چدن

چدن

چدن ‌ (Cast Iron)گروهی از آلیاژهای آهنی با خواص گوناگون و متنوع‌ بوده که در حالت مذاب به شکل دلخواه ریخته‌ گری می ‌شود. برعکس فولادها که کمتر از 2%C و معمولا بیشتر از 1%C دارند، چدن‌ ها معمولا 2-4%C و 1-3%Si داشته و سایر عناصر فلزی و غیرفلزی نیز برای کنترل و تغییر ویژگی ‌های خاص اضافه می‌شوند. علاوه بر ترکیب شیمیایی، عوامل مهم دیگری از قبیل فرآیند انجماد، آهنگ انجماد، و عملیات حرارتی بعدی بر خواص آن‌ها تاثیر می‌ گذارد. چدن‌ها عالی‌ترین آلیاژهای ریخته گری هستند و دارای گستره وسیعی از استحکام و سختی، و در بعضی موارد خواص ماشین کاری خوبی می‌باشند. برای ایجاد مقاومت به سایش و خوردگی به آن ‌ها عناصر آلیاژی اضافه می‌شود. اصولا کاربرد وسیع چدن‌ ها به دلیل هزینه کم و خواص مهندسی متنوع است. با وجود رقابت شدید مواد جدید، ثابت شده است که چدن‌ها با هزاران کاربرد مهندسی مناسب و مقرون به صرفه اقتصادی‌اند.

ساختار دانه بندی میکروسکوپی چدن

چدن ها نمونه های بارزی از آلیاژهایی هستند که از نظر ساختار دانه بندی حساس هستند یعنی خواص فلز بدوا به ساختمان متالوگرافی منوط و وابسته است. اجزای متشکله این ساختار سبب مجزا شدن انواع مختلف چدن ها یعنی سفید، خاکستری و نشکن می شود. مهمترین این اجزا عبارتند از :

1- گرافیت: کربن در چدن ها ممکن است به صورت آزاد یا به شکل گرافیت وجود داشته باشد.

شکل های مختلف گرافیت:

شکل ها و نحوه پخش گرافیت های مختلفی که به وجود می آید بستگی به ترکیب شیمیایی، جوانه زایی و سرد کردن چدن دارد.

گرافیت تیپ A

از نوع گرافیت بسیار مطلوب با نحوه پخش یکنواخت است که اصولا در چدن های با استحکام بالا مشاده  می شود. عملیات جوانه زایی درست و موفق برای حصول این نوع گرافیت لازم است.

گرافیت تیپ B

این نوع گرافیت، رشدی دایره ای (Radial Growth Pattern) داشته و هسته ها مشخص بوده و در مرکز این هسته ها فریت وجود دارد. زمانی که سرعت سرد کردن چدن زیاد باشد مخصوصا در مقاطع نازک و عملیات جوانه زایی نیز انجام نگرفته باشد، اصولا این نوع گرافیت به وجود می آید.

گرافیت تیپ C (Kish Graphite)

این نوع گرافیت در چدن های هیپریوتکتیک وجود داشته و در قطعات با مقاطع ضخیم، ورقه های گرافیت درشت بوده و در مقاطع نازک به شکل ستاره ای هستند.

گرافیت تیپ D  (Undercooled Graphit)

اندازه گرافیت ها بسیار ریز و دندریت ها کاملا مشخص است. تشکیل این نوع گرافیت به عوامل زیر بستگی دارد: سرعت سرد شن زیاد در مقاطع نازک، انجام نگرفتن عملیات جوانه زایی، پایین بودن مقدار گوگرد، حرارت های فوق ذوب، زمان نگهداری زیاد در ذوب در کوره و بالا بودن تیتانیوم

2- سمنتیت: کربن در چدن ها ممکن است به طور کامل و یا مقداری از نظر شیمیایی به شکل سمنتیت یافت شود. بسیار سخت و شکننده بوده و این خواص را به آهن انتقال می دهد.

3- فریت: در چدن ها، فریت ، سیلیسیوم موجود در آهن را در خود جای داده است. سیلیسیوم ، فریت را مقاوم کرده و سختی آن ر حسب میزان سیلیسیوم به 100 تا 400 برینل خواهد رساند.

4- پرلیت: متشکل از مخلوط فریت و سمنتیت به صورت لایه های یک در میان است. پرلیت در چدن ها سخت بود و تقریبا 230-200 برینل سختی داشته و اندکی قابلیت چکش خواری دارد. مقدار پرلیت چدن ها بسته به درجه گرافیت زایی آهن دارد.در چدن های خاکستری و نشکن، درصد کربن ترکیبی بر مقدار موجودیت پرلیت اثر می گذارد.

تاثیر عناصر جزیی مختلف بر خواص چدن

عناصر مختلف به صورت جمعی یا تکی روی خواص چدن ها تاثیر می گذارند  و به چهار گروه تقسیم می شوند:

الف) عناصری که موجب تشکیل کاربید می شوند: مانند کروم، تلوریم،بیسموت و بور که اثر قوی دارند. وانادیم، ازت، مولیبدن و آرسنیک اثر کمتری میگذارند. اغلب این عناصر موجب تشکیل پرلیت میگردند که این امر برای چدن های خاکستری پرلیتی و گرافیت کروی پرلیتی مفید و در عین حال برای چدن های فریتی مضر است.

ب) عناصری که موجب تشکیل پرلیت می گردند شامل قلع، مس و نیکل که برای چدن های پرلیتی مفید و برای چدن های فریتی مضر هستند.

ج) عناصری که اثر تخریبی روی ساختار گرافیت داشته که مهم ترین آنها سرب، تلوریوم، بیسموت و در درجه دوم آنتیموان است.

د) عناصری که موجب افزایش درصد هیدروژن و در نتیجه ایجاد حفره های ناشی از هیدروژن می شوند که مهمترین آنها، آلومینیوم است.

در چدن های خاکستری، حضور مقدار کمی از عناصر کاربیدزا و پرلیت زا می تواند مقاومت را بهبود بخشد. چدن همراه مقدار کمی از کروم، مس و قلع، محکم تر از چدن مشابه بدون این عناصر می باشد.

انواع چدن

چدن‌ ها را می‌توان با توجه به توزیع کربن در ریزساختار آن‌ ها به چهار نوع اصلی دسته‌بندی کرد و دو نوع دیگر نیز زیر مجموعه این چهار نوع هستند.از آنجا که ترکیب شیمیایی آن‌ها مشابه است، آن‌ها را با تجزیه شیمیایی نمی‌ توان تشخیص داد. انواع اصلی و متالورژیکی آنها عبارتند از:

1- چدن سفید

2- چدن خاکستری

3- چدن خالدار (مجموعه چدن سفید و خاکستری)

4- چدن چکش‌خوار (مالیبل)

5- چدن نشکن (داکتیل)

6- چدن پر آلیاژ

ترکیب شیمیایی چدن‌های غیرآلیاژی در جدول زیر و مقدار تقریبی کربن و سیلیسیوم آن‌ ها (نسبت به فولادها) در شکل زیر آمده است.

منابع و پیوندها

چدن از دید wikipedia.org

Cast iron is iron or a ferrous alloy which has been heated until it liquefies, and is then poured into a mould to solidify. It is usually made from pig iron. The alloy constituents affect its colour when fractured: white cast iron has carbide impurities which allow cracks to pass straight through. Grey cast iron, or grey iron, has graphitic flakes which deflect a passing crack and initiate countless new cracks as the material breaks.

Carbon (C) and silicon (Si) are the main alloying elements, with the amount ranging from 2.1 to 4 wt% and 1 to 3 wt%, respectively. Iron alloys with less carbon content are known as steel. While this technically makes these base alloys ternary Fe-C-Si alloys, the principle of cast iron solidification is understood from the binary iron-carbon phase diagram. Since the compositions of most cast irons are around the eutectic point of the iron-carbon system, the melting temperatures closely correlate, usually ranging from 1,150 to 1,200 °C (2,102 to 2,192 °F), which is about 300 °C (572 °F) lower than the melting point of pure iron... more

چدن از دید daneshnameh.roshd.ir

وجود کاهش قابل توجه در تولید چدن‌ها در طول دهه گذشته، چدن‌ها به عنوان مهمترین آلیاژهای ریختگی مورد توجه بوده‌اند. محبوبیت ریشه ای چدن‌ها در ریخته گری اشکال پیچیده با هزینه‌های پایین تولید، قیمت تمام شده نسبتا پایین و محدوده وسیع خصوصیاتی که قابل دسترسی توسط کنترل دقیق ترکیب و سرعت خنک کردن بدون تغییرات بنیانی و اساسی در روش‌های تولید، است.

چدن خام

آهن، اغلب از کانه های اکسید یا کربنات که گوگرد، آرسنیک و غیره از آنها زدوده شده باشد با برشته کردن در هوا، و کاهش با کربن تهیه می‌شود. کانه آهن با کک و کربنات کلسیم آمیخته شده و در یک کوره بلند که دمای بیشینه آن 1300 درجه سانتیگراد است. گرم می‌شود ناخالصیهای عمده اسیدی به کمک سرباره (کلسیم سیلیکات، آلومینات و غیره) خنثی می‌شود و توده فلزات مذاب به صورت چدن خام به بیرون جریان می‌یابد چدن خام شامل 2 الی 4 درصد کربن و اندکی گوگرد، فسفر و سیلسیم است. چدن مذاب را به صورت خام یا پس از افزودن فلزهای آلیاژ دهنده، برای بهبود خواص چدن، در قالبهایی از ماسه یا فلز و بر حسب نوع مصرف، آنها را به صورت اشکال مختلف در می‌آورند... بیشتر