چدن
From Wikipedia, the free encyclopedia
چدنها (به انگلیسی: Cast Iron) خانواده ای از آلیاژهای آهنی هستند که از آهن، کربن (از ۲٫۱۱٪ تا تقریباً ۴٫۵٪) و سیلیسیم (تا ۳٫۵٪) تشکیل میشوند. چدنها معمولاً حاوی ۲٫۰ تا ۴٫۰٪ کربن، ۰٫۵ تا ۳٫۰٪ سیلیسیم، کمتر از ۱٫۰٪ منگنز و کمتر از ۰٫۲٪ گوگرد هستند. عنصر سیلیسیم باعث ایجاد چندین اثر متالورژی در این آلیاژ میشود. سیلیسیم با ترویج تشکیل یک اکسید سطحی کاملاً چسبنده، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی چدنها را افزایش میدهد. به همین دلیل، چدنها بهطور کلی مقاومت در برابر خوردگی بالاتری از اکثر فولادها دارند.[1]
چدنها، به استثنا نوع داکتیل، تا حدودی شکننده هستند و به دلیل داشتن نقطه ذوب پایین، سیالیت بالا، قابلیت ریختهگری آسان، قابلیت ماشین کاری بالا، تغییرشکل ناپذیری و مقاومت به سایش بالا، به موادی مهندسی با دامنه وسیعی از کاربردها تبدیل شدهاند و در تولید انواع لولهها، ماشین آلات، قطعات مورد استفاده در صنعت خودروسازی مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه دنده به کار میروند. چدنها همچنین در برابر تخریب ناشی از اکسایش و زنگ زدگی مقاومت بالایی دارند.
وجه تمایز چدنها و فولادها، درصد کربن موجود در آنهاست به نحوی که آلیاژ آهن حاوی تا ۲ درصد کربن را فولاد و آلیاژ آهن حاوی ۲ الی ۶٫۶۷ درصد کربن را چدن مینامند. کربن موجود در چدنها به صورت گرافیت در زمینه پراکندهاست و این در حالی است که کربن در فولادها به صورت ترکیب بین فلزی سمنتیت (Fe3C) ظاهر میشود و به این دلیل خواص مکانیکی و فیزیکی و شیمیائی فولادها با چدنها متفاوت است.
از آنجایی که سیلیسیم تا حدی جایگزین کربن میشود (هر دو دارای چهار الکترون ظرفیتی در بیرونیترین پوسته خود هستند)، نمودار فازی سهگانه آهن-کربن-سیلیسیمی را میتوان به یک نمودار دوگانه بسیار سادهتر کاهش داد، در صورتی که مقیاس وزن-درصد-کربن با کربن معادل جایگزین شود. چندین رابطه برای محاسبه کربن معادل وجود دارد که سادهترین آنها درصد وزنی کربن به اضافه یک سوم درصد وزنی سیلیسیم است:[1]
کربن معادل (CE)= درصد وزنی کربن+یک سوم درصد وزنی سیلیسیم
با استفاده از کربن معادل، از نمودار آهن-کربن دو-جزئی میتوان برای تعیین نقاط ذوب و محاسبه ریزساختارهای آلیاژهای سه جزئی آهن-کربن-سیلیسیم استفاده کرد. سیلیسیم همچنین باعث افزایش شکلگیری گرافیت به عنوان فاز پر-کربن به جای شکلگیری ترکیب بین فلزی سمنتیت (Fe3C) میشود. در نتیجه واکنش یوتکتیک دو احتمال متمایز خواهد داشت:[1]
در نتیجه ریزساختار نهایی چدن، یا حاوی ترکیب بین فلزی غنی از کربن Fe3C خواهد بود، یا حاوی کربن خالص در شکل گرافیت خواهد بود. رخ دادن هر کدام از این حالتها بستگی به ترکیب شیمیایی فلز و چندین متغیر فرایند دیگر دارد. از بین این دو، گرافیت فاز پایدارتری است و ساختار تعادلی واقعی است. تشکیل آن با خنک کاری آهسته، درصد کربن و سیلیسیم بالا، جدارهها و مقاطع ضخیم و سنگین، روشهای تلقیح، و وجود گوگرد، فسفر، آلومینیم، منیزیم، آنتیموان، قلع، مس، نیکل، و کبالت تقویت میشود. از طرف دیگر تشکیل سمنتیت (Fe3C) با خنک کاری سریع، درصد کربن و سیلیسیم پایین، مقاطع نازک، و افزودن عناصر آلیاژی تیتانیم، وانادیم، زیرکونیم، کروم، منگنز و مولیبدن تقویت میشود.[1]