چدن‌ها یکی از انواع آلیاژهای آهنی هستند که همانند فولادها به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شوند. چنانچه علاقه مندید در رابطه با خواص، انواع و خصوصیات چدن‎‌‌ها و همچنین تفاوت‌های آن‌ها با فولاد اطلاعات بیشتری کسب نمایید، ما در این مطلب کوشیده‌ایم اطلاعات جامع و مختصری در مورد  این آلیاژهای آهنی گردآوری نماییم؛ پس در ادامه این مطلب با ما همراه باشید.

چدن چیست | آلیاژ چدن چیست

چدن‌ها گروهی از آلیاژهای آهنی هستند که خواص متفاوتی نسبت به فولادها دارند. چنانچه بخواهیم به روش تولید این آلیاژها اشاره نماییم، باید گفت که چدن‌ها به روش ریخته گری تولید می‌شوند. این گروه از آلیاژها دارای 2 تا 4 درصد کربن و 1 تا 3 درصد سیلیسیم هستند. همچنین قابل ذکر است برای کنترل خواص آلیاژ و ریزساختار در چدن‌ها، عناصر آلیاژی دیگری نیز به آنها اضافه می‌گردد. دیگر عوامل تاثیرگذار برروی ریزساختار در چدن عبارت اند: از  فرآیند انجماد، نرخ انجماد، سرعت سرد شدن، عملیات حرارتی و غیره.

از جمله خواص دیگر چدن‌ها می‌توان به قیمت پایین‌تر آن نسبت به فولاد، دمای ذوب پایین‌تر، سیالیت بالاتر، تغییر حجم کمتر در زمان انجماد، قابلیت جذب ارتعاش بالا، مقاومت به سایش خوب و همچنین  عدم حساسیت به شیارهای سطحی اشاره نمود.

یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار در خواص و ویژگی‌های چدن‌ها، نوع ریزساختار و پراکندگی و توزیع کربن به شکل گرافیت است. به عنوان مثال در صورتی که گرافیت لایه‌ای باشد، انعطاف چدن به شدت کمتر از زمانی است که گرافیت کروی است.

انواع چدن |معرفی انواع چدن ها

انواع چدن‌ها را می‌توان براساس سطح شکست، نوع گرافیت و ساختار متالورژیکی تقسیم بندی نمود. چدن‌ها بر اساس سطح شکست به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت اند از:

  1. چدن سفید: سطح شکست کریستالی آن‌ها به دلیل شکست بین دانه‌ای کاربید بوده و سطحی سفید دارند.
  2. چدن خاکستری: در آن‌ها شکست بین صفحات گرافیتی بوده و سطح شکست خاکستری است.

چنانچه بخواهیم این آلیاژها را بر اساس نوع گرافیت دسته بندی نماییم، چدن‌‌ها در 4 دسته جای می‌گیرند که عبارت اند از:

  1. گرافیت ورقه ای (Flake Graphite)
  2. گرافیت کروی (Spheroidal)
  3. گرافیت فشرده (Compact)
  4. گرافیت تمپر شده

همچنین چدن‌ها براساس ساختار متالورژیکی (زمینه ریزساختار) به  فریت، پرلیت، آستنیت، مارتنزیتی و بینیتی (آستمپرینگ) تقسیم بندی می‌شوند.

چدن سفید چیست؟

در چدن سفید به دلیل نرخ سرد شدن بالا، کربن به شکل سمنتیت بوده و  از آنجایی که سطح شکست در این چدن ها سفید است، به این اسم نامگذاری می‌شوند. به طور کلی چدن سفید را می‌توان اینگونه تعریف نمود که کربن اضافی در آن به جای گرافیت به شکل سمنتیت کروی است.

خواص مکانیکی چدن‌های سفید به درصد کربن، نوع و درصد عناصر آلیاژی بستگی دارد. به طور کلی این دسته از چدن‌ها مقاومت به سایش عالی و سختی بالا دارند؛ اما چقرمگی این دسته از چدن ها پایین است. همانطور که به آن اشاره شد اغلب چدن‌های سفید دارای  ریزساختاری شامل سمنتیت و پرلیت ترد و شکننده است که باافزودن مقادیری نیکل و کروم می توان چقرمگی را تا حدودی بهبود بخشید.

انواع چدن سفید

به طور کلی چدن‌های سفید در سه دسته جای می‌گیرند. چدن‌های سفید غیرآلیاژی، کم آلیاژ و پرآلیاژ.

چدن‌های سفید غیرآلیاژی معمولا دارای زمینه پرلیتی ریز هستند که با افزودن عناصری مانند کروم، نیکل و مولیبدن می‌توان ساختار مارتنزیتی یا آستنیتی داشت.

چدن‌های سفید پرآلیاژ، دارای 15 تا 30 درصد کروم هستند که انجماد این آلیاژها همراه با تشکیل آستنیت و کاربیدهای M7C3 شروع می‌شود. این دسته از چدن‌های سفید پرآلیاژ، نای هارد نیز نامیده می‌شوند. چدن‌های سفید پر آلیاژ به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت اند از:

  • چدن سفید کروم دار: جهت بهبود مقاومت به سایش و افزایش سختی، 1-4 درصد کروم به چدن سفید اضافه می‌گردد. به دلیل کاربید زا بودن کروم، تمایل به تشکیل چدن سفید افزایش پیدا خواهد کرد. برای افزایش مقاومت به خوردگی و اکسایش و همچنین مقاومت به سایش بالا میزان کروم 15 تا 35 درصد به کار گرفته خواهد شد. این نوع چدن‌های سفید در مقابل اسیدهایی مانند اسید نیتریک مقاوم هستند.
  • چدن سفید نیکل-کروم: هر دو عنصر نیکل و کروم باعث افزایش استحکام و بهبود مقاومت به خوردگی و اکسایش چدن‌ها می‌گردد. نیکل پایدارکننده گرافیت و کروم پایدار کننده کاربید است؛ لذا این اثر متقابل دو عنصر یکدیگر را خنثی خواهد نمود.

در شکل زیر ساختار چدن سفید که شامل کاربید Fe3C و زمینه پرلیت می‌باشد، نشان داده شده است.

چدن سفید

چدن سفید

چدن خاکستری

سطح شکست در این چدن‌ها به رنگ خاکستری است؛ به همین دلیل این چدن‌ها تحت عنوان نام چدن خاکستری نام گذاری می‌شوند. این آلیاژها دارای قابلیت جذب ارتعاش عالی هستند. همچنین چدن‌های خاکستری سیالیت بالاتری دارند؛ لذا مقاطع پیچیده و نازک را می‌توان به راحتی ریخته گری نمود. این چدن‌ها دارای قابلیت تراشکاری خوبی هستند و زمانی که استحکام فشاری و پایداری ابعاد مورد نیاز است از این نوع آلیاژ استفاده می‌گردد.

اگر ترکیب شیمیایی چدن در گستره چدن خاکستری و آهنگ انجماد صحیح باشد، کربن به هنگام انجماد به شکل گرافیت آزاد رشته‌ای تشکیل می‌گردد.

چدن داکتیل| چدن نشکن

کربن آزاد موجود در چدن داکتیل به شکل کروی است. به همین دلیل گاهی به چدن نشکن یا داکتیل، چدن کلوخه‌ای و یا کروی نیز گفته می‌شود. اگر قبل از ریخته‌گری این دسته از چدن‌ها، به مخلوط مذاب منیزیم اضافه گردد، گرافیت به شکل کروی درخواهد آمد. ترکیب شیمیایی این دسته از چدن‌ها، مشابه چدن خاکستری است؛ با این تفاوت که میزان گوگرد و فسفر آن کمتر است.

چدن چکش خوار | چدن مالیبل

ساختار این گروه از چدن‌ها، به صورت کلوخه‌ای از گرافیت با اشکال نامنظم است. چدن مالیبل ابتدا به صورت چدن سفید و با ترکیب مناسب ریخته گری می‌شود. سپس هنگام آنیل از سمنتیت چدن سفید گرافیت جوانه زده و به صورت کروی رشد می‌کند. از آنجایی که چدن سفید ناشی از انجماد سریع است، لذا ضخامت قطعات چدن چکش خوار محدود خواهد بود.

 از جمله خصوصیات این دسته از چدن‌ها می‌توان به قابلیت ریخته‌گری بالا، چقرمگی و شکل پذیری مناسب، مقاومت به خوردگی مطلوب و  همچنین یکنواختی کامل که ناشی از عملیات حرارتی مناسب است، اشاره نمود.

چدن‌های چکش خوار مانند چدن‌های نشکن و خاکستری، معمولا بر مبنای حداقل استحکام کششی دسته بندی می‌شوند. در شکل زیر می‌توان ساختار چدن چکش خوار با زمینه فریتی را مشاهده نمود.