چدن ها گروهى از آلياژهاى آهنى با خواص گوناگون و متنوع اند كه معمولا از طريق ريخته گری تولید می شوند. در صورتی که انواع خواص و دسته بندی مواد را نمی دانید با کلیک بر روی مقاله انواع خواص و دسته بندی مواد این مقاله را مطالعه کنید و سپس این مقاله را بخوانید تا در جریان دسته بندی کلی و تعریف های کلی مواد قرار بگیرید.
چدن ها گروهى از آلياژهاى آهنى با خواص گوناگون و متنوع اند كه معمولا از طريق ريخته گری تولید می شوند. چدن ها معمولا 2 تا 4 درصد کربن و تا 3% سیلسیم دارند. ساير عناصر فلزى و غيرفلزى نيز براى كنترل و تغيير خواص به آنها اضافه مى شوند. علاوه بر تركيب شيميايى، عوامل مهم ديگرى از قبيل فرايند انجماد، و عمليات حرارتى (شامل حرارت دادن، نگهدارى در يک درجه حرارت مشخص و سرد كردن با سرعت مشخص جهت رسيدن به خواص مطلوب) بعدى بر خواص آنها تأثير مى گذارد.
چدنها، عالي ترين آلياژهاى ريخته گرى اند و داراى دامنه وسيعى از استحكام (مقاومت مواد در برابر اعمال نيرو) و سختى (مقاومت مواد در برابر نفوذ اجسام سخت يا خراش (سختى با استحكام ارتباط مستقيم دارد)) و در بعضى موارد خواص ماشين كارى خوبى مى باشند. عناصر آلياژى براى ايجاد مقاومت به سايش، خراش و خوردگى (واكنش فلزات با محيط اطراف (هوا، آب و …) كه سبب تخريب فلز و ايجاد محصولات خوردگى مانند اكسيد فلز (زنگ زدگى) مى شود) به آنها اضافه مى شود. اصولا كاربرد وسيع چدنها به دليل هزينة كم و خواص مهندسى متنوع است. با وجود توليد روزافزون مواد جديد، هنوز هم چدنها در بسيارى از كاربردهاي مهندسى مناسب مى باشند.
مزاياى چدن ها
انعطاف پذيرى در توليد
انواع روشهاى ريخته گرى نظير ريخته گرى در قالبهاى ماسه اى- دائمى و فلزى، تحت نيروى گريز از مركز و حتى ريخته گرى تحت فشار (بخصوص براى قطعات كوچک ) را مى توان در مورد قطعات چدنى به كار برد.
دارا بودن نقطه ى ذوب و ريخته گرى پايين
برخلاف فولادها كه در ذوب آن ها، اکثرا نياز به استفاده از كوره هاى برقى مى باشد چدن ها را مى توان در انواع كوره ها، با سوخت هاى مايع- جامد و گازى ذوب نمود. استفاده از كوره هاى زمينى و كوره هاى دوار با سوخت مايع نظير مازوت كار مى كنند، نتيجه مستقيم سهولت ذوب چدنها در اين نوع كوره هاست.
سهولت در طراحی قطعات
طراحى قطعات چدن در مقايسه با ديگر فلزات و آلياژها با سهولت بيشترى انجام شده زيرا تغييرات جزيى در طراحى قطعات تأثيرات نامطلوبى بر خواص آنها ندارد.
ارزانی قطعات تولید
از آنجايى كه چدنهاى با گرافيت آزاد به حداقل مقدار تغذيه نياز داشته (و حتى در مواردى نياز به تغذيه گذارى ندارند) لذا بهره دهى قطعات چدنى مى تواند تا بالاى 59 درصد نيز برسد.
دليل ديگر، قيمت نسبى پايين قطعات چدنى آن است كه مى توان آنها را در انواع كوره هاى ساده و با سوخت هاى ارزان ذوب كرد و از طرف ديگر مواد نسوز مصرفى در تهيه قالب ها جداره ى كوره ها و پاتيل ها (در مقايسه با مواد ديرگداز در فولادريزى) از نوع ارزانترى مى باشند.
يكنواختى خواص مكانيكى
منظور از يكنواخت بودن خواص مكانيكى، عدم تغيير اين خواص در جهات مختلف يک قطعه ى ريختگى است. چنانچه از نقاط مختلف قطعه ى ريختگى و در جهات متفاوت، نمونه هايي بريده شده و تحت آزمايش مكانيكى قرار گيرد؛ مشخص مى شود كه اين نمونه ها داراى خواص يكسانى هستند. اين پديده را خواص ايزوتروپى (Isotropy) قطعه مى نامند. از آنجايى كه يک قطعه ريختگى در هنگام كار، از جهات مختلف تحت تنشهاى مكانيكى قرار مى گيرد، لذا خواص ايزوتروپى از محاسن آنها به شمار مى رود.
سهولت ریخته گری قطعات
توليد قطعات ريختگي چدن با ضخامت هاى چند ميليمتر تا چندين دسيمتر، قطعات با دقت ابعادى بالا، كيفيت سطحى خوب و پيچيدگى زياد، قطعات بسيار سنگين، قطعات ريختگى با خواص و ساختارهاى چندگانه (نظير قطعاتى كه داراى سطوحى سخت و مغزى نرم هستند و يا قطعاتى كه سطوح بيرونى و درونى آن داراى خواص متفاوت است) به سهولت امكان پذير است.
خواص گسترده و متنوع مکانیکی قطعات
بعد از فولادها، چدن ها داراي گسترده ترين مشخصات مكانيكى هستند. چدنها، در موارد بسيار (نظير ميل لنگ، چرخ دنده ها، چرخ هاى قطار و غيره) جايگزين فولادهاى كم آلياژى گرديده اند.
از طرف ديگر استحكام فشارى چدن هاى خاكسترى بسيار بالا و تا حدود چهار برابر استحكام كششى آن است. به همين دليل هنگامى. كه استحكام فشارى قطعات ريختگى بيشتر مورد نظر باشد (نظير پايه ها) اين نوع چدن ها داراى جاذبه هاى بسيار زيادى مى باشند.
مقاومت به سایش
از آنجايى كه گرافيت ماهيتا خاصيت روغنكارى دارد لذا چدنهايى كه داراى گرافيت آزاد هستند داراى مقاومت خوبى به سايش هستند. از طرف ديگر گرافيت خاصيت جذب روغن را دارا بوده لذا در ساخت بعضى از ياتاقان ها مى تواند مورد استفاده قرار گيرد.
عدم حساسیت به زبری سطوح
بعضى از فلزات و آلياژها از جمله فولادها در مقابل زبرى سطحى (حضور شيارهاى ريز روى سطح قطعات) حساس بوده و هنگامى كه قطعات تحت تنش هاى متغير قرار مى گيرند در اثر خستگى (شكست قطعات در اثر نيروهاي تكرار شونده) زودرس شكسته و تخريب مى گردند. چدنها در مقابل خراش هاى سطحى تحت تاثير كمترى قرار مى گيرند.
قابلیت جذب ارتعاش و صدا
در بسيارى از قطعات، نظير پايه ماشين هاى تراش، كاسه ى چرخ اتومبيل ها و به طوركلى قطعاتى كه در حركت بوده و تحت نوسانات ارتعاشى قرار دارند، خاصيت جذب ارتعاش و خفه كردن سر و صدا مورد نياز است. از طرف ديگر در قطعاتى كه كاربرد آنها توام با قرار داشتن تحت تنش هاى متناوب است، خاصيت جذب ارتعاش فلز، مانع از تشديد تنش ها شده و چون افزايش تنش ها مى تواند موجب خستگى پيش هنگام قطعات گردد لذا خاصيت جذب ارتعاش در فلز به عنوان يک عامل افزايش عمر قطعات تلقى مى گردد.
چدن هاى خاكسترى (با گرافيت ورقه اى) داراى حداكثر قابليت جذب ارتعاش بوده و بعد از آن به ترتيب چدن با گرافيت فشرده و انواع چدن با گرافيت كروى قرار مى گيرند. فولادها به دليل آن كه عارى از كربن آزاد هستند داراى قابليت جذب ارتعاش كمترى از چدن ها مى باشند.
ماشینکاری خوب
به علت حضور گرافيت در چدن ها، براده هاى حاصل از ماشين كارى منقطع بوده و لذا چدن ها داراى قابليت ماشين كارى خوب و سطوح تمام شده ى تميز و صافى مى باشند.
قابلیت جوشکاری
اگرچه جوشكارى قطعات فولادى با سهولت بيشترى در مقايسه با چدنها انجام مى شود، به هر حال جوشكارى قطعات چدنى توسط جوشكار ماهر امكان پذير است.
مقاومت در مقابل خوردگی و اکسیداسیون
انواع چدنهاى آلياژى مقاومت بسيار خوبى در برابر شرايط خورنده ى اسيدى- بازى داشته و از اين لحاظ داراى مصارف بسيار زيادى هستند. از طرف ديگر، چدن هاى غيرآلياژى در درجه حرا رتهاى پايين (زير 350 درجه سانتيگراد) داراى مقاومت بيشترى به اكسيداسيون (در مقايسه با فولادهاى ساده كربنى غيرآلياژى) بوده و انواع آلياژى آن تا درجه حرارت هاى حدود 1000 درجه سانتیگراد در برابر اكسيداسيون مقاوم هستند.
محدوديتهاى چدنها
در كنار مزاياى فوق، كاربرد چدنها با يک سرى محدوديت ها نيز روبرو است كه اهم آنها عبارتند از:
خواص مکانیکی
استحكام كششى قطعات چدنى كم است كه موارد مصرف آن را محدود مى كند.
مقاومت به ضربه فولاد نيز از چدن ها بالاتر بوده و لذا براى قطعاتى كه تحت ضربه هاى شديد قرار مى گيرند نظير فک هاى سنگ شكن ها، فولادها برتري دارند.
قابلیت شکل پذیری مکانیکی
چدن ها قابليت كارپذيرى چندانى نداشته و لذا امكان تهيه ى ورق، نبشى، سپرى، تيرآهن در آنها وجود ندارد. به هر حال در سالهاى اخير انجام كار مكانيكى بر روى چدن هاى ماليبل و بعضى از انواع چدن با گرافيت كروى مطرح شده است. با اين وجود چدن ها هرگز تاكنون نتوانسته اند اين خصوصيت مهم را به خود اختصاص دهند.
مقاومت به سایش
در مواردى كه مقاومت به سايش بسيار بالايى مورد نظر باشد، سطوح قطعات فولادى را مى توان از طريق كربن دهي و يا نيتروژن دهي، سخت كرد. در حالى كه سختى سطوح قطعات چدنى را در اكثر موارد، فقط مى توان تا مقدار كمى بالا برد.
قابلیت برشکاری و جوشکاری
برشكارى فولاد از طريق شعله (اكسى استيلن و غيره) به سهولت امكان پذير بوده در حالى كه برشكارى قطعات چدنى نياز به وسايل و روش هاى خاص دارد. به همين ترتيب، جوشكارى قطعات فولادى با سهولت بيشترى انجام مى شود.
به عنوان مثال کاربردی در شکل های زیر دو نوع ماشین TC35 و ماشین TC50 تراش cnc ماشین سازی تبریز دیده می شود که از بهترین نوع مواد چدنی و با بهره گیری از روشهای نوین علمی و مهندسی با هدف برآورده کردن نیازهای مختلف نظیر برخورداری از صلبیت ، استحکام و دقت عملیاتی ، طراحی و ساخته شده است.
در این ماشین ها از راه گاههای چدنی (Box Way) سخت کاری شده استفاده شده است.
مقاله قبلی سایت تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
