چدن چیست ؟

  • 21 دی , 1397
  • 215 نفر

چدن چیست ؟

 چدن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲.۱ الی ۶.۲ درصد کربن داشته باشند ، گفته می‌شود. رنگ مقطع شکست این آلیاژ به عنوان شناسه نام گذاری انواع مختلف آن به کار می رود. بیش از ۹۵ درصد وزنی چدن را آهن تشکیل می دهد و عناصر آلیاژی اصلی آن کربن و سیلیسیم هستند . به طور معمول بین ۲.۱ تا ۴ درصد کربن و ۱ تا ۳ درصد سیلیسیم دارد و به عنوان آلیاژی سه گانه شناخته می شود.
چدن ها، به استثنا نوع داکتیل، ترد هستند و به دلیل نقطه ذوب پایین، سیالیت، قابلیت ریخته گری، ماشین کاری، تغییرشکل ناپذیری و مقاومت به سایش به موادی مهندسی با دامنه وسیعی از کاربرد تبدیل شده و در تولید لوله ها، ماشینها، قطعات صنعت خودرو مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه گیربکس به کار میروند. چدن همچنین به تضعیف و تخریب ناشی از اکسیداسیون (خوردگی) مقاوم است.

عناصر آلیاژی چدن

خواص چدن با افزودن عناصر آلیاژی مختلف تغییر می کند. بعد از کربن، سیلیسیم مهم ترین عنصر محسوب می‌شود چرا که کربن را از حالت محلول خارج کرده، آن را به فرم گرافیت درمی آورد که تولید چدنی نرم تر، با انقباض کم تر کرده، استحکام و چگالی را کاهش می دهد. گوگرد نیز هنگام اضافه شدن سولفید آهن تولید می‌کند که مانع تشکیل گرافیت شده سختی را افزایش می دهد.
مشکل گوگرد این است که گرانروی چدن را در حالت مذاب بالا برده و عیوب ساختاری را افزایش می دهد. برای خنثی کردن اثرات گوگرد از منگنز استفاده می‌شود تا به جای سولفید آهن، سولفید منگنز تشکیل شود. سولفید منگنز از مذاب سبک تر است بنابراین برروی سطح مذاب و درون سرباره شناور می شود. مقدار منگنز مورد نیاز برای خنثی کردن گوگرد برابر است با ۱.۷*مقدار گوگرد+۰.۳%. افزودن منگنز بیش از این مقدار باعث تولید کاربید منگنز می‌شود که خود به بالا رفتن سختی و سرعت انجماد منجر می شود. تنها در مورد چدن خاکستری افزایش منگنز تا یک درصد استحکام و چگالی را افزایش می دهد.
نیکل نیز از آلیاژسازهای بسیار معمول است که ساختار پرلیت و گرافیت را پالایش داده به افزایش چقرمگی کمک می‌کند و گاه حتی تفاوت سختی در ضخامتهای مختلف را از بین میبرد. کروم به مقدار جزیی به ملاقه مذاب افزوده می‌شود تا گرافیت آزاد را کاهش داده، مذاب را سرد کند و از آنجا که تثبیت کننده قوی کاربید به شمار میرود عمدتاً همراه با نیکل افزوده میشود. مقدار بسیار اندکی قلع را نیز می توان به جای ۰.۵درصد کروم افزود. بین ۰.۵ تا ۲.۵درصد مس هم در ملاقه یا کوره به مذاب اضافه می‌شود تا انجماد را کاهش، گرافیت را پالایش و سیالیت را افزایش دهد. افزودن ۰.۳ تا ۱ درصد مولیبدن باعث افزایش انجماد، پالایش گرافیت و پرلیت می‌شود و معمولاً همراه با نیکل مس و کروم افزوده می‌شود تا خواص استحکامی را بهبود بخشد.

تولید چدن

چدن از طریق ذوب مجدد سنگ آهن به همراه آهن و فولاد قراضه به دست می آید و با طی مراحلی برای حذف عناصر ناخواسته مانند فسفر و گوگرد همراه است. بسته به نوع کاربرد، میزان کربن و سیلیسم تا حد مطلوب (به ترتیب ۲ تا ۳.۵ و ۱ تا ۳ درصد وزنی ) کاهش داده می شوند. سایر عناصر نیز حین ریخته گیری و قبل از شکل گیری نهایی، به مذاب افزوده می شوند. چدن به جز موارد خاص که در کوره بلند موسوم به کوره کوپل ذوب می شود، عمدتاً در کوره‌های القای الکتریکی تولید می گردد. پس از تکمیل ذوب، مذاب به کوره نگهدارنده یا قالب ریخته می شود.

تولید چدن

انواع چدن

انواع گوناگون چدن را مي توان بر اساس ريزساختار دسته بندي کرد. اين دسته بندي بر شکل بخش عمده کربن موجود در چدن مبتني است. بر اين اساس پنج نوع اصلي چدن وجود دارد:
  1. چدن سفيد
  2. چدن چکش خوار
  3. چدن خاکستري
  4. چدن داکتيل
  5. چدن با گرافيت فشرده

چدن سفيد

هرگاه ترکيب شيميايي چدن مناسب باشد يا آهنگ سرمايش آن در حين انجماد به اندازه کافي تند باشد ، چدن به گونه اي منجمد مي شود که همه کربن موجود در آن با آهن به صورت کاربيد آهن ترکيب مي شود. اين ترکيب که سمنتيت نيز ناميده مي شود سخت و ترد است و ترکيب غالب در ريزساختار چدن سفيد محسوب مي شود. بنابراين چدن سفيد سخت و ترد و مقطع شکست آن سفيد و بلورين است زيرا اساساً گرافيت ندارد. استحکام فشاري چدن سفيد بسيار زياد و مقاومت آن در برابر سايش عالي است. اين نوع چدن در حالت گداخته سختي خود را تا مدت محدودي حفظ مي کند.
قابليت ريخته گري چدن سفيد به خوبي چدن هاي ديگر نيست زيرا دماي انجماد آن معمولاً بالاتر است و کربني که به صورت کاربيد آهن است منجمد مي شود.
 
چدن سفيد

چدن چکش خوار

مشخصه اين نوع چدن اين است که بخش عمده کربن موجود در ريزساختار آن به صورت گره هاي نامنظم گرافيت ديده مي شود. اين نوع گرافيت کربن بازپختي نام دارد زيرا در حالت جامد و در حين عمليات گرمايي تشکيل مي شود.براي توليد چدن چکش خوار, چدن را به صورت چدن سفيد با ترکيب شيميايي مناسب مي ريزند. پس از آن که قطعات ريختگي را از قالب بيرون آوردند, آنها را به مدت طولاني در دمايي بالاتر از 900 درجه سلسيوس تحت عمليات گرمايي قرار مي دهند. اين عمليات کاربيد آهن را تجزيه مي کند و کربن آزاد را به صورت گرافيت در چدن رسوب مي دهد. آهنگ سريع انجماد که براي توليد چدن سفيد ضرورت دارد باعث محدوديت ضخامت مقاطع ريختگي چدن چکش خوار مي شود.
 
چدن چکش خوار

چدن خاکستري

هنگامي که ترکيب چدن مذاب و آهنگ سرمايش آن مناسب باشد ، کربن موجود در آن در حين انجماد جدا مي شود و پولک هاي گرافيت را تشکيل مي دهد که درون هر سلول اوتکتيک به يکديگر متصل اند. گرافيت در درون مذاب از ناحيه لبه رشد مي کند و پولک مشخصه چدن خاکستري را تشکيل مي دهد. هنگامي که چدن خاکستري مي شکند ، بخش عمده شکست در پولک هاي گرافيت رخ مي دهد و به همين دليل رنگ مقطع شکست آن خاکستري است. از آنجا که بخش عمده قطعات ريختگي چدني را از جنس چدن خاکستري مي سازند واژه عمومي چدن را غالباً به غلط در مورد چدن خاکستري به کار مي برند.
 
چدن خاکستري

چدن داکتيل

اين چدن را گاهي به نام چدن با گرافيت کروي يا SG نيز مي شناسند. در چدن داکتيل مي توان به ترکيبي غير متعارف از خواص دست يافت زيرا در اين نوع چدن ، گرافيت به جاي پولک هاي جداگانه به صورت کره يا گويچه ظاهر مي شود. اين شيوه انجماد با افزودن مقداري اندک, ولي کاملاً معين از منيزيم به چدن مذابي با ترکيب شيميايي مناسب به دست مي آيد. چدن پايه ازلحاظ دارا بودن بعضي عنصرهاي فرعي که مانع تشکيل گرافيت کروي مي شوند، محدوديت زيادي دارد .
 
چدن داکتيل

چدن با گرافيت فشرده

گرافيت موجود در اين نوع چدن به صورت پولک هاي کلفت ديده مي شود که در درون هر سلول به يکديگر متصل اند. اين ساختار گرافيت و خواص ناشي از آن, حالتي بينابين چدن خاکستري و چدن داکتيل است. شکل گرافيت فشرده مدت هاست که شناخته شده و آن را شبه پولک ، پولک متراکم ، شبه گره اي و گرافيت کرم مانند نيز مي نامند.
چدن با گرافيت فشرده

چدن هاي آلياژي

اين دسته از چدن ها شامل چدن هاي سفيد آلياژي, چدن هاي خاکستري آلياژي, و چدن هاي داکتيل آلياژي است.چدن هاي چکش خوار پر آلياژ نمي شوند زيرا وجود عناصر آلياژي مانع از انجام فرايند چکش خواري مي شود. چدن هاي با گرافيت فشرده هنوز عمر چنداني ندارند ونمي توان نقش آنها را در عرصه چدن هاي آلياژي ارزيابي کرد.

شیر آتش نشانی ایستاده چدنی

شیر های آتش نشانی ایستاده از جمله تجهیزات حیاتی برای هر شهر و یا هر منطقه ای است که برای مقابله با آتش عملکرد مثبتی دارد . این نوع شیرآلات در مناطق مسکونی با متصل شدن بر روی لوله های اصلی شهری برای اطفای حریق در شرایط سخت بسیار تاثیر گذارند .
طبق اطلاعات آماری مشخص شده ، که عموما استفاده از شیرهای آتش نشانی برای مقابله با حریق نسبت به استفاده از ماشین های آتش نشانی علاوه بر این که راحت تر است بسیار هزینه کمتری دارد و باعث صرفه جویی هزینه ها برای آن منطقه می شود.
شیر آتش نشانی ایستاده
شیر های آتش نشانی ایستاده برای آبیاری ، ساختمان سازی و شستن خیابان ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد و مقاومت آن در برار دمای آب درونش تا ۷۰ درجه سانتی گراد تخمین زده میشود .
قطعات چدنی به کار در رفته شیر های آتش نشانی توسط رنگ پلی استر پودری قرمز (REAL ۳۰۲۰)با بهره گیری از روش الکترواستاتیک پوشش داده می شوند و طبق استاندارد DIN EN ۱۲۲۶۶-۱ قادر به تحمل فشار PN۱۰و PN۱۶ هستند .
شیرهای آتش نشانی ایستاده با بهره گیری از مکانیزم ضربه گیر کمرشکن از این قابلیت برخوردارند که در هنگام تصادف آسیب نبینند و مانع نشت آب شوند .

دریچه شیر آتش نشانی

دریچه شیر آتش نشانی جهت دسترسی به شیرآتش نشانی مدفون در سطح معابر عمومی به کار می رود .
تولید شده از جنس چدن داکتیل بر اساس استاندارد DIN EN 1693 می باشد . تولید و تست آن براساس استاندارد BS EN 124 Class D400 انجام می شود .
در اتصال درب و بدنه دریچه از پیچ و پین های فولادی با پوشش گالوانیزه گرم استفاده می شود . محل نصب آن در معابر عمومی و خیابان ها ی شهر می باشد .
این دریچه ها با نام های رایج دریچه آتش نشانی ، دریچه آتش نشانی 15*13 ، دریچه 15*13 نیز شناخته می شوند .
دریچه شیر آتش نشانی