مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
چدن نشکن در سال 1943 توسط کیت میلیس که نوعی چندن غنی از گرافیت است کشف شد. این چدن با نامهای چدن گرافیت کروی و چدن داکتیل نیز شناخته میشود. به دلیل وجود گرافیت کرهای چدن نشکن، در مقایسه با سایر چدنها از مقاومت بیشتری در برابر خستگی و ضربه برخوردار است. در کشور چین قطعات قدیمی چدن کشف شده است. همچنین آلبرت پل گاگنبین، نورمن بدن پیلینگ و کیت دویت میلیس این نوع چدن با استفاده از منیزیم در سال 1949 در ایالات متحده ثبت کردند. آگوستوس اف. مههن از طریق تلقیح آهن با CaSi2 چدن داکتیل با عنوان Meehanite تولید کرد و در سال 1950 مجوز حق ثبت اختراع دریافت کرد.
متالورژی چدن نشکن
چدن نشکن قسمتی از گروهی از مواد است که توسط کنترل کردن زیرساختار آنها میتواند با مجموعه گستردهای از خواص تولید گردد. شکل گرافیت وجه مشترک این گروه از مواد است در این چدن، گرافیت کرهای است اما در جدن خاکستری به شکل تیغه دیده میشود. گرافیت کرهای مانع از رشد ترک شده و انعطاف پذیری بالایی را ایجاد میکند. گرافیت کروی با افزودن منیزیم ایجاد میشود و در مواردی کمتر عنصر تلوریوم و سریم کاربرد دارد. همچنین استفاده از عنصر یوتوریم در این زمینه مطالعه شده است.
در دهه 1950 چدن داکتیل آستمپر (ADI) کشف شد و خیلی زود به موفقیت رسید.
ترکیب شیمیایی
عناصر تشکیل دهنده چدن نشکن و مقدار آنها عبارتند از:
کربن: 3- 3/7
مس: 0/1
فسفر: 0/03
کروم: 0/07
منیزیم: 0/07
منگنز: 0/25
نیکل: 1/0
سیلیکون: 1/3- 2/3
آهن: متعادل
عناصری مانند قلع یا مس جهت تسلیم و افزایش استحکام کششی افزوده میشوند اما همزمان قابلیت انعطافپذیری را کاهش میدهند. همچنین مقاومت در برابر خوردگی توسط جایگزینی 15 درصد به 30 درصد آهن با مقادیر مختلفی از کروم، نیکل و مس به دست میآید. سیلیکون که یک عنصر تشکیل دهنده گرافیت است میتواند تا میزانی توسط آلومینیوم جایگزین و از اکسیداسیون محافظت کند.
تاثیر ترکیبات شیمیایی بر خواص چدن نشکن
همهی عناصری که در آهن حل میشوند بر روی استحکام و سختی آن تاثیر میگذارند.
گوگرد: افزایش گوگرد در چدن نشکن باغث میشود برای کروی کردن گرافیتها نیاز به منیزیم هم بیشتر شود. مقدار گوگرد پس از فرایند کروی کردن تقریبا 0/015 درصد است.
کربن: مقدار کربن بین 3 تا 4 درصد تغییر میکند اما محدوده 3/6 تا 3/9 نیز قابل قبول است. جهت بالا بردن چگالی گرافیتهای کروی، کربن بیشتری در مقایسه با چدن خاکستری نیاز است.
سیلیسیوم: میزان این عنصر بین 1/8 تا 2/8 درصد متغیر است. سیلیسوم بر روی کربن معادل تاثیر میگذارد. هرچه سیلسیوم افزایش یابد تعداد کرهها نیز بالا میرود. این عنصر باعث افزایش استحکام فریت میشود اما بر افزایش دمای انتقال شکست نرم به ترد تاثیر گذار است.
فسفر: فسفر بر استحکام فریت اثر دارد اما به دلیل اثرات مضر این عنصر مقدارش در حدود 0/10 درصد تعیین شده است.
مس: مس استحکام فریت را بالا میبرد اما هدفش در چدن نشکن این نیست. زیرا مس پرلیت زا بوده و باعث حساس شدن چدن به عناصر جزیی مضر میشود.
نیکل: این عنصر استحکام فریت را بدون هیچ ضرری افزایش میدهد. بنابراین اگر تولید چدن نشکن فریتی در حال ریختگی مد نظر است باید از آلیاژ سیلیسیوم-نیکل استفاده کرد.
سایر عناصر: کنترل میزان عناصری مانند آلومینیوم، سرب، آنیتموان، تیتانیم و زیرکونیم باید با دقت انجام شود زیرا باعث ایجاد گرافیتهای رشتهای میشوند. همچنین عناصری مانند بور، آرسنیک، وانادیم، بور کرم و قلع که تشکیل کاربید آهن یا پرلیت را میسر میسازند باید کنترل شوند.
از عناصر اصلی در ساخت چدن نشکن پرلیتی میتوان به منگنز نیکل و سیلیسیوم اشاره کرد. سیلیسیوم و نیکل باعث استحکام ورقهای فریت و منگنز سبب تشکیل ورقهای سمنتیت در پرلیت میشود تا ساختار پرلیتی به وجود آید. منگنز و نیکل در کاهش دمای استحاله آستنیت به پرلیت تاثیر دارند که باعث افت ثبات پرلیت میشود. این نوع از چدن در برابر سایش مقاومت خوبی از خود نشان میدهد و برای تولید عضی از قسمتهای آسیاب سیمان، صفحات آستری و قسمتی از دستگاه سنگ شکن استفاده میشود. همچنین قلع و مس برای پرلیت زدایی کاربرد دارند.
اندازه و پخش کاربید بر خواص چدن نشکن تاثیر دارد. دو عنصر نیکل و سیلسیوم به کاربیدزایی تمایل ندارند و گرافیت زا هستند. همچنین منگنز کاربیدزا ضعیفی است و در کاربید آهن حل میشود.
کاربرد چدن نشکن
به دلیل اینکه آهن معمولی نسب به چدن نشکن سریعتر دچار فرسایش میشود و در برابر خوردگی از مقاومت کمتری برخوارد است به همین منظور در کاربردهای تحت فشار از چدن نشکن استفاده میشود. بخش زیادی از تولید چدن نشکن به ساخت لوله برای خطوط آب و فاضلاب اختصاص دارد. این محصول با مواد پلیمری مانند پلی پروپیلن، LDPE، PVC و LDPE رقابت میکند.
استفاده از چدن نشکن در ساخت قطعات خودرو مفید است. از دیگر کاربردهای صنعتی چدن داکتیل میتوان به کامیونهای کلاس ۸، پمپهای چاه نفت، کامیونهای دیزلی برونشهری و تراکتورهای کشاورزی اشاره نمود. همچنین در توربینهای بادی از چدن گرافیت کروی برای قطعات و توپیهای ساخاری مثل قاب توربین استفاده میگردد.
چدن داکتیل به ویژه در بسیاری از قطعات خودرو مفید است، جایی که مقاومت باید از آلومینیوم فراتر رود اما فولاد لزوماً مورد نیاز نیست. سایر کاربردهای مهم صنعتی شامل کامیونهای دیزلی برونشهری، کامیونهای کلاس ۸، تراکتورهای کشاورزی و پمپهای چاه نفت است. در صنعت انرژی نیز در توربینهای باد از چدن گره ای برای توپیها و قطعات ساختاری مانند قاب توربین استفاده میشود. این محصول در بسیاری از پیانوها یعنی صفحات آهنی که رشتههای پیانو با فشار بالا به آن متصل هستند دیده میشود.
بیشتر بخوانید: چدن خاکستری چیست و انواع آن
