چدن و خواص آن

چدن چیست ؟
چدن آلیاژی از آهن، کربن و سیلیسیم است که از آهن خام خاکستری ساخته می شود. برای ساخت چدن، آهن خام را همراه با مقداری آهن قراضه در کوره های مخصوص ذوب می کنند تا مقداری از کربن آن بسوزد و ناخالصی هایی نظیر گوگرد و فسفر که خصوصیات آن را تا حد زیادی تحت تأثیر قرار می دهند، به صورت سرباره خارج گردند. فلز مذاب باقی مانده که حاوی مقداری منگنز نیز هست، چدن نام دارد. منگنز چدن را سخت می کند و سیلیسیم هم سبب می شود که کربن چدن به صورت گرافیت در آید. میزان کربن در چدن 3٫5-2 درصد وزن آن است.

جنس چدن بستگی به سرعت سرد شدن و نیز جنس آهن خامی دارد که در ساخت آن مصرف می شود. قیمت نسبتا پایین و نیز ویژگی های چدن سبب استفاده از آن در صنایع مختلف شده است. در صنعت ساختمان از چدن برای ساخت لوله های آب و فاضلاب، نرده، کف پوش، یراق آلات و … استفاده می کنند.

کوره های تولید چدن
هنگام تولید چدن از آهن خام، چون مقداری از کربن آهن خام می سوزد و مقداری از ناخالصی های آن نیز به صورت سرباره خارج می شود، بنابراین وزن چدن حاصل از آهن خام مصرفی اندکی کمتر است. برای تولید چدن از سه نوع کوره به شرح زیر استفاده می کنند.

کوره شعله ای: این کوره از ظرف بزرگ سر پوشیده ای تشکیل شده است که آهن خام را در آن ریخته و شعله را روی آن قرار می دهند تا کربن و دیگر عناصر آهن خام بسوزد و چدن با 10-6 درصد کاهش وزن تولید شود. در این کوره گدازآور مصرف نمی شود و مصرف سوخت آن زیاد است.

کوره کوپل: شکل این کوره و روند کار آن مشابه کوره بلند آهن گدازی است با این تفاوت که مقداری از آن کوچک تر است. در کوره کوپل آهن خام با 6-3 درصد کاهش وزن به چدن تبدیل می شود.

کوره برقی: حرارت این کوره از انرژی برق تامین می شود و مزیتش نسبت به دو کوره قبل این است که می توان دمای آن را بالا برد و ثابت نگه داشت. از کوره برقی برای تولید چدن های ویژه و با مقاومت زیاد استفاده می کنند.

بررسی خواص چدن
چدن نیز مانند آهن خام، بدون حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل می شود. بنابراین قابلیت چکش خواری خوبی ندارد. چدن سخت و شکننده است، مقاومت آن در برابر آتش بیشتر از فولاد بوده و دیر زنگ می زند. هریک متر چدن به ازای هر یک درجه افزایش دما، 0٫01 میلی متر افزایش طول خواهد داشت.

معرفی انواع چدن
انواع مختلف چدن نیز مانند انواع آهن خام هستند و وجه اشتراک آن ها این است که همگی در برابر فشار مقاومند.

چدن سفید: اگر چدن مذاب را زود سرد کنند، کربن آن به شکل گرافیت در نمی آید. همچنین مقدار کم سیلیسیم در چدن سفید نیز موجب می شود که کربن کمی در آن به شکل گرافیت در آید. سطح شکسته چدن سفید دارای دانه های ریز بوده و جنس آن نیز سخت است به طوری که قابل سوهان کشیدن نیست. از این چدن وسایل کوچک می سازند.

چدن خاکستری: هرگاه چدن مذاب را به آهستگی سرد کنند و نیز مقداری سیلیسیم در آن زیاد باشد، کربن بیشتری در آن به شکل گرافیت در می آید و رنگ چدن را تیره می کند. چدن خاکستری از چدن سفید نرم تر است، شکننده بوده، قابلیت چکش خواری دارد و سطح شکسته آن دارای دانه های درشت است. از این چدن برای ساخت لوله های چدنی، ناودانی، پروفیل پنجره، درپوش های چدنی کف خیابان ها، شبکه چدنی، یراق آلات و …. استفاده می کنند.

چدن نیمه خاکستری: جنس آن بین چدن سفید و چدن خاکستری است.

چدن سخت: برای ساخت چدن سخت، چدن را گرم کرده سپس سطح خارجی آن را زود سرد می کنند و اجازه می دهند که داخل آن به آهستگی خنک شود. بدین ترتیب سطح آن چدن سفید و مغز آن چدن خاکستری است. این چدن دیر ساییده می شود و از آن لوله های زیر دال پل ها را می سازند.

چدن نرم: برای این که مقاومت چدن در برابر ضربه بالا رود و بتوان آن را چکش کاری کرد، تکه های چدن سفید و نیمه خاکستری را به همراه مقداری گرد سنگ اکسید آهن حرارت می دهند تا بخشی از کربن آن بسوزد، تردی آن کم شده و نرم شود. از این چدن در ساخت وسایل کوچک نظیر یراق در و پنجره، کلید و قفل، شیر آب و … استفاده می کنند.

چدن ریزی (شکل دادن به چدن)
برای ساختن اجسام چدنی که شکل ساده ای دارند چدن مذاب را در قالبی که از چدن سخت ساخته شده است، می ریزند. ولی برای ساختن اجسام چدنی که شکل ساده ندارند، از بستر ماسه ای استفاده می کنند. بدین ترتیب که ابتدا به ماسه مقداری بانتونیت (گل سر شو) می زنند تا چسبنده شود. سپس مدل چوبی مد نظر را در بستر ماسه قرار می دهند تا ماسه شکل مدل را به خود بگیرد. در نهایت مدل چوبی را بر می دارند و در قالب آماده شده به آرامی چدن مذاب می ریزند تا دیواره های قالب فرو نریزد. به این روش شکل دادن، ریخته گری می گویند که برای فلزات دیگر نیز به کار می رود.

چدن هنگام گرفتن کمی منبسط می شود ولی پس از آن منقبض شده و 1-0٫5 درصد کاهش حجم می یابد. بنابراین مدل چوبی را از هر جهت 1-0٫5 درصد بزرگ تر می سازند تا این کاهش حجم جبران شود. هرچه مقدار کربن چدن بیشتر باشد، هنگام گرفتن کمتر منقبض می شود.

لوله های چدنی را هم به روش ریخته گری و هم با استفاده از قالب چرخنده می سازند. بدین ترتیب که چدن مذاب هنگام چرخیدن قالب به بدنه آن پرتاب شده و به آن می چسبد و به شکل لوله در می آید. جنس این لوله ها از لوله های ریخته گری بهتر است.