ریز ساختار گرافیتی ویژه ای دارد که موجب مقطع شکست آن خاکستری رنگ باشد.

 

انواع چدن های خاکستری از نظر شکل گرافیت:

 

چدن های خاکستری با گرافیت کلوخه ای یا شکوفه ای یا چدن های مالیبل چکش خوار 
چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای یا فلسی یا پولکی
چدن خاکستری با گرافیت کروی یا چدن داکتیل یا (SG) یا چدن نشکن
چدن چشم گاوی (این نوع چدن ما بین خاکستری و سفید است که به علت گرافیت های نسبتا بزرگ در بین فاز روشن رنگ مزیت به این نام معروف است)
در سیستم آهن کربن ناپایدار نمی توان گفت تمام کربن به صورت گرافیت آزاد رسوب می کند چون شرایط تبدیل و انجماد در نوع چدن تاثیر دارد.

 

4- چدن داکتیل کروی و نشکن:

چدن داکتیل یا نشکن دارای زمینه مزیتی پرلیتی یا هر دو با کروی است. چدن نشکن در زمان انجماد، کربن آن به صورت گرافیت کروی یا گلوله ای شکل می گیرد.خواهی چدن داکتیل: نقطه ذوب پایین، مقاومت سایشی خوب، شکل پذیری مطلوب، ریخته گری مناسب و ماشین کاری عالی است.

 

5 - چدن با گرافیت فشرده کرمی شکل:

گرافیت این نوع چدن از نوع پولک های کلفت است که در درون هر سلول به یکدیگر وصل هستند. این چدن ساختار و خواصی مابین چدن خاکستری و چدن داکتیل دارد.
چدن با گرافیت فشرده بیشترین قابلیت ریخته گری چدن خاکستری را حفظ می کند. استحکام کششی بیشتری دارد و تا حدودی نیز داکتیل است. ساختار زمینه ای این نوع چدن با افزودن عناصر آلیاژی یا عملیات حرارتی قابل تنظیم است.

 

 

چدن آلیاژی:

 

در صورتی که نیاز به مقاومت فوق العاده در برابر گرما، خوردگی و سایش باشد از چدن های آلیاژی استفاده می شود. همچنین زمانی که خواص فیزیکی غیر متعارف، مانند انبساط گرمایی کم با خواصی غیر مغناطیسی مد نظر باشد از این چدن استفاده می شود.قطعات ریختگی چدن آلیاژی به وسیله ریخته گری هایی تولید می شوند که در این زمینه مهارت و تخصصی لازم را دارند.

 

انواع چدن از نظر فاز زمینه:

زمینه مزیتی 
زمینه پرلیتی
زمینه مزیتی - پرلیتی
زمینه مارتنزیتی 
زمینه آستینیتی 
زمینه بینیتی

 

موارد کاربرد:

ساخت در پوش چاه های خیابان ها، پل ها، لوله ها، ماشین آلات و ...
شکل جدید آن به عنوان خرپای سقف، خطوط گازی، شاغول کردن و پنجره های دکوراتیو استفاده می شود.

 

مزایا و معایب:

در معماری چدن مزایا و معایبی دارد. در فشرده  سازی قوی ولی در کشش و خمش ضعیف است.

 

خواص چدن که ان را از فولاد متمایز می کند:

1- نقطه ذوب پایین
2- قابلیت سیال شدن زیاد
3- مقاومت کم در برابر ضربه
4- انعطاف پذیری کم
5- قابلیت جذب ارتعاش خوب
6- مقاومت خوب سایش
7- عدم حساسیت در برابر شیار های سطحی
8- کم بودن میزان انقباضی در زمان انجماد و سرد شدن.