چدن چیست؟ با انواع و کاربردهای آن آشنا شوید
دسته بندی:
دانستنی‌های فلزاتسبحان بیباک
تاریخ انتشار: 2 سال پیش
10 دقیقه مطالعه
چدن یکی آز آلیاژهای آهنی به شمار می‌آید که از آهن، کربن و سیلیسیم تشکیل شده است. برای این که درباره جزئیات و کاربردهای چدن بیشتر بدانید، تا انتهای مقاله با فولادینو همراه باشید.
چدن چیست؟
بگذارید اول از همه جواب این سؤال را بدهیم که «چدن چیست؟». چدن یک آلیاژ است که از آهن و کربن تشکیل شده و در آن بیشتر از ۲ درصد کربن وجود دارد. این آلیاژ قیمت مناسب و مقرون به صرفه‌ای دارد و دوام آن بالا است، به همین دلیل هنوز که هنوز است ماده مورد علاقه برای تولید ظرف‌های آشپزخانه است.
قیمت چدن از آلومینیوم کمتر است بنابراین استفاده از چدن بیشتر است. در اواخر قرن ۲۰ میلادی، ظروف چدن کنار رفت و بیشتر مردم از ظروف نچسب استفاده می کردند. ولی بعد از آنکه گزارش‌های منفی درباره آن شنیده شد به این نتیجه رسیدند که پوشش‌هایی که در ظروف نچسب وجود دارد تأثیر بد و شیمیایی بر روی بدن ما و همچنین محیط زیست دارد و دوباره به سمت استفاده از ظرف‌های چدنی برگشتند و از چدن به عنوان یک آلیاژ مناسب و با مزایای خوب استفاده کردند.
رنگ چدن با توجه به ماده‌ی سیلیکونی که در آن استفاده می‌شود به ۲ گروه سفید و یا خاکستری تقسیم می‌شود و برای این که چدن انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشد، آن را تحت دمای بیشتری قرار می‌دهند.
تولید و پردازش چدن چگونه است؟
نحوه‌ی ساخت چدن به این صورت است که در ابتدا سنگ آهن را در کوره به آهن خام تبدیل می‌کنند (از طریق جدا کردن ناخالصی‌های سنگ آهن و به دست آوردن آهن خام به شکل مذاب)، سپس آهن خام به همراه مقداری قراضه دوباره ذوب می‌شود. این ذوب مجدد باعص خارج شدن ناخالصی‌هایی مثل گوگرد و کمی از کربن به صورت سرباره می‌شود. باقی عناصر مورد نیاز برای تولید چدن نیز در هنگام ریخته‌گری و پیش از شکل گیری پایانی به مذاب اضافه می‌شود. در آخر و پس از اتمام عملیات ذوب، مذاب به قالب یا کوره نگهدارنده منتقل می‌شود.
بیشتر بخوانید: فولاد چیست و انواع فولاد آلیاژی آن کدامند؟
چدن چه خواص مکانیکی‌ای دارد؟
برای این که متوجه شوید هر ماده چگونه تحت شرایط مختلف می‌تواند عمل کند و برای چه کاربردی مناسب است، باید خواص کاربردی آن ماده را بدانید. مشخصات و ویژگی‌هایی آلیاژ در سازمان بررسی مواد آمریکا مشخص می‌شود. مشخصاتی که چدن خاکستری دارد با ASTM A48 مشخص می‌شود.
ضمناً در جوش قطعات چدنی، خود جوش هم باید خواص مکانیکی ماده‌ای را داشته باشد که در غیر این صورت ممکن است شکستگی یا خرابی اتفاق بیفتد.
کاربرد چدن چیست؟
همانطور که اشاره کردیم استفاده از چدن امروزه بسیار رایج شده است و در بسیاری از موارد از این آلیاژ استفاده می‌شود. برخی از این کاربردها عبارتند از:
- ماشین‌آلات، دیسک‌های ترمز، چرخ‌دنده و صفحه‌دنده
- زنجیر چرخ و زنجیر
- ظرف‌های آشپزی
- قطعات تزئینی معماری
- میله و شفت در انواع مختلف
- تجهیزات معدن
- ساخت پل
- درپوش چاه خیابان
- لوله‌ها و خطوط گازی
- خرپای سقف
- پنجره‌های دکوراتیو
ویژگی‌های عمومی چدن چیست؟
در این بخش با ویژگی‌های این آلیاژ آشنا می‌شویم:
- سختی و مقاومت در مقابل فرورفتگی و سایش
- مقاومت بالا
- قابلیت شکل‌پذیری بدون شکنندگی
- قابلیت انعطاف پذیری تحت فشار زیاد
- مقاومت کششی بالا
این مواد به این دلیل که توانایی بالایی در ذوب شدن دارند خیلی راحت می‌توانند به شکل‌های پیچیده تبدیل شوند و همچنین هزینه بسیار کمی دارند که مورد توجه مصرف کنندگان قرار گرفته است. همچنین اگر ترکیب آن را تنظیم کنند و میزان خنک کردن آن را درست رعایت کنند بدون این که در روش تولید آن تغییر به وجود بیاورند، می‌توان ویژگی‌های آن را تغییر داد.
یکی دیگر از مزایای مهم چدن این است که به نسبت فولاد ریخته‌گری شده، مقاومت فشاری بیشتر، سهولت ماشین‌کاری، کم بودن لرزش و مقاومت در برابر خوردگی دارد. اگر بخواهند مقاومت چدن را در برابر خوردگی زیادتر کنند باید عناصر جزئی مثل سیلیکون، نیکل، مولیبدن، مس و کروم به آن اضافه کنند.
انواع چدن کدامند و کاربرد آن‌ها چیست؟
این آلیاژ بی نظیر را با توجه به ماده‌ای که در تولید آن به کار رفته می‌توان به چدن خاکستری، سفید، قابل‌انعطاف و شکل‌پذیر تقسیم کرد.
۱- چدن خاکستری
یکی از پرکاربردترین و پرمصرف‌ترین نوع این آلیاژ چدن خاکستری است. به دلیل وجود کربن در آن پوسته‌های گرافیت ایجاد می‌شود که نمی‌گذارد که در صورت ترک خوردن از شکستگی آسان آن جلوگیری می‌کند و در صورت شکستن، گرافیت‌های جدیدی تشکیل می‌شود. رنگی که چدن‌های شکسته دارند رنگی مایل به خاکستری است. این پوسته‌های گرافیتی باعث می‌شود که چدن در مقابل ضربه مقاومت کمی داشته باشد و قابلیت کشسانی و ارتجاعی خود را از دست می‌دهد.
ولی با همه این شرایط ماده گرافیتی قابلیت این را دارد که تراش بخورد و خواص روان‌کاری عالی به این آلیاژ می‌دهد؛ که آن را برای استفاده در کاربردهای صنعتی قابل مصرف می‌کند. گرافیت چدن دارای زیرساخت‌هایی شامل ماتریسی است که تشکیل شده از فریت، پرلایت و یا ترکیبی از این دو است.
چدن خاکستری مذاب شامل سیالیت بیشتری است و در انجماد به خوبی منبسط می‌شود که این موضوع آن را برای استفاده در صنایعی مثل کشاورزی، اتومبیل، کارخانه‌های نساجی و غیره مفید کرده است.
آلیاژی که در تولید این ماده استفاده می‌شود سختی زیادی دارد، قابلیت ماشین‌کاری دارد، لرزش کم و ظرفیت گرما و حرارت بالایی را دارد. این آلیاژ به نسبت مقاومت کششی که دارد به انواعی دسته‌بندی می‌شود. مثلاً چدن خاکستری کلاس ۲۰، مقاومت کششی حدود ۲۰۰ مگاپاسکال دارد.
۲- چدن سفید
وقتی که چدن سفید شکسته شود به دلیل ناخالصی‌هایی به نام کاربید که در آن وجود دارد، ترک‌های سفید رنگی در آن تشکیل می‌شود. چدن سفید رنگ با این که چدن سختی محسوب می‌شود شکننده است و شامل سیلیکون پایین و همچنین نقطه ذوب پایینی است. کربنی که در آلیاژ این چدن وجود دارد رسوب می‌کند و ذرات بزرگی را ایجاد می‌کند که باعث مقاومت و سختی چدن می‌شود. مقاومت این چدن در برابر سایش زیاد و همچنین مقرون به صرفه است. طبقه بندی این آلیاژ ASTM A532 است.
۳- چدن چکش‌خوار یا انعطاف‌پذیر
چدن‌های قابل انعطاف با حرارت دادن چدن سفید به وجود می‌آیند. این عملیات باعث می‌شود کربن به شکل کاربید آهن در این آلیاژ و در نهایت گرافیت تبدیل شود و ماتریسی باقی‌مانده از فریت یا مروارید تشکیل شود.
گرافیتی که در این آلیاژ شکل می‌گیرد به شکل کروی یا گره‌ای است. قابلیت انعطاف‌پذیری این آلیاژ بالا است و با توجه به سیلیکون کمی که در تولید آن به کار رفته در دماهای پایین‌تر مقاومت خوبی دارد. از آنجایی که این آلیاژ مقاومت کششی بالایی دارد و خوب شکل می‌گیرد برای اتصالات و تجهیزات الکتریکی، تجهیزات کشاورزی، اتصالات لوله، واشر، براکت و قطعات ماشین استفاده می‌شود. طبقه‌بندی‌ای که برای این آلیاژ در نظر گرفته شده ASTM A47 است.
۴- چدن داکتیل
این چدن که می‌توان چدن شکل‌پذیر هم به آن گفت نوعی دیگر از فلز چدن محسوب می‌شود که به عنوان ماده مهندسی در بسیاری از کارها از آن استفاده می‌شود. برای ساخت این آلیاژ مقدار کمی منیزیم به چدنی که مذاب شده اضافه می‌کنند که ساختار گرافیتی آن را تغییر می‌دهد. منیزیم با گوگرد و اکسیژنی که در این آلیاژ وجود دارد واکنش نشان می‌دهد و گرافیتی به شکل گره ایجاد می‌کند که باعث گره خوردن چدن به آن می‌شود. چدن داکتیل هم مثل چدن قابل انعطاف، انعطاف‌پذیری خوبی دارد. چدن داکتیل شامل کربن، سیلیسیوم و منگنز است و همچنین عناصر دیگری در مقدار کمتر مثل منیزیم، فسفر، مس و گوگرد در آن وجود دارد.
تفاوت فولاد و چدن چیست؟
فولاد و چدن از آنجایی که خواص مکانیکی زیادی دارند در طیف وسیعی از کارها از آن‌ها استفاده می‌شود. هر دو ماده آلیاژی هستند و از آهن تشکیل شده‌اند پس ساختار اولیه آن‌ها یکی است.
درباره تفاوت چدن با آهن می‌توان اینگونه گفت که بیش از دو درصد وزنی چدن را کربن تشکیل می‌دهد و به وسیله فولاد قابل تفکیک است. این کربن معمولا به شکل گرافیت‌های رشته‌ای و یا منقطع مشاهده می‌شوند و براساس نحوه تولید چدن، خاصیت و شکل آن‌ها متفاوت خواهد بود. به طور کلی عمده‌ترین تفاوت میان چدن و آهن در ساختار و ترکیبات شیمیایی این دو آلیاژ وجود دارد.
بیشتر بخوانید: تفاوت آهن، فولاد و چدن
قیمت چدن
از آنجایی که هزینه مواد به کار رفته در ساخت چدن نسبتاً کم و انرژی و نیروی کار برای تولید آن قابل قبول است، قیمتی که در نهایت برآورد می‌شود کمتر از فولاد است که می‌توان با پرداخت هزینه کمتر وسایل چدنی را خریداری کرد که کیفیت بالایی دارند.
جمع‌بندی
چدن یک آلیاژ محبوب در بین مردم شناخته شده است که از آن می‌توان در ظروف آشپزخانه و همچنین وسایل پر کاربرد دیگر استفاده کرد. قیمت مقرون به صرفه‌ای دارد و کیفیت آن با توجه به مواد تشکیل‌دهنده آن کم یا زیاد می‌شود. شما می‌توانید برای خرید و سفارش انواع محصولات فولادی به وبسایت فولادینو مراجعه کرده و از قسمت‌های مختلف آن بازدید نمایید.