چدن داکتیل که در خانواده چدن ها قرار دارد، از مقاوم ترین و پر کاربردترین چدن ها در میان انواع چدن شناخته شده است. این چدن که در ساخت و تولید آن از ترکیبات و متریال مخصوصی استفاده شده است، در چند سال اخیر مورد توجه عده زیادی از اهالی صنعت قرار گرفته است.
با پیشرفت تکنولوژی، دیگر استفاده از پوشش های قدیمی مانند آهن یا موارد مشابه آن پیشنهاد نمی شود؛ چرا که این پوشش ها دیگر جوابگوی بسیاری از نیازها نبوده و استفاده از آنها علاوه بر دوباره کاری منجر به پرداخت هزینه های اضافه نیز خواهد شد.
در این مقاله قصد داریم شما را با چیستی این چدن و دیگر نکات کلیدی در رابطه با آن آشنا کنیم.
فهرست موضوعات
چدن داکتیل چیست؟
چدن داکتیل که یکی از انواع چدن ها بوده، از ترکیبات ویژه ای برخوردار است. چدن داکتیل که با نام های چدن نشکن، آهن نشکن، آهن گرافیت کروی، چدن گرافیت کروی و آهن SG نیز شناخته می شود، از بهترین نوع چدن ها محسوب می شود. متریال خاصی که در تولید این چدن استفاده شده، منجر به پیدایش ویژگی های مثبتی در چدن داکتیل شده و این ویژگی های مثبت، برتری این چدن ها را در میان انواع چدن ها رقم زد.
پیش از کشف چدن داکتیل به عنوان یکی از پر کاربردترین انواع چدن، از سایر چدن ها مانند چدن سفید، چدن خاکستری و سایر چدن ها به منظور ساخت بدنه کالاهای صنعتی و یا مصارف صنعتی دیگر استفاده می کردند. جالب است بدانید محققان تلاش زیادی کردند تا چدن داکتیل را تولید کنند؛ به همین علت از ترکیبات متفاوتی برای تولید چدن داکتیل استفاده کردند. اهمیت ساخت و تولید چدن داکتیل در زمان خود تا جایی زیاد شد که همواره از آن به عنوان یک تولید نوین و اتفاقی مهم در صنعت یاد می شد.
مشخصات چدن داکتیل
ویژگی بارزی که این آلیاژ را از دیگر چدن ها متمایز می سازد، متریال چدن داکتیل است. همانطور که کمی پیش نیز اشاره کردیم، برای تولید این چدن محققان زیادی به تحقیق و بررسی پرداخته و متریال مصرفی آن را با توجه به معیارهای خاصی انتخاب نموده اند.
چدن های داکتیل به نسبت چدن های مشابه خود، مقاومت بسیار بالایی دارند؛ یکی از مواردی که در بروز این ویژگی نقش پر رنگی داشته وجود گرافیت در ترکیبات چدن داکتیل است. به طور کلی چدن های داکتیل یکی از انواع چدن های معمولی هستند، که به دلیل وجود گرافیت کروی در آن در مقابل ضربه مستحکم تر هستند و همچنین نسبت به سایر چدن ها خستگی ناپذیری بیشتری دارند. این ویژگی ها باعث شده تا آنها را به چدن نشکن پر استحکام تبدیل کند.
لازم به ذکر است که این چدن ها با توجه به ریز ساختاری که دارند؛ خواص و کاربردهای متفاوتی نیز دارند. در ادامه به آنالیز چدن داکتیل بر اساس ریز ساختار آن می پردازیم.
انواع چدن داکتیل چگونه تولید می شود؟
ریز ساختار چدن داکتیل با توجه به انواع آن متفاوت است. هر یک از چدن های داکتیل در شرایطی خاص، متریال متفاوت و با اهداف مشخص و متفاوتی ساخته می شود. برای این که بیشتر با انواع چدن داکتیل و ریز ساختار های آن بیشتر آشنا شوید، در ادامه به جزئیات بیشتری در رابطه با هر یک از آنها پرداخته ایم.
چدن های داکتیل از لحاظ زیر ساختار به چند دسته تقسیم می شوند:
- چدن داکتیل فریتی
- چدن داکتیل پرلیتی
- چدن داکتیل مارتنزیتی
- چدن داکتیل بینیتی
- چدن داکتیل آستنیتی
- چدن داکتیل فریتی-پرلیتی
- چدن داکتیل آستمپر شده
1. چدن داکتیل فریتی
چدن نشکن فریتی یکی از انواع چدن های نشکن است که به دلیل آرایش قرار گیری کره های گرافیت در آن، دارای خاصیت انعطاف پذیری بوده و در برابر ضربه مقاوم است. از دیگر مزایای این دسته از چدن ها می توان به مقاومت بالای آن نسبت به سایر چدن های مشابه اشاره کرد. این چدن ها که به چدن های گرافیت کروی نیز معروف هستند؛ زمانی که به مرحله ریخته گری می رسند، در صورت نیاز برای حداکثر میزان انعطاف پذیری و چقرمگی (“مقاومت مواد در برابر شکست در اثر اعمال تنش”) چدن، از عملیات حرارتی آنیل کمک می گیرند تا در روند ریخته گری تاثیر مثبتی را رقم زند.
این چدن ها به دلیل تشابه زیادی که با فولاد دارند، گاها به اشتباه از آنها به عنوان یک جایگزین برای دیگری استفاده می شود؛ در حالی که تفاوت بین چدن و فولاد در عملکرد و بسیاری از ویژگی های این دو آلیاژ متفاوت خواهد بود.
ساختار چدن داکتیل فریتی از نمای نزدیک
لازم به ذکر است که حتما در ترکیبات این چدن باید از ترکیباتی با اندازه استاندارد استفاده کرد؛ چرا که با افزایش یا کاهش هر عنصر تاثیر منفی در راندمان چدن فریتی ایجاد خواهد شد. به عنوان مثال یکی از مهم ترین عناصری که در چدن نشکن فریتی اهمیت بسیار بالایی دارد، عنصر سیلیسیم است؛ که اصولا میزان مصرفی آن در این دسته از چدن های داکتیل باید بین 14 تا 16 درصد باشد.
با توجه به اینکه در ترکیبات چدن داکتیل فریتی از مقدار زیادی سیلیس استفاده می شود، مقاومت آنها در برابر خوردگی دو چندان شده و آنها را آماده استفاده برای مصارف خاص می کند. چدن نشکن فریتی به دلیل تولید گسترده ای که دارد، ریزساختار هایی هم دارد که در تنوع آن نقش بسزایی داشته است.
|
|
کربن | سیلیسیم | منگنز | گوگرد | فسفر |
| استاندارد شده | 1%-0.35 | 15.25%-14.5 | (max) 1.0% | (max) 0.1% | (max) 1.0% |
| بیشترین استفاده | 0.8%-0.5 | 16%-14 | 0.8-0.03 | 0.007 |
0.1 |
جدول ترکیبات شیمیایی چدن پر سیلیسیم
مزایا و معایب استفاده از چدن داکتیل فریتی
استفاده از چدن نشکن فریتی همواره به عنوان یکی از بهترین گزینه ها در صنعت شناخته شده است. این چدن ها جزو چدن های پر سیلیسیم هستند و این نکته باعث شده تا در برابر ضربه مقاومت خوبی داشته باشند؛ و البته با توجه به میزان مصرفی کمی که از نیکل و کروم دارند، کاهش هزینه ها را به همراه داشته اند.
چدن های فریتی به ریخته گری خوبی که دارند معروف هستند؛ زیرا درصد میزان سیلیسیم در آن بالا بوده و این ویژگی باعث شده تا دامنه انجماد کوچک تر و نقطه ذوب کمتری داشته باشد.
با وجود تمام ویژگی های خوبی که تا به این جا با آن آشنا شدید؛ این چدن ها دارای معایبی نیز هستند. برای مثال، متریال مصرفی موجود در چدن باعث شده تا این چدن ها در برخی مواقع حساسیت زیادی در مقابل ضربه های بیش از حد سنگین از خود نشان دهند و این حساسیت منجر به شکستگی چدن فریتی خواهد شد.
یکی دیگر از معایب این چدن نشکن، رسانایی حرارتی کم آن است. در برخی مصارف صنعتی که به پوششی برای رسانای حرارتی بالا نیاز دارند، نمی توان از این آلیاژ به عنوان یک پوشش مناسب استفاده کرد. توان ضعیف در برابر جوشکاری و ضریب انبساط حرارتی بالا، از دیگر عیوب این چدن هستند.
علاوه بر موارد فوق، عیوب دیگری در این چدن وجود دارد که به تولید آن در مرحله ریخته گری چدن فریتی باز می گردد. عموما چدن های فریتی تمایل زیادی به انقباض و تخلخل (فضای خالی موجود در ترکیبات) در حین ریخته گری دارند؛ که این مورد در تولید چدن های فریتی (پر سیلیسیم) به عنوان یک عیب تلقی می شود.
همچنین جالب است بدانید که چدن های نشکن فریتی ماشین کاری ضعیفی دارند که باعث شده توان کنترل شوک حرارتی و فشار بالا را نداشته باشند. به همین علت در حین ریخته گری به سبب وجود سیلیسیم زیادر در ترکیبات آن، مشکلاتی در ریخته گری آن به وجود می آید.
2. چدن نشکن پرلیتی
ابتدا لازم است بدانید که پرلیت نوعی سنگ آتش فشانی است که طی یک فرایندی و همچنین در شرایطی خاص، ماده خاکستری درونش به ماده ای سفید تبدیل شده و در نهایت سنگ پرلیت ساخته می شود.
چدن هایی که از ماده پرلیت در ترکیبات آنها استفاده می شود، جزو چدن هایی هستند که خاصیت عایق بودن دارند. استفاده از چدن های نشکن پرلیتی در کاهش سرعت انجماد و همچنین جلوگیری از بروز مشکلات متعدد در مرحله ریخته گری، تاثیر بسزایی دارند.
یکی از ویژگی های بارز این دسته از چدن های نشکن، حذف گازهای مضر ناشی از عناصر موارد مصرفی، در حین ساخت و ریخته گری است. چدن های پرلیتی به دلیل حذف گازهای اضافه و بی مورد، هم تولید تمیز و مرتبی دارد و هم در نهایت ظاهری زیبا و یک دست خواهد داشت. با حذف این گازها حباب های روی سطح چدن از بین رفته و ظاهری زیبا را به کالای مورد نظر می بخشد.
مزایای استفاده از چدن داکتیل پرلیتی
چدن نشکن پرلیتی در دسته چدن هایی قرار می گیرد که توسط فریت و پرلیت ساخته می شود. این دو ماده در تولید این چدن بسیار حائز اهمیت هستند؛ چرا که از ماندگار شدن گازهای مضر در درون ترکیبات چدن جلوگیری می کنند.
یکی دیگر از خواص ویژه ای که در این نوع چدن وجود دارد، قابلیت ماشین کاری خوب آنها است. قریب به اکثریت افرادی که متوجه این ویژگی خاص از چدن های پرلیتی می شوند، گمان می کنند که این چدن از گران ترین چدن های نشکن است! در حالی که چدن های داکتیل پرلیتی در خانواده چدن های ارزان و مقرون به صرفه قرار می گیرند.
3. چدن داکتیل فریتی-پرلیتی
همانطور که از نام این چدن پیدا است، ترکیبی از عناصر مصرفی چدن فریتی و چدن پرلیتی می باشد. به زبان ساده می توان گفت چدن داکتیل فریتی-پرلیتی، چیزی میان این دو چدن است. همچنین خصوصیاتی که در این چدن وجود دارد، ترکیبی از خصوصیات هر دوی آنها است.
4. چدن داکتیل مارتنزیتی
چدن نشکن مارتنزیتی یکی از چدن های خاصی است که طی فرایند جالبی به وجود می آید. این چدن حاصل از ترکیب چند عنصر آلیاژی برای جلوگیری از تشکیل پرلیت و انجام عملیات کوئنچ و تمپر بوده است. علت تشکیل این نوع چدن ها، عدم شکل گیری پرلیت است.
با توجه به اهمیت بالای کاربرد چدن داکتیل در صنعت چدن داکتیل مارتنزیتی نیز کاربرد زیادی در صنایع متفاوت داشته و به دلیل تکنولوژی جدیدی که دارد، در چند سال اخیر بسیار مورد توجه عام و خاص قرار گرفته است. یکی از کاربردهای این چدن، استفاده از آن در پمپ ها بوده است؛ که پمپ شناور ضد زنگ یکی از پمپ هایی است که از این چدن به منظور پوشش بدنه آن استفاده شده است.
مزایای استفاده از چدن داکتیل مارتنزیتی
برای تشکیل این چدن از عملیات حرارتی کوئنچ و تمپر استفاده می گردد. با توجه به اینکه از عملیات تمپر شده برای این تولید این چدن استفاده می شود، بسیار مستحکم بوده و دارای مقاومت سایشی بسیار بالایی هستند. مقاومت خوبی که این چدن ها در برابر سایش دارند باعث شد تا عده زیادی از افراد اهل صنعت، این چدن را به عنوان چدن نشکن ضد سایش بشناسند.
همچنین یکی دیگر از مواردی که منجر به برتری این چدن نسبت به برخی چدن های دیگر (مانند چدن پرلیتی) شده است، مواد آلیاژی بیشتری است که در ترکیبات این چدن مورد استفاده قرار گرفته اند. داشتن چنین قابلیتی در چدن مارتنزیتی، منجر به ظهور اتفاقات مثبتی شده است که یکی از آنها استفاده از این چدن نشکن در کاربردهای گسترده بوده است.
5. چدن داکتیل بینیتی
چدن نشکن بینیتی یکی از انواع چدن های داکتیل است که ریز ساختار آن شامل فریتی می شود که حاصل از عملیات حرارتی است. این چدن در عملیاتی تشکیل می شود که اصطلاحا به آن آستنیته گفته می شود. در این عملیات حرارتی، باید چدن در دمایی بین 250 تا 400 درجه سانتی گراد قرار گرفته و در نهایت چدن داکتیل بینیتی را حاصل کند.
مزایا و معایب استفاده از چدن داکتیل بینیتی
از آنجایی که سختی چدن داکتیل از فاکتورهای مهم این چدن ها است؛ در چدن داکتیل بینیتی نیز این اصل رعایت شده و مانند دیگر چدن های ذکر شده، چدن نشکن بینیتی هم از استقامت بالایی برخوردار است.
اگر بخواهیم در رابطه با معایب این چدن بگوییم، باید بدانید که این چدن ها نسبت به سایر چدن های داکتیل روند ساخت دشواری دارند؛ یعنی اصولا چدن های بینیتی در شرایط متفاوتی ساخته می شوند. مثلا هنگامی که این چدن در مرحله قالب ریزی قرار دارد، روند خشک شدن آن در طولانی مدت اتفاق میفتد و در صورتی که در این روند دست برده شود (به هر روشی روند خشک شدن آن را جلو بیندازید) نتیجه مطلوبی را شاهد نخواهید بود.
6. چدن داکتیل آستنیتی
چدن نشکن آستنیتی یکی از انواع چدن داکتیل است که ویژگی هایی همچون خاصیت مغناطیسی خوب، پایداری در شرایط خاص مانند دمای بسیار بالا و مواردی از این قبیل از برجسته ترین خصوصیات آن است.
طی چند وقت اخیر و با توجه به نیاز گسترده صنایع مختلف، چدن جدیدی تحت عنوان چدن داکتیل آستنیتی ADI تولید شده است. این چدن به روشی نوین تولید شده و ویژگی های مثبت بیشتری نسبت به داکتیل آستنیتی و یا حتی داکتیل پرلیتی دارد.
چدن داکتیل آستنیتی ADI حدود دو برابر مقاومت بیشتری نسبت به داکتیل پرلیتی دارد. مقاومت سایشی بالا، جلوگیری از کشیدگی و خستگی ناپذیری، از ویژگی های بارز این چدن هستند.
7. چدن داکتیل آستمپر شده
همانطور که تا به این قسمت از مقاله دریافتیم، زمینه چدن ها وجه تمایز آنها است و رابطه مستقیمی با ویژگی های آنها دارد. یکی از انواع چدن ها که در چند سال اخیر بسیار شناخته شده، چدن نشکن آستمپر شده است. این چدن ها توسط عملیات حرارتی آستمپرینگ تولید شده و به عبارتی جزو یکی از جدیدترین چدن ها شناخته شده است.
این چدن به دلیل ترکیبات خاصی که دارد، تنها در برخی موارد خاص استفاده می شود که علت آن استفاده از آستنیتی است که به دمای محیط رسیده باشد. همچنین وجود این ماده باعث می شود که عناصر مصرفی دیگر در این چدن، پتانسیل بیشتری برای نشان دادن خواص چدن داکتیل وجود داشته باشد.
ساختار چدن داکتیل آستمپر شده از نمای نزدیک
از دیگر موادی که در چدن داکتیل آستمپر بسیار اهمیت دارند، میتوان به ASTM و ADI اشاره کرد؛ چرا که این مواد در استحکام چدن های داکتیل آستمپر شده نقش پر رنگی دارند. جالب است بدانید که این چدن چندین برابر مقاوم تر بوده و خستگی ناپذیری بسیار خوبی در برابر بارهای خیلی سنگین دارند؛ حتی در دنیای صنعت به عنوان چدنی شناخته شده اند که قوامی دو برابر چدن نشکن پرلیتی دارند.
کاربرد چدن داکتیل چیست؟
با پیشرفت علم و تکنولوژی، استفاده از برخی چیزها مرسوم شده و حتی در مواقعی به عنوان یک جایگزین مناسب دیده شده است. استفاده از چدن داکتیل یا همان چدن نشکن، یکی از این موارد بوده است.
همانطور که میدانید در گذشته های نه چندان دور، آهن به عنوان یکی از بهترین و مقاوم ترین پوشش ها شناخته می شد؛ اما امروزه با روی کار آمدن مواد متفاوت دیگری که از لحاظ مقاومت با آهن برابری می کنند و یا حتی در برخی موارد از آهن نیز برتر هستند، ساخت بسیاری از کالاهای صنعتی به روش های قدیمی محدود نمی شود. نکته جالب توجه اینجا است که در برخی موارد که از آهن برای پوشش کالا یا وسیله ای استفاده می شود، از چدن نیز به عنوان یک لایه محافظ جهت جلوگیری از سایش آهن استفاده می گردد؛ چرا که آهن قادر به جلوگیری از سایش نمی باشد.
استفاده از چدن در تولید لوله های آب و فاضلاب یکی دیگر از کاربردهای چدن داکتیل است. چدن ها خاصیت عدم زنگ زدگی دارند و از همین روی تمایل به استفاده از چدن به جای آهن در لوله کشی ها بیشتر بوده است.
البته از کاربرد چدن های داکتیل در کالاهای صنعتی نیز نباید غافل شد. یکی از کاربردهای گسترده ای که چدن های نشکن دارند، استفاده در بدنه الکتروموتورها و حتی گیربکس های صنعتی بوده و خواهد بود.
موارد دیگری از کاربردهای چدن داکتیل را در این تصویر مشاهده کنید:
تفاوت چدن داکتیل با چدن خاکستری
علاوه بر چدن های داکتیل، چدن های خاکستری از چدن های شناخته شده هستند. معمولا به دلیل کاربرد بالایی که این دو چدن دارند، در مواقع بسیاری مقابل یکدیگر قرار می گیرند. حال می خواهیم بدانیم تفاوت آنها در چیست؟ آیا هر یک از این دو چدن نسبت به دیگری برتری دارد؟
در جهت پاسخ به سوال بالا باید گفت بله، برتری دارند. همانطور که در این مقاله با ترکیبات و متریال چدن داکتیل آشنا شدید، این چدن حاوی گرافیت های کروی است. در مقابل این چدن ها، چدن های خاکستری را در دست داریم که شامل گرافیت های رشته ای یا ورقه ای می شوند.
مزیتی که این چدن ها را نسبت به چدن های خاکستری برتر ساخته است، مقاومت بالای چدن داکتیل است. این دو چدن دارای وزن یکسانی هستند اما چدن داکتیل با وجود وزن یکسان با چدن خاکستری، نزدیک به سه برابر تحمل بیشتری دارند.
در کنار تمام موارد فوق، چدن داکتیل در هنگام ریخته گری نیز روش متفاوتی دارد. به سبب وجود دانه های گرافیتی در حین ریخته گری آن، به آن چدن داکتیل چشم گاوی نیز گفته می شود.
جمع بندی
در چند سال اخیر استفاده از چدن های داکتیل همواره به عنوان یکی از بهترین زمینه های پوششی شناخته شده است؛ اما این بدان معنا نیست که اولین و آخرین انتخاب برای یک کالا، چدن داکتیل یا همان چدن نشکن باشد. بهتر است بدانید که زمینه های پوششی هر کالا با توجه به کاربری آن متفاوت خواهد بود و در نظر داشتن یک آلیاژ واحد برای پوشش همه کالاهای صنعتی کاملا اشتباه بوده است؛ بنابراین به خاطر داشته باشید که تنوع در چدن ها به همین علت بوده است.