کارکرد شمش چدن در صنعت فولاد
صدها سال است که مردم از شمش در طی فرآوری فلزات مختلف استفاده میکنند. چراکه حملونقل شمش آسان بوده و جهت استفاده در صنایع مختلف، دارای کاربرد راحتتری است. لازم به ذکر است که اندازه و شکل یک شمش، متفاوت است. با این حال، این محصولات معمولاً به شکل قطعات مستطیلی شکل که به اندازه کافی کوچک بوده و به راحتی قابل حمل هستند، ساخته میگردد. به نمونهای از این شمشها، میتوان به شمش چدن اشاره داشت.
لازم به ذکر است که شمش چدن ممکن است با اطلاعاتی در مورد خلوص آنها همراه باشد، که برای کمک به افرادی که از این شمشها در پردازش فلزات استفاده میکنند طراحی شده است. دانستن اینکه در یک شمش چدن چه ناخالصیهایی وجود دارد میتواند به افراد در مدیریت استفاده از شمش چدن، کمک شایانی نماید. جهت شناخت بهتر ماهیت شمش چدن پیشنهاد میکنیم تا انتهای مطلب، همراه ما باشید.
نقش آهن در متالورژی
پیش از آنکه به بررسی شمش چدن به انگلیسی (Cast iron ingots) و ماهیت آن بپردازیم، بهتر است مروری بر ماده اصلی تشکیلدهنده این شمش یعنی آهن داشته باشیم. به طور کلی، آهن یکی از فراوانترین عناصر روی این سیاره و شاید یکی از مهم ترین منابع کره زمین است که به صورت سنگ آهن موجود است و در بسیاری از نقاط جهان، کاربردهای صنعتی متعددی دارد. آهن یک عنصر فلزی با عدد اتمی26 و فراوانترین عنصر موجود در پوسته زمین است. انسان از زمان تمدن اولیه، همواره آهن را شناخته و از آلیاژهای آهنی مختلفی استفاده میکرده است. افزودن کمیکربن، آهن را چندین برابر قدرتمندتر و همه کارهتر میکند. کربن اضافه شده در مقادیر ثابت (2/0 تا 2 درصد) منجر به تولید فولاد، چند منظورهترین عنصر ساختاری در جهان میشود. همچنین آهن را میتوان به شمش چدن تبدیل نمود که از کاربردهای صنعتی بسیاری برخوردار است. در ادامه به بررسی ماهیت و انواع شمش چدن پرداخته میشود.
ماهیت و خصایص
برای اکثر افرادی که در صنعت فلزکاری کار میکنند، شمش چدن باید نوعی ماده آشنا باشد. این ماده یک نوع آلیاژ فرو کربن است که حاوی بیش از 2.11 درصد کربن و مقادیر کمیاز Si، منگنز، S و P است. لازم به ذکر است که چدن دارای قابلیت ریختهگری عالی، جذب ضربه، مقاومت در برابر سایش و ماشینکاری برشی است. همچنین از فرآیند تولید ساده و کم هزینهای برخوردار است. به همین دلیل است که امروزه چدن، یکی از پرکاربردترین مواد فلزی در حوزه مهندسی است.
طبقهبندی چدن
ساختار و فرمول شیمیایی شمش چدن عمدتاً Fe و Fe3C است. کربن در چدن عمدتاً به شکل سیمانیت و گرافیت یافت میشود. بنابراین، با توجه به اشکال مختلف کربن در این ماده، میتوان آن را به دو دسته زیر طبقه بندی کرد:
چدن سفید
این ماده به شکل سمنتیت (Fe3C) وجود داشته و مایل به سفید است. از این شمش چدن، عمدتاً بهعنوان مواد خام فولادسازی و تولید قطعات مقاوم در برابر سایش بالا (کویل، گاوآهن) استفاده میشود.
چدن خاکستری
این ماده پر مصرفترین ماده چدن با بهترین عملکرد ریختهگری بوده و سطح شکستگی آن خاکستری مایل به سیاه است. لازم به ذکر است که گرافیت روی چدن خاکستری، میتواند ماتریس را شکافته کند. بنابراین وجود گرافیت، موجب کاهش خواص مکانیکی چدن میشود. با این حال، وجود گرافیت همچنین ریخته گری چدن، جذب ضربه و مقاومت در برابر سایش را فراهم میکند. گرافیت روی چدن خاکستری میتواند ماتریس را شکافته کند. بنابراین وجود گرافیت موجب کاهش خواص مکانیکی چدن میشود که منجر به عدم توانایی در آهنگری چدن میشود. با این حال، وجود گرافیت همچنین موجب قابلیت ریخته گری چدن، جذب ضربه و مقاومت در برابر سایش میشود.
گرافیتسازی
فرآیندی که در آن اتمهای کربن از چدن برای تشکیل گرافیت رسوب میکنند، گرافیت شدن نامیده میشود. این گرافیتها را میتوان از مایعات یا آستنیت، رسوب داد یا از طریق ترکخوردگی سیمانیت به دست آورد. بهعنوان مثال، گرافیت در چدن خاکستری و چدن گلولهای آسیاب شده، بیشتر از چدن مایع رسوب میکند. گرافیت چدن چکش خوار از ترکاندن سمنتیت در چدن سفید پس از بازپخت طولانی مدت به دست میآید. اگر گرافیتی شدن به اندازه کافی قابل انجام باشد. چدن خاکستری و چدن سفید را میتوان به دست آورد. در یک کلام، نوع ساختار چدن بستگی به درجه گرافیت شدن دارد.
انواع چدن خاکستری انواع و خواص آن
با توجه به مورفولوژی گرافیت در چدن خاکستری، میتوان شمش چدن را به صورت زیر تقسیم کرد:
چدن خاکستری
خواص آن به ساختار بدنه و مورفولوژی گرافیت بستگی دارد. شکستگی لایه گرافیت روی زمینه فولادی، پیوستگی و یکپارچگی ماتریس را از بین برده و مقاومت فشاری چدن خاکستری را مشابه فولاد میکند. بنابراین، از چدن خاکستری معمولی به طور گستردهای بهعنوان قطعات تحت بار فشار، مانند بلبرینگ، بدنه ماشین ابزار و غیره استفاده میشود.
چدن چکش خوار
اگرچه انعطاف پذیری و دوام چدن چکش خوار بهتر از چدن خاکستری است، اما هنوز نمیتوان آن را شکست داد! این چدن به دلیل استحکام، انعطافپذیری و چقرمگی ضربه میتواند مقداری جایگزین مقداری از فولاد کربنی شود.
چدن داکتیل
چدن داکتیل خواص مکانیکی مشابه فولاد داشته و میتوان از آن بهجای فولاد ریختهگری و فولاد آهنگری استفاده کرد. به طور کلی از چدن داکتیل برای تولید قطعات مقاوم در برابر سایش با بار سنگین و کشش پیچیده مانند میل لنگ، شاتون، چرخ دنده، شفت و ... استفاده میشود.
چدن گرافیت ورمیکول
چدن گرافیت ورمیکولار با افزودن مقدار مناسبی از ماده ورمیکولار کننده به آهن مذاب ساخته میشود. روش آن اساساً مانند چدن گلولهای است. در واقع، چدن گرافیت ورمیکول، نوع جدیدی از مواد چدنی با استحکام بالا است. استحکام این چدن، نزدیک به چدن گلولهای است و چقرمگی خاصی داشته و مقاومت سایشی بالایی دارد. همچنین دارای همان خواص ریختهگری و هدایت حرارتی خوب چدن خاکستری است. لازم به ذکر است که در حال حاضر از این چدن با موفقیت در مبدلهای حرارتی فشار بالا، سیلندر و سر موتور احتراق داخلی، آستر سیلندر، قالب شمش، شیر هیدرولیک و سایر ریختهگریها در ساختمانهای مرتفع استفاده شده است.
شایان ذکر است که تولید این پلتها به طور کلی شامل دو مرحله است:
- شکلگیری گرانولهای رطوبت گرفته به میزان مناسب که از سنگ آهن بر روی گندلهساز تهیه میشود.
- گلولهها درون ماشینهای برشتهسازی قرار میگیرد تا آنجایی که بتواند تاب حملونقلهای طولانی، بارگیری پیدرپی، حرارت و ذوب شدن در کورهها را به دست آورند.
نتیجهگیری
این ماده یکی از فراوردههای مهم و کارآمد در حوزه آهن معدن به شمار میآید که در عرصههای گوناگون محصولات گستردهای را تهیه میکند؛ به همین علت مصرف این ماده در صنعت فولاد بسیار بالا بوده و همین نکته موجب شد تا قیمت آن با توجه به میزان عرضه متغیر باشد. ویژگیهایی که این ماده اعماز مکانیکی مناسب، ریختهگری با کیفیت و بهرهبری بالای در روند تولید بالا آن را به مادهای ضروری در صنایع فولاد و آهن کرد.
[…] چدن […]