چدن چیست و چه کاربردهایی دارد؟

فلزات به علت خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، نقش بسیار مهمی در صنعت و زندگی روزمره بشر ایفا می‌کنند. فلزات عناصری هستند که به طور طبیعی در طبیعت یافت شده و دارای خواص ویژه‌ای مانند چکش خواری، شکل پذیری و هدایت الکتریکی هستند. فلزات از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که با پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل شده‌اند. این پیوندها بسیار قوی هستند و به فلزات استحکام و سختی می‌بخشند. این مجموعه از عناصر شامل فلزات سبکی نظیر آلومینیوم، آهن، مس و نیکل و همچنین فلزات سنگینی نظیر روی، سرب و طلا می‌شوند.

چدن نیز یکی از انواع فلزات است که با ترکیبی از آهن و کربن و عناصر دیگر تشکیل می‌شود. این ماده فلزی به دلیل خواص منحصر به فرد خود از جمله مقاومت بیشتر در برابر زنگ زدگی و خوردگی و همچنین مقاومت مکانیکی بالا، به صورت گسترده‌ای در صنعت استفاده می‌شود. چدن در تولید قطعات خودرو، ابزارآلات صنعتی، تجهیزات ماشین‌های کشاورزی، ساختمان‌سازی و صنایع فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با آمدن نام چدن، ناخودآگاه به یاد برخی ظروف آشپزی در آشپزخانه می‌افتیم. بیشتر تابه‌های آشپزی از چنین آلیاژی ساخته‌شده‌اند. اما آیا کاربرد چدن تنها به این مورد محدود می‌شود؟ یکی از پرکاربردترین آلیاژهای آهن در صنایع گوناگون، چدن نام دارد. چدن، در واقع عضوی از خانواده آلیاژهای آهنی است که با ترکیب عناصر مختلف با عنصر آهن تولید می شود. در این مقاله در فلوئید ولو قصد داریم شما را با انواع و مزایای چدن آشنا کنیم.

چدن چیست؟

فلز چدن (Cast Iron) یکی از محصولات فلزی مهم و پرکاربرد در صنایع مختلف است که از آهن و کربن تشکیل می‌شود. این فلز از آهن، کربن و عناصر دیگری مانند سیلیسیم، منگنز و گاهی نیکل و کروم تشکیل شده است. ترکیب مختلف این عناصر در فلز چدن باعث تولید انواع مختلف چدن‌ها با ویژگی‌های متفاوت می‌شود. چدن‌ انواع مختلفی دارد و در شکل‌ ها و انواع متفاوت تولید و عرضه می‌ شود. هر یک از انواع چدن‌ مانند چدن سفید، خاکستری، نشکن، چکش‌ خوار و گرافیت فشرده، دارای خصوصیات و ویژگی‌ های منحصر به فردی می باشد.

آلیاژها به دو دسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌شوند. فولاد و چدن، خانواده آلیاژهای آهنی را تشکیل می‌دهند که در آن‌ها، عنصر سازنده اصلی، آهن است. در حقیقت آنچه سبب تمایز این دو می‌شود، در درجه اول به ترکیب شیمیایی آن‌ها مربوط می‌شود. چدن در صنعت ساختمان سازی، کاربرد کمی دارد ولی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

چدن آلیاژی از آهن و کربن با مقدار کربن بین ۲ تا ۴ درصد و سیلیسیم بین ۱ تا ۳ درصد است. چدن‌ها سخت و شکننده هستند و ریخته‌گری آن‌ها آسان است. چدن درواقع همان آهن خام تولیدشده در کوره بلند به هنگام ذوب کردن سنگ‌آهن است. از این آهن خام یا چدن، برای تولید فولاد استفاده می‌شود. ضمن اینکه، هزینه تمام‌شده تولید چدن کمتر از فولاد است.

چدن درواقع همان آهن خام تولیدشده در کوره بلند به هنگام ذوب کردن سنگ‌آهن است. از این آهن خام یا چدن، برای تولید فولاد استفاده می‌شود. در فرآیند تولید فولاد، کربن موجود در چدن با اکسیژن واکنش داده و به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌شود. این امر باعث می‌شود که درصد کربن در فولاد کاهش یافته و خواص آن بهبود یابد.

هزینه تمام‌شده تولید چدن کمتر از فولاد است. این امر به دلیل استفاده از مقدار کمتری کربن در تولید چدن است. همچنین، فرآیند تولید چدن ساده‌تر از فرآیند تولید فولاد است. به همین دلیل، چدن در کاربردهایی که نیاز به استحکام و دوام بالایی دارند، اما محدودیت بودجه وجود دارد، مناسب است.

مهمترین ویژگی‌های عبارتند از:

• حاوی مقادیر قابل توجهی کربن است، معمولا ۲ تا ۴ درصد.
• عناصری مانند سیلیسیم، منگنز و فسفر نیز در ترکیب آن وجود دارد.
• از ریخته‌گری آهن مذاب و کربن در قالب تولید می‌شود.
• انواع مختلفی مانند چدن خاکستری، چدن سفید، چدن نشکن و چدن آلیاژی دارد.
• سختی و مقاومت بالا ولی شکنندگی و چکش خواری پایینی دارد.
• به دلیل قابلیت ریخته‌گری بالا، برای تولید انواع قطعات به کار می‌رود.
• در صنایع خودروسازی، ماشین‌سازی، لوله‌کشی و تجهیزات سنگین استفاده فراوان دارد.
• از جمله فلزات اصلی در تولید آلیاژهای فولادی نیز محسوب می‌شود.

مشخصات چدن

نقطه ذوب چدن

انواع چدن

انواع چدن‌‌ها، ترکیبات شیمیایی متفاوتی دارند و هر کدام نسبت به ترکیباتشان، دارای کاربردها و قابلیت‌‌های متفاوتی هستند. در ادامه با چند نمونه از انواع چدن آشنا خواهیم شد.

چدن خاکستری

چدن خاکستری (Grey cast iron) یکی از انواع چدن است که دارای ساختاری شبیه به خرده‌های زغال است. این نوع چدن دارای مقدار کربن بین ۲.۵ تا ۴ درصد و سیلیسیم بین ۱ تا ۳ درصد است. یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین آلیاژهای چدن، چدن خاکستری است. این چدن مانند دیگر انواع چدن، انعطاف پذیر نیست و استحکام کششی آن نیز کمتر است، اما رسانای حرارتی خوبی دارد.

چدن‌ های خاکستری از دو آلیاژ معروف با نام‌ های GG-20 و GG-25 تشکیل شده اند که در صنایع متفاوتی مثل خودروسازی برای ساخت بدنه موتورهای الکتریکی، ساخت لوله و شیرآلات، پمپ‌سازی و ساخت قطعات، تجهیزات و ماشین‌ آلات صنعتی مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

این نوع چدن به دلیل برخورداری از سطح مقطع شکست به رنگ خاکستری، به این نام معروف است. رنگ خاکستری ناشی از وجود گرافیت‌های تیغه‌ای (flake) در ساختار این چدن است. هنگامی‌که چدن خاکستری شکسته می‌شود، در امتداد ورقه‌های گرافیتی شکسته می‌شود و ظاهری خاکستری در محل شکستگی دارد. سختی چدن خاکستری حدود ۱۳۰ تا ۳۰۰ ویکرز و استحکام کششی آن نیز در محدوده ۱۵۵ تا ۴۰۰ مگاپاسکال است.

چدن خاکستری دارای خواص زیر است:

• سخت و شکننده است.
• مقاومت بالایی در برابر سایش دارد.
• مقاومت نسبتاً خوبی در برابر خوردگی دارد.
• قیمت مناسبی دارد.

چدن خاکستری در صنایع مختلف کاربرد دارد، از جمله:

صنایع خودروسازی: چدن خاکستری در ساخت قطعات خودرو، مانند بلبرینگ ها، سیلندرها و بدنه خودرو، استفاده می شود.
صنایع ساخت و ساز: چدن خاکستری در ساخت سازه های فلزی، مانند پل ها، ساختمان ها و خطوط لوله، استفاده می شود.
صنایع ماشین سازی: چدن خاکستری در ساخت ماشین آلات صنعتی، مانند پمپ ها، کمپرسورها و توربین ها، استفاده می شود.
صنایع نفت و گاز: چدن خاکستری در ساخت تجهیزات نفت و گاز، مانند سکوهای نفتی و لوله های نفت و گاز، استفاده می شود.
صنایع شیمیایی: چدن خاکستری در ساخت تجهیزات شیمیایی، مانند مخازن و اتصالات شیمیایی، استفاده می شود.

چدن خاکستری دارای مزایای متعددی است که آن را به یک ماده پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل کرده است. از جمله مهمترین مزایای چدن خاکستری می توان به موارد زیر اشاره کرد:

مقاومت بالای در برابر سایش: چدن خاکستری دارای مقاومت بالایی در برابر سایش است. این امر باعث می شود که چدن خاکستری برای ساخت قطعاتی که در معرض سایش قرار دارند، مانند بلبرینگ ها، سیلندرها و بدنه خودرو، مناسب باشد.
مقاومت نسبتاً خوبی در برابر خوردگی: چدن خاکستری دارای مقاومت نسبتاً خوبی در برابر خوردگی است. این امر باعث می شود که چدن خاکستری برای ساخت قطعاتی که در معرض خوردگی قرار دارند، مانند لوله ها، مخازن و اتصالات، مناسب باشد.
قیمت مناسبی دارد: چدن خاکستری نسبت به سایر مواد فلزی، مانند فولاد، دارای قیمت مناسبی است. این امر باعث می شود که چدن خاکستری برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و دوام بالایی دارند، اما محدودیت بودجه وجود دارد، مناسب باشد.

چدن سفید

چدن سفید (White cast iron) یکی از انواع چدن است که دارای ساختاری شبیه به فولاد است. این نوع چدن دارای مقدار کربن بین ۲.۲ تا ۳.۸ درصد و سیلیسیم بین ۰.۵ تا ۲.۵ درصد است. از مزایای این نوع چدن، می توان به مقاومت بالای آن در برابر فرسایش و صرفه اقتصادی آن اشاره کرد. همچنین اگر آهن سفید بریده شود، به دلیل عدم وجود گرافیت، سفید به نظر می رسد.

چدن سفید نوعی چدن با سطح مقطع شکست به رنگ سفید یا نقره‌ای است که نشان از عدم وجود گرافیت در آن دارد. این سطح مقطع سفید به دلیل وجود فاز سمنتیت یا Fe3C است که استحکام، سختی و تردی بالا را برای چدن به ارمغان می‌آورد. ساختار چدن سفید متشکل از سمنتیت و آستنیت است و سختی آن به ۴۰۰ تا ۶۰۰ ویکرز می‌رسد. چدن سفید عمدتاً به دلیل ویژگی مقاوم در برابر سایش در محفظه‌های پمپ، آسترها و میله‌های آسیاب، سنگ‌شکن‌ها و کفشک‌های ترمز استفاده می‌شود.

ساختار چدن سفید، با سریع‌تر کردن فرآیند سرد شدن فلز و همچنین درصد کمتر کربن ایجاد می‌شود. به همین خاطر بخش عمده‌ کربن به صورتنیمه‌پایدار (سمنتیت) رسوب می‌کند و سختی چدن را افزایش می‌دهد. چدن سفید را اگر به صورت شکسته شده نگاه کنید، نقره‌ای رنگ است. این نوع محصول فولادی بیش از حد ترد بوده و استفاده از آن در بسیاری از صنایع منع شده است. تنها جایی که می‌توان آن را مشاهده کرد، پروانه‌ توربین‌های بادی است.

چدن سفید دارای خواص زیر است:

• سخت و شکننده است.
• مقاومت بالایی در برابر سایش دارد.
• مقاومت خوبی در برابر ضربه دارد.
• قیمت مناسبی دارد.

چدن سفید در صنایع مختلف کاربرد دارد، از جمله:

صنایع خودروسازی: چدن سفید در ساخت قطعات خودرو، مانند چرخ دنده ها، غلتک ها و اجزای خودرو، استفاده می شود.
صنایع ساخت و ساز: چدن سفید در ساخت سازه های فلزی، مانند پل ها، ساختمان ها و خطوط لوله، استفاده می شود.
صنایع ماشین سازی: چدن سفید در ساخت ماشین آلات صنعتی، مانند پمپ ها، کمپرسورها و توربین ها، استفاده می شود.
صنایع نفت و گاز: چدن سفید در ساخت تجهیزات نفت و گاز، مانند سکوهای نفتی و لوله های نفت و گاز، استفاده می شود.
صنایع شیمیایی: چدن سفید در ساخت تجهیزات شیمیایی، مانند مخازن و اتصالات شیمیایی، استفاده می شود.

چدن سفید دارای مزایای متعددی است که آن را به یک ماده پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل کرده است. از جمله مهمترین مزایای چدن سفید می توان به موارد زیر اشاره کرد:

مقاومت بالای در برابر سایش: چدن سفید دارای مقاومت بالایی در برابر سایش است. این امر باعث می شود که چدن سفید برای ساخت قطعاتی که در معرض سایش قرار دارند، مانند چرخ دنده ها، غلتک ها و اجزای خودرو، مناسب باشد.
مقاومت خوبی در برابر ضربه: چدن سفید دارای مقاومت خوبی در برابر ضربه است. این امر باعث می شود که چدن سفید برای ساخت قطعاتی که در معرض ضربه قرار دارند، مانند غلتک ها و اجزای خودرو، مناسب باشد.
قیمت مناسبی دارد: چدن سفید نسبت به سایر مواد فلزی، مانند فولاد، دارای قیمت مناسبی است. این امر باعث می شود که چدن سفید برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و دوام بالایی دارند، اما محدودیت بودجه وجود دارد، مناسب باشد.

تفاوت چدن سفید و چدن خاکستری در ساختار گرافیت موجود در آن‌ها است. در چدن سفید، گرافیت به صورت ذرات ریز و پراکنده وجود دارد. این امر باعث می‌شود که چدن سفید دارای ساختاری شبیه به فولاد داشته باشد. در چدن خاکستری، گرافیت به صورت دانه‌های بزرگ و منفرد وجود دارد. این امر باعث می‌شود که چدن خاکستری دارای ساختاری شبیه به زغال داشته باشد.

چدن سفید به دلیل سختی و استحکام بالایی که دارد، برای ساخت قطعاتی که در معرض سایش و ضربه قرار دارند، مناسب است. از جمله کاربردهای چدن سفید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. ساخت چرخ دنده‌ها
2. ساخت غلتک‌ها
3. ساخت اجزای خودرو
4. ساخت سازه‌های فلزی
5. ساخت ماشین آلات صنعتی
6. ساخت تجهیزات نفت و گاز
7. ساخت تجهیزات شیمیایی

چدن سفید نسبت به چدن خاکستری قیمت بالاتری دارد. این امر به دلیل سختی و استحکام بالاتر چدن سفید است.

چدن نشکن (چدن داکتیل)

شیر پروانه ای چدنی

شیر پروانه ای چدنی، نوعی شیر کنترل جریان است که از یک دیسک چرخان برای کنترل جریان سیال استفاده می‌کند. این شیرها معمولاً از جنس چدن ساخته می‌شوند. شیر پروانه ای چدنی با چرخش دیسک شیر، جریان سیال را کنترل می‌کند. زمانی که دیسک شیر در موقعیت باز قرار دارد، سیال به طور کامل از شیر عبور می‌کند. زمانی که دیسک شیر در موقعیت نیمه باز قرار دارد، بخشی از سیال از شیر عبور می‌کند. زمانی که دیسک شیر در موقعیت بسته قرار دارد، جریان سیال کاملاً قطع می‌شود.

قیمت شیر پروانه ای چدنی در مقایسه با سایر انواع شیر پروانه ای، مانند شیر پروانه ای فولادی و شیر پروانه ای برنجی، معمولاً پایین‌تر است. این امر به دلیل استفاده از چدن به عنوان ماده اولیه در ساخت شیر پروانه ای چدنی است. چدن نسبت به فولاد و برنج قیمت پایین‌تری دارد و به همین دلیل، شیر پروانه ای چدنی نیز قیمت پایین‌تری دارد. برای بررسی قیمت شیر پروانه ای به فروشگاه ما مراجعه نمایید.