رد پایی که شاید از قرن ها پیش تا کنون بر جا مانده است. متریالی به نام چدن که گذشته ای پر رمز و راز را در خود جای داده است. استیل مال بر این آمد تا در این مقاله چدن، انواع آن و کاربرد های آن را به طور کامل مورد بررسی قرار دهد. چدن امروزه به عنوان یکی از اساسی ترین و پر کاربرد ترین متریال های صنعتی در کنار استننلس استیل، آلومینیوم و گالوانیزه نقش پر رنگ و نگاری را ایفا می کند.
چدن چیست؟
چدن یکی از آلیاژهای بر پایه آهن-کربن با محتوای کربن بیش از 2 تا 4 درصد است. علاوه بر این، مقادیر مختلف سیلیکون از 1 تا 3 درصد وزنی و منگنز و همچنین آثار ناخالصی مانند گوگرد و فسفر. چدن با کاهش سنگ آهن در کوره بلند ساخته می شود. چدن خود در انواع مختلفی چون چدن خاکستری، چدن سفید، چدن داکتیل و چدن مالیبل تولید می شود. در ادامه تمام این موارد را بطور کامل مورد بررسی قرار خواهیم داد.
فرایند تولید چدن
ابتدا سنگ آهن استخراج شده را طی مراحل خاصی به نام تصفیه سنگ آهن، آلودگی زدایی می شود. چدن در واقع از سنگ آهن تصفیه شده معروف به pig Ironکه تحت فرایند ذوب قرار گرفته و به همراه درصد های تعیین شده از سایر عناصر همچون کربن، منگنز، سیلیکون و گوگرد ترکیب می شود. چدن گاهی اوقات در کوره های خاصی تحت عنوان کوره های کاپولا (cupola) ذوب می شود، اما در صنعت مدرن در کوره های القایی الکتریکی یا کوره های قوس الکتریکی ذوب می شود. پس از انجماد، شمش های چدنی تولید می شوند که در ادامه به محصولات مختلفی چون ورق چدنی و لوله چدنی تبدیل می شود.
تولید چدن معمولاً در ریخته‌گری های تخصصی مجهز به کوره‌هایی با قابلیت ذوب آهن و قالب هایی برای شکل دادن به فلز مذاب به اشکال دلخواه انجام می‌شود. این کارخانه ها اغلب فرآیندی مشابه موارد زیر را دنبال می کنند:
تهیه مواد خام: سنگ آهن، کک (شکلی از زغال سنگ) و سنگ آهک معمولاً به عنوان مواد خام استفاده می شود. این مواد خرد شده، مخلوط می شوند و سپس وارد کوره بلند می شوند.
کوره بلند: کوره بلند سازه ای بلند است که در آن سنگ آهن در دماهای بسیار بالا (حدود 2800 درجه فارنهایت یا 1538 درجه سانتیگراد) همراه با کک و سنگ آهک ذوب می شود. این فرآیند آهن مذاب را تولید می کند که به عنوان فلز داغ شناخته می شود که از ته کوره استخراج می شود.
تصفیه: فلز داغ سپس برای پالایش بیشتر به یک کوره اکسیژن پایه (BOF) یا یک کوره قوس الکتریکی (EAF) منتقل می شود. در طی این مرحله، ناخالصی ها حذف می شوند و ممکن است عناصر آلیاژی برای دستیابی به خواص مطلوب اضافه شوند.
ریخته گری: پس از تصفیه شدن آهن، آن را در قالب ها ریخته و محصولات مختلفی را تشکیل می دهند. در مورد ظروف چدنی معمولا از قالب های ماسه ای استفاده می شود. آهن مذاب را داخل قالب ها ریخته و اجازه می دهیم سرد و جامد شود.
تکمیل : پس از ریخته گری، محصولات ممکن است تحت فرآیندهای تکمیلی مانند آسیاب، ماشین کاری و عملیات سطحی قرار گیرند تا به شکل، بافت و ظاهر نهایی مطلوب دست یابند.
کنترل کیفیت: در طول فرآیند تولید، اقدامات کنترل کیفیت برای اطمینان از اینکه محصولات چدنی استانداردهای مشخص شده برای استحکام، دوام و دقت ابعاد را رعایت می کنند، اجرا می شوند.
بسته بندی و توزیع: پس از اینکه محصولات از کنترل کیفی عبور کردند، بسته بندی شده و برای توزیع به خرده فروشان یا مصرف کنندگان آماده می شوند.
این کارخانه ها به کارگران ماهر، تجهیزات پیشرفته و اقدامات ایمنی سختگیرانه برای اطمینان از تولید کارآمد و ایمن محصولات چدنی نیاز دارند.
انواع چدن
همانطور که کمی پیشتر اشاره شد چدن به چهار گروه چدن خاکستری،سفید، داکتیل(نشکن) و مالیبل(چکش خوار) تقسیم می شود. در این بخش به توضیح این موارد می پردازیم.
چدن خاکستری (gray cast Iron)
رایج ترین نوع چدن همین چدن خاکستری است که دارای ریزساختار گرافیتی است که از بسیاری از شکستگی های کوچک تشکیل شده است. در واقع در فرایند سرد کردن خاص چدن مذاب کربن موجود در آن بصورت لایه های گرافیتی خارج می شود. در طول تولید آهن خاکستری، ترک ها باز می شوند و گرافیت خاکستری رنگ زیر سطح را آشکار می کنند. آهن خاکستری به اندازه فولاد قوی نیست اما در مقابل مقاومت فشاری مشابهی با فولاد دارد. در نتیجه، برای کاربردهایی که مقاومت فشاری مهم است، به یک متریال محبوب تبدیل شده است.
چدن سفید (white cast Iron)
این نوع چدن نیز نام خود را از رنگ مایل به سفید خود گرفته است که حاصل ترکیبات آهنی به نام سمنتیت است. مانند چدن خاکستری، چدن سفید دارای ترک های ریز زیادی است.
تفاوت این است که چدن سفید دارای کربن کمتر و دارای سمنتیت در زیر سطح خود است، در حالی که چدن خاکستری دارای گرافیت در زیر سطح خود است. در این نوع چدن فرایند سرد شدن تسریع می یابد از این رو سبب می شود تا کربن موجود بصورت سمنتیت (Fe۳C)رسوب کند. چدن سفید در بین سایر انواع چدن ترد ترین ساختار را دارد، از این رو کمترین کاربرد را در بین بقیه دارا می باشد.
چدن چکشخوار (مالیبل)
چدن چکش خوار در واقع با قرار گرفتن چدن سفید تحت فرایند آنیل با دمای 900 الی 950 درجه سانتی گراد (1650 الی 1750 درجه فارنهایت) تشکیل می شود. این کار ساختار شکننده چدن سفید را به ساختاری مستحکم تر و شکل پذیر تبدیل می کند. در این فرایند ساختار کاربید آهن به آهن و کربن تجزیه شده و یک ساختار گرافیتی کروی ایجاد می کند.
چدن نشکن (داکتیل)
چدن داکتیل که با نام چدن گره دار نیز شناخته می‌شود در نیمه قرن بیستم اختراع شد. این چدن انعطاف‌پذیر و پر کربن است. به طور معمول با ترکیبات دیگری از جمله منیزیم و سریم ساخته می شود. ترکیبات خاص این نوع چدن سرعت رشد گرافیت را مهار می کنند و فلز را نرم و انعطاف پذیر نگه می دارند. مهم ترین کاربرد های چدن نشکن در زمینه آب و فاضلاب می باشد.
مزایای چدن
- در برابر تغییر شکل مقاومت نشان م دهند
- ماندگاری بالا
- هزینه کم
- قابلیت ماشینکاری خوب در برخی از چدن ها
- مقاومت در برابر سایش
- فرایند ریخته گری خوب
معایب چدن
- مستعد زنگ زدگی و خوردگی
- ترد بودن و شکنندگی
- نسبت وزن به استحکام
- جوشکاری ضعیف و سخت
ترکیبات شیمیایی انواع چدن
این چهار نوع چدن ترکیب شیمیایی متفاوتی را دارند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.
|
ترکیبات شیمیایی انواع چدن |
|||||
| فسفر(P) | گوگرد(S) | منگنز(Mn) | سیلیکون(Si) | کربن(C) | نوع چدن |
| 1-0.02% | 0.025-0.02% | 1-0.2% | 3-1% | 2.5-4% | خاکستری |
| 2-0.06% | 2-0.06% | 0.8-0.25% | 1.9-0.5% | 3.6-1.8% | سفید |
| 0.2-0.02% | 0.2-0.02% | 1.2-0.15% | 1.9-0.9% | 2.9-2% | چکش خوار (مالیبل) |
| 1-0.01% | 0.03-0.01% | 1-0.1% | 2.8-1.8% | 4-3% | نشکن(داکتیل) |
ناگفته نماند که علاوه بر این عناصر ، عنصر های دیگری نیز در ساخت چدن بکار می رود برای مثال مانند منگنز و سریم که در چدن داکتیل استفاده می شود.
چدن چه رنگی است؟
همانطور که اشاره شد چدن بطور کلی به دو رنگ خاکستری و سفید موجود می باشد. تعیین رنگ چدن بسته به ترکیب شیمیایی و فرایند تولید آن بستگی دارد. با این حال رایج ترین چدن ها خاکستری تیره تا سیاه به نظر می رسند.
کاربردهای چدن در صنایع مختلف
ظروف آشپزی: معمولاً از چدن برای ساخت قابلمه، تابه، گریل و اجاق برای آشپزی خانگی و حرفه ای استفاده می شود.
ماشین آلات و صنعت خودرو: چدن به دلیل استحکام و مقاومت در برابر سایش در ساخت قطعات ماشین آلات سنگین مانند بلوک موتور، سرسیلندر، گیربکس و بدنه ماشین استفاده می شود.
لوله کشی: لوله های چدنی به دلیل دوام و مقاومت در برابر خوردگی به طور گسترده برای سیستم های توزیع آب، زهکشی و فاضلاب استفاده می شوند.
ساختمان: چدن به دلیل استحکام و جذابیت زیبایی در کاربردهای مختلفی مانند ستون های تکیه گاه سازه ای، روکش منهول، گریتینگ و عناصر تزئینی در ساختمان سازی استفاده می شود.
راه آهن: چدن به دلیل استحکام و مقاومت در برابر سایش برای اجزای راه آهن مانند کفشک ترمز، بند ریل و اجزای مسیر استفاده می شود.
کشاورزی: چدن به دلیل استحکام و مقاومت در شرایط سخت در ماشین آلات کشاورزی مانند گاوآهن، کولتیواتور و تجهیزات آبیاری کاربرد دارد.
قطعات ریز و درشت: چدن به دلیل دوام و مقاومت در برابر خوردگی در زیرساخت های تاسیساتی برای کاربردهایی مانند محفظه شیر و پمپ، جعبه کنتورها و محفظه های الکتریکی استفاده می شود.
کارخانه های تولید چدن در دنیا
در اینجا چند کارخانه وجود دارد که در طول تاریخ لوله‌ها و ورق‌های چدنی تولید می‌کردند:
McWane, Inc :McWane یک تولید کننده عمده لوله و اتصالات چدنی است که دارای چندین کارخانه ریخته گری و تأسیسات تولید در سراسر ایالات متحده است. آنها انواع محصولات چدنی از جمله لوله های سیستم های آب و فاضلاب را تولید می کنند.
شرکت لوله های چدن آمریکا ((ACIPCO : یکی از قدیمی ترین و بزرگترین تولید کنندگان لوله های چدن و مخصوصا چدن داکتیل در آمریکای شمالی است. آنها در ساخت لوله برای توزیع آب، سیستم های فاضلاب و سایر کاربردهای صنعتی تخصص دارند.
شرکت لوله و ریخته گری شارلوت: شارلوت پایپ تولید کننده پیشرو در سیستم های لوله های چدنی و پلاستیکی در ایالات متحده است. آنها لوله ها و اتصالات چدنی را برای کاربردهای لوله کشی، زهکشی و تهویه تولید می کنند.
شرکت مولر: شرکت مولر، یکی از زیرمجموعه های محصولات آبی مولر، طیف گسترده ای از محصولات توزیع آب از جمله لوله های چدنی، شیرآلات، هیدرانت ها و اتصالات را تولید می کند.
Saint-Gobain PAM: این شرکت یک رهبر جهانی در تولید لوله های چدن است که دارای امکانات تولید در چندین کشور است. آنها لوله هایی را برای تامین آب، سیستم های فاضلاب و کاربردهای صنعتی تولید می کنند.
اینها تنها چند نمونه هستند و بسیاری از تولیدکنندگان دیگر در سراسر جهان لوله و ورق های چدنی تولید می کنند.
لوله چدنی
لوله های چدنی لوله های محکمی هستند که معمولا برای توزیع آب، زهکشی و سیستم های فاضلاب استفاده می شوند. این لوله‌ها معمولاً از طریق فرآیندی تولید می‌شوند که شامل ذوب آهن در کوره بلند، ریختن فلز مذاب در قالب ها و سرد شدن و جامد شدن آن می‌شود. این لوله ها کاربردهای گسترده زیرزمینی و زمینی دارند. لوله‌های چدنی به دلیل عمر طولانی شان شناخته می‌شوند. لوله‌های چدنی علیرغم دوامشان می‌توانند سنگین و شکننده باشند و در حین نصب و نگهداری نیاز به رسیدگی دقیق دارند. لوله های چدنی نمی توانند همچون لوله استیل در برابر سیالات خورنده مقاومت نشان دهند اما برای انتقال آب و سیالات دارای ph مناسب می توانند مفید باشند.
ورق چدنی
ورق های چدنی که به عنوان صفحات یا پلیت های چدنی شناخته می شوند، قطعات مسطح چدن هستند که معمولاً در ریخته گری ها از طریق فرآیند ریخته گری تولید می شوند. این ورق ها اغلب در کاربردهای صنعتی مختلف که در آن به استحکام، دوام و مقاومت حرارتی نیاز است استفاده می شود. ورق های چدن به دلیل پایداری استثنایی و مقاومت در برابر تغییر شکل تحت بارهای سنگین و دماهای بالا مورد توجه قرار می گیرند. آنها در پایه های ماشین آلات، سطوح ابزار، میزهای جوشکاری و به عنوان اجزای سازه ای در ساخت و ساز استفاده می شوند. در حالی که ورق های چدنی خواص مکانیکی بسیار خوبی دارند، اما اگر به درستی نگهداری نشوند، می توانند مستعد زنگ زدگی و خوردگی باشند. با این حال، با مراقبت مناسب و بازسازی گاه به گاه، ورق های چدنی می توانند راه حلی مطمئن و طولانی مدت برای بسیاری از نیازهای صنعتی و ساختمانی ارائه دهند.
قیمت ورق چدنی
قیمت ورق های چدنی تحت تاثیر عوامل مختلفی چون در دسترس بودن مواد اولیه، نوع خاص چدن ، نرخ دستمزد کارگران، تقاضای بازار و تورم قرار می گیرند. همچنین حجم محصولات درخواستی ممکن است در تعیین قیمت این مقاطع تاثیر داشته باشد. ناگفته نماند قیمت ورق چدنی در مقایسه با قیمت ورق استیل بسیار پایین تر می باشد و در پروژه هایی که مقاومت در برابر خوردگی بالا مطرح نیست می تواند کارایی کافی را داشته باشد.
میلگرد چدنی
میلگرد چدنی که با نام شفت چدن نیز شناخته می شوند، قطعات استوانه ای چدن هستند که به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و ماشینکاری فوق‌العاده ارزش دارند و برای کاربردهای مختلف صنعتی مناسب هستند. آنها معمولاً به عنوان محورها، دوک ها و میله های نگهدارنده در ماشین آلات و تجهیزاتی که بارهای سنگین و شرایط سایشی وجود دارد استفاده می شوند. این نوع میلگرد ممکن است در مقایسه با میلگرد استیل بسیار صعیف تر باشد اما در محیطی که بسیار فعال و خورنده نباشد می توان بسیار کارایی داشته و مقرون به صرفه باشد.
سخن پایانی
در این مطلب به معرفی جامع گروه دیگری از آلیاژ های آهن پرداختیم. ویژگی ها ، مزایا و معایب آن را توضیح دادیم. همچنین در مورد فرایند تولید و کاربرد های آن نیز مطالبی را ارائه کردیم. چدن به عنوان یک ماده همه کاره و پر کاربرد در صنایع مختلف و با قدمتی به پهنای تاریخ، با اهداف مختلف مخصوصا برای انتقال آب و زهکشی در طی این سالها نقش پر رنگی را ایفا کرده است. شما عزیزان می توانید در صورت داشتن هر گونه سوال بیشتر و مسائل فنی با کارشناسان گروه بزرگ استیل مال تماس حاصل فرمایید.
