ریخته گری چدن

چدن


چدن یکی از آلیاژهای آهن است که از آهن، سیلیسیم و کربن تشکلی می شود. درصد کربن موجود در چدن معمولاً بین 2 تا 4 درصد و درصد سیلیسیم موجود در آن چیزی بین 0.5 تا 3 درصد است. از دیگر عناصر موجود در چدن می توان به منگنز و گوگرد اشاره کرد که چیزی کم تر از 1 درصد از آلیاژ چدن را شامل می شوند. به طور کلی چدن نسبت به فولاد مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارد ولی از طرف دیگر نسبت به فولاد شکننده تر است و علت اصلی این تفاوت بین چدن و فولاد درصد کربن موجود در آنهاست؛ در واقع فولاد آلیاژی از آهن است که درصد کربن آن زیر 2 درصد است در حالی که درصد کربن چدن معمولاً بین 2 تا 4 درصد است و تا 6.67 درصد هم می رسد. آنچه باعث شده چدن به یک فلز مناسب و مطلوب در صنعت تبدیل شود قابلیت ماشین کاری بالا، مقاومت بالا در مقابل سایش، ریخته گری آسان، پایین بودن نقطه ذوب، چکش خوار نبودن یا شکل ناپذیری و نیز مقاوم بودن چدن در برابر زنگ زدن است. از جمله صنایعی که چدن در آنها مورد استفاده قرار می گیرد می توان به خودرو سازی، تولید انواع لوله و … اشاره کرد.

انواع چدن:

  1. چدن سفید
  2. چدن خاکستری
  3. چدن داکتیل
  4. چدن مالیبل
  5. گرافیت فشرده

چدن سفید:

اگر یک قطعه فلز چدن سفید را بشکنیم، می بینیم که مقطع شکسته شده آن دارای رنگ نقره ای مایل به سفید است از این رو به آن چدن سفید می گویند. این نوع چدن حاصل سریع سرد شدن فلز و نیز درصد کربن پایین تر آن نسبت به سایر انواع چدن است. در روند تولید چدن سفید فرایند سرد شدن به گونه ای سریع اتفاق می افتد که بخش عمده ی کربن آن بصورت سمنتیت (نیمه پایدار) رسوب می کند و منجر به افزایش میزان سختی چدن می شود. میزان سختی و ترد بودن چدن سفید به قدری بالاست که استفاده از این فلز در بیشتر صنایع ممنوع است.

چدن خاکستری:

علت نامگذاری این نوع چدن نیز همانند چدن سفید از رنگ مقطع شکسته شده ی آن نشأت می گیرد. اگر یک قطعه چدن خاکستری را بشکنیم و به مقطع آن بنگریم متوجه می شویم که مقطع شکسته شده ی آن به دلیل ریزساختار گرافیت داخلش به رنگ خاکستری است. چدن خاکستری یکی از پرکاربردترین و مهمترین آلیاژهای چدن است. درجه انقباض کم، چکش خواری مناسب و دوام خوب منجر شده که این فلز برای کاربردهای مهندسی فلزی مطلوب به حساب بیاید. از مهمترین موارد کاربرد چدن خاکستری می توان به کاربرد آن در صنعت خودروسازی، تولید بدنه موتورهای الکتریکی، ساخت لوله، تولید ماشین آلات صنعتی و … اشاره کرد.

چدن های خاکستری از نظر شکل گرافیت به 4 دسته تقسیم می شوند:

  1. چدن خاکستری با گرافیت کروی (چدن داکتیل)
  2. چدن خاکستری با گرافیت کلوخه ای یا شکوفه ای (چدن مالیبل)
  3. چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای
  4. چدن خاکستری چشم گاوی

 

چدن داکتیل(نشکن):

به چدن داکتیل، گرافیت کروی نیز می گویند. علت این نامگذاری این است که در زمان انجماد چدن داکتیل، کربن آن بصورت گرافیت کروی تشکیل می شود. تشکیل شدن گرافیت ها به شکل کروی باعث می شود که تمرکز تنش به حداقل برسد، همین امر سبب شده که چدن داکتیل نسبت به چدن خاکستری از استحکام بالاتری برخوردار باشد و شکل پذیری مطلوب تری نیز داشته باشد.

چدن مالیبل (چکش خوار):

چدن مالیبل حاصل آنیله شدن چدن سفید است. در واقع چدن سفید طی فرایندی تحت حرارت بالا قرار می گیرد تا کربن آن بصورت گرافیت جوانه بزند و ذرات گرافیت به شکل شبه کروی به دور هم تجمع کنند؛ در این چدن ذرات گرافیت به مانند چدن داکتیل در حین عملیات تشکیل نمی شوند بلکه در هنگام خنک شدن از مذاب ایجاد می شوند از این رو کلوخه های گرافیتی چدن مالیبل همچون کلوخه های گرافیتی چدن داکتیل واقعاً کروی نیستند بلکه کلوخه هایی با اشکال نامنظم هستند. طی فرایند حرارت دادن چدن سفید ساختار چدن از حالت شکننده و ترد به حالت چکش خوار تغییر می کند. ریز ساختار چدن مالیبل (کلوخه های گرافتی شبه کروی) به گونه ای است که می توان آنرا بدون اینکه ترک بخورد خم کرد. به علاوه این چدن در برابر خوردگی، سایش و ضربه و کشش مقاومت بالایی دارد. چدن مالیبل در صنایع اتصالات و نیز در تولید قطعات خودرو، اتصالات الکتریکی، قطعات کشاورزی و همینطور معدن کاربرد فراوانی دارد.

گرافیت فشرده:

گرافیت فشرده چدنی است که 80 درصد گرافیت فشرده، 20 درصد گرافیت کروی و عاری از گرافیت ورقه ای است. این نوع چدن از نظر خواص چیزی مابین چدن خاکستری و چدن داکتیل است؛ بدین صورت که بسیاری از خواص ریخته گری چدن خاکستری را دارا می باشد ولی مقاومت کششی و چکش خواری بیشتری دارد. از این چدن می توان در صنایع فولاد برای ساخت قالب های شمش ریزی و نیز در سرسیلندر موتورها استفاده کرد.

ساخت قالب


از آنجایی که دمای ذوب چدن بیشتر از آهن است برای تولید قالب در ریخته گری چدن از ماسه هایی استفاده می کنند که مقاومتشان در برابر دما بیشتر باشد. در گذشته از ماسه های کف رودخانه یا ماسه بادی بدین منظور استفاده می شد ولی امروزه برای تولید قالب از ماسه های CO2 استفاده می شود که در برابر حرارت مقاومت بسیار بیشتری دارند. در فرایند سفت شدن این ماسه ها به منظور ساخت قالب آنها را با چسب سیلیکات ترکیب کرده و در معرض گاز CO2 قرار می دهند از این رو به آنها ماسه CO2 می گویند.