چدن؛ نحوه تولید، انواع و کاربردهای آن

چدن‌ها جزو یکی از محصولات پرکاربرد دسته آهن آلات در فلزات صنعتی محسوب می‌شوند. این محصولات حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد در کشور چین به وجود آمدند و به‌سرعت جای خود را در صنایع مختلفی مانند مجسمه‌سازی و حتی ساختمان‌سازی باز کردند. ورود حالت مذاب چدن به ۱۵ قرن پس از میلاد باز می‌گردد. با ورود این نوع از آهن آلات و قابلیت‌های آن پس از انقلاب صنعتی در اروپا نیز استفاده از چدن در ساختمان‌سازی آغاز شد، به طوری که برای ساخت کارخانه‌های صنعتی بیشتر از چدن استفاده می‌شد. زیرا مردم آن زمان بر این باور بودند که قابلیت ضدحریق بودن چدن می‌تواند برای این گونه سازه‌ها مفید باشد.

در ادامه این مطالب به معرفی کامل چدن و انواع آن در آهن آلات و خصوصیات فنی و ویژگی‌های برجسته این محصول آهنی می‌پردازیم.

بیش‌تر بخوانید: انواع ساختارهای زمینه چدن

معرفی چدن

همان‌طور که گفته شد چدن نوعی از آهن آلات است. آهن خود به عنوان یک عنصر خالص در صنعت مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، همه محصولات آهنی دارای ناخالصی‌هایی هستند. در مورد چدن این ناخالصی در واقع همان کربن است و به آلیاژی از کربن و آهن خالص چدن می‌گویند. در آلیاژ چدن میزان کربن استفاده شده بین ۲٫۱ تا ۶٫۲ درصد است. برای اینکه میزان زیاد کربن استفاده شده در این نوع آهن آلات را درک کنید، در فولاد که اساسی‌ترین عناصر ساختمانی را از آن می‌سازند تنها بین ۰ تا ۲ درصد کربن استفاده می‌شود.

در ساختار چدن علاوه بر کربن مقداری منگنز نیز وجود دارد. اما ناخالصی‌های موجود در آهن خام که موجب ایجاد خصوصیات منفی در آن می‌شود، در چدن تا حد زیادی از بین رفته است و به همین دلیل نیز با وجود ویژگی‌هایی مانند استحکام زیاد، قابلیت ریخته‌گری و نقطه ذوب پایین در صنعت و مهندسی کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد. برای اطلاع بیشتر از انواع ساختار های زمینه چدن می‌توانید مقالات قبلی سایت که در این مورد شرح داده است را مطالعه نمایید.

نحوه تولید چدن

نحوه تولید آهن آلات چدنی به این صورت است که درصد مناسبی از شمش آهن خام با موادی مانند قطعات ریخته‌گری، براده‌ها و یا عناصر آلی مانند کربن و یا آهک ترکیب می‌شود و در کوره کاپولا و یا کوره‌های الکتریکی تحت فرایند ذوب مجدد قرار می‌گیرند تا زمانی که دوباره به مواد مذاب تبدیل شوند. این مواد مذاب و آهن گداخته در قالب‌های متفاوت ریخته می‌شود تا محصولات چدنی را در ابعاد موردنیاز تولید کند.

بر اساس نوع کاربرد چدن عناصری که در کوره برای مخلوط شدن با آهن ریخته می‌شود، متفاوت است. عناصر آلی رایجی که برای تولید اکثر آهن آلات چدنی استفاده می‌شود کربن و سیلیکون است. اما عناصر دیگری مانند آلیاژی از کروم، مولیبدن، مس، تیتانیوم، وانادیوم و غیره نیز در تولید چدن استفاده می‌شود.

انواع رایج چدن و کاربردهای آن در صنعت

چدن نیز مانند سایر فلزات انواع و کاربرهای فرآوانی دارد. از جمله می‌توان به چدن سفید، چدن داکتیل و چدن خاکستری اشاره نمود. که در این قسمت هر یک از آن‌ها را معرفی نموده و برخی از کاربردهای آن‌ها را مطرح خواهیم نمود.

چدن سفید

نحوه تشکیل این نوع از آهن آلات به این گونه است که میزان مشخصی از کربن و با قرار گرفتن در یک درجه خنک کنندگی بالا با اتم‌های آهن ترکیب می‌شود تا کربید آهن را بسازد. این بدین معنی است که هیچ ملکول گرافیتی در حالت جامد این محصول وجود ندارد و به دلیل عدم وجود گرافیت آزاد، وقتی چدن سفید شکسته می‌شود مقطع آن به رنگ سفید در می‌آید.

این خاصیت ویژگی‌های منحصر به فردی مانند مقاومت بالا در برابر فشار و سایش را در این نوع آهن آلات به وجود آورده است. چدن سفید اکثرا در سطح محصولات چدنی مانند قابلمه‌هایی چدنی قرار می‌گیرد. یکی از انواع محبوب چدن سفید، آلیاژ نیکلی آن است که به دلیل وجود کروم و نیکل در آن مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش ایجاد کرده است.

کاربردهای چدن سفید

 از آن جهت که چدن سفید با فرایند خنک کنندگی سریع تولید می‌شود و مقاومت زیادی در برابر سایش دارد. از آن برای تولید رول میل‌ها، بلوک‌های ترمز راه آهن، نازل‌های انفجاری، محوطه پمپ مایع و سنگ شکن استفاده می‌شود. نوع آلیاژ آهن نیکل به طور خاص برای تولید مته و مهره، چاله زغال سنگ، پالت‌های میل لنگ و محصولاتی مانند این‌ها در صنعت استفاده می‌شود.

نمایی از چدن سفید

چدن داکتیل

چدن داکتیل یا گره‌دار با فرایند افزودن منیزیم به آلیاژ ها تولید می‌شود و خواص منحصر به فرد آن نیز به دلیل وجود منیزیم در ترکیب آن است. حضور منیزیم در ترکیب این نوع از آهن آلات باعث شده است که گرافیت‌ها در چدن داکتیل بر خلاف چدن خاکستری به صورت کروی شکل بگیرند. در طول فرایند تولید این محصول کمی نا خالصی مانند اکسیژن و گوگرد نیز استفاده می‌شود که این دو عنصر با منیزیم واکنش نشان داده و بر شکل گرافیت‌ها تاثیر می‌گذارد. همین امر نیز سبب شده است تا چدن داکتیل دارای انعطاف‌پذیری بالایی باشد.

کاربردهای چدن داکتیل

 خود چدن داکتیل براساس کاربردها و ویژگی‌هایی که دارند به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. این نوع از آهن آلات برای ماشین‌کاری بسیار مناسب و دارای تحمل بالا در برابر سایش و قدرت عملکرد خوبی هستند. علاوه بر این‌ها برجسته‌ترین ویژگی چدن داکتیل تورق پذیری و انعطاف بالا نسبت به انواع دیگر آهن آلات است. از این محصول برای تولید چرخ دنده‌های فرمان، میل لنگ، چرخ دنده‌های سنگین، قطعات مربوط به کامیون‌ها و ماشین‌های سنگین، قطعات هیدرولیک و لولای در خودروها استفاده می‌شود.

نمایی از چدن داکتیل

چدن مالیبل

درباره چدن مالیبل در مقالات قبل نیز توضیح داده‌ایم. این نوع از آهن آلات می‌تواند از چدن سفید توسط یک فرایند حرارتی با برنامه توسعه گرما و سپس سیستم خنک کنندگی تولید شود. در واقع این فرایند باعث آزاد شدن و تجزیه مولکول‌های کربید آهن شده و آرایش گرافیت‌های آن را نامنظم می‌کند.

کاربردهای چدن مالیبل

 فرایند تولید این نوع از آهن آلات قابلیت‌های ویژه‌ای را به چدن مالیبل داده است. این نوع چدن توانایی زیادی در حفظ و نگهداری روان‌کننده‌ها دارد. از این نوع چدن برای تولید زنجیر، چرخ دنده‌ها، میله‌های اتصال، ماشین آلات کشاورزی و ساختمانی و ریل قطار استفاده می‌شود.

نمایی از چدن مالیبل

چدن خاکستری

در چدن خاکستری مولکول‌های گرافیتی به صورت ورقه ورقه قرار دارند و هنگامی که سطح این نوع چدن شکسته می‌شود سطح مقطع آن به رنگ خاکستری در می‌آید. خاصیت ورقه‌ای گرافیت‌ها در چدن خاکستری باعث پایین آمدن مقاومت کششی آن شده است. اما در عوض هدایت کننده بسیار خوبی برای گرما است و قدرت مهار ارتعاش بالایی نیز دارد.

کاربردهای چدن خاکستری

مقاومت بسیار بالای چدن خاکستری در برابر سایش آن را به بیشترین محصول تولیدی در بین انواع آهن آلات تبدیل کرده است. بعنوان مثال، از این محصول برای تولید بلوک موتور، سر سیلندر، ابزارهای چند منظوره، مشعل گاز استفاده می‌شود.

نمایی از چدن خاکستری

ابن مطلب در رابطه با انواع چدن و خصوصیات فنی و ویژگی‌های برجسته این محصول آهنی می‌باشد. اگر در این زمینه اطلاعاتی دارید یا در این زمینه فعالیت می‌کنید می‌توانید از طریق کامنت با ما و دیگر دوستان به اشتراک بگذارید.

نویسنده : رامین صالحی