چدن سفید چیست؟ - آریا مذاب

آهن، عنصری کلیدی و پراستفاده در جهان است که با ترکیب شدن با عناصر دیگر، آلیاژهای متنوعی را تشکیل می‌دهد. در این میان، چدن و انواع مختلف آن از ترکیب آهن با مقادیر قابل توجهی کربن به دست می‌آیند. چدن سفید به عنوان یکی از پرکاربردترین انواع چدن شناخته می‌شود.

نام “چدن سفید” از رنگ سطح شکست این آلیاژ گرفته شده است که ظاهری سفیدرنگ دارد. در این نوع آلیاژ چدنی، کربن اضافی به صورت سمنتیت کروی (spherical cementite) ظاهر می‌شود که این ویژگی، خواص منحصر به فردی به آن می‌بخشد. برای دستیابی به چنین ریزساختاری، فرآیند ریخته‌گری چدن و عملیات حرارتی مرتبط با آن باید با دقت فراوان انجام پذیرد.

تعريف چدن سفيد

در دنياي بزرگ فلزات آهني، ممکن است که شما هم همچون من در ميان اصطلاحات مختلف سردرگم شويد و ندانيد که هر آلياژ، چه تعريف، انواع و خواصي دارد. بنابراين، اولین بخش مقاله را با تعريف چدن سفيد، آغاز مي‌کنيم.
در این نوع چدن، به دلیل نرخ سرد شدن بالا، کربن اضافی به جای گرافیت، به شکل سمنتیت یا کاربید آهن در می‌آید و با توجه به این که فاز سمنتیت سفید رنگ است، سطح مقطع شکست کریستالی این نوع آلیاژ چدنی به رنگ سفید دیده می‎شود که همین ویژگی، منجر به این نوع نامگذاری شده است.
وجود سمنتیت یا کاربید آهن، موجب شده که این نوع آلیاژ چدنی مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش داشته باشد، با این حال بسیار شکننده و ترد است و مناسب کاربردهایی که نیاز به چقرمگی بالا دارند، نیست.
ذرات کاربید آهن درشت در ریزساختار چدن سفید، باعث افزایش سختی آن می‌شود و در عین حال، قابلیت ماشین کاری آن را کاهش می‌دهد.
چدن سفید، یکی از انواع این آلیاژ است که از ترکیب شیمیایی خاص آن حاصل می‌شود.

انواع چدن سفید

انواع چدن سفید، در دو نوع گرافیت دار و بدون گرافیت دسته‌بندی می‌شوند. نوع اين آلياژ، به ریز ساختار نهایی آن که می‌تواند ترکیبی از کاربیدهای یوتکتیک پیوسته، ذرات کاربید ثانویه، پرلیت، بینیت، مارتنزیت و آستنیت باقی‌مانده در چدن‌های سفید تشکیل شود که وجود هر یک از این فازها در ریزساختار، خواص متفاوت سایشی را منجر خواهد شد.
چدن‌های بدون گرافیت خود دارای سه نوع پرلیتی، مارتنزیتی و پرکروم هستند و چدن‌های سفید دارای گرافیت نیز در انواع آستنیتی، فریتی و سوزنی تولید می‌شوند. هر یک از این انواع، به دلیل نوع تولید متفاوت این ریزساختارها را خواهند داشت.
در حقیقت ريخته گری چدن، در نهايت بر ریزساختار آن نيز اثر مي‌گذارد.

در ادامه، به معرفی هر یک از این انواع خواهیم پرداخت:

چدن سفید پرلیتی
چدن مذکور، دارای ریزساختار مخلوط از کاربید یوتکتیک M3C پیوسته و پرلیست است. چنین آلیاژی، در کاربردهایی که نیاز به چقرمگی و مقاومت به سایش کمتری دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مارتنزیتی
این نوع، که با نام چدن سفید نیکل – کروم یا نیکل سخت نیز شناخته می‌شود، از انواع بسیار قدیمی چدن‌های پرآلیاژ به شمار می‌رود که در صنعت کاربردهای فراوان دارد. از این آلیاژ اغلب برای خرد کردن و آسیاب کردن استفاده می‌شود.
نیکل و کروم، هر دو ضمن افزایش استحکام، منجر به بهبود مقاومت به خوردگی در این آلیاژ نیز می‌شوند.

پرکروم
در این نوع چدن سفید پرآلیاژ، با دارا بودن کروم بالا، مقاومت به سایش خوبی داشته و از بهترین ترکیب‌ها که دارای مقاومت به سایش و چقرمگی توامان است، به شمار می‌رود. این نوع آلیاژ چدنی، امکان ریخته‌گری عظیم برای قطعات با وزن بالا را می‌دهد.
وجود کاربیدهای کروم در این نوع، موجب می‌شود که سختی نیز افزایش یابد. سختی کاربیدهای یوتکتیک که در این نوع نیز دیده می‌شوند و به شکل میله‌های هگزاگونال توخالی هستند، در حدود ۱۵۰۰ تا ۱۷۰۰ ویکرز است.

آستنیتی
در نوع آستنیتی، معمولا از ۱۸ درصد نیکل استفاده می‌شود که وجود درصد بالای نیکل در ترکیب شیمیایی آن، موجب افزایش مقاومت به خوردگی و مقاومت به حرارت آن‌ها خواهد شد.

چدن سفید فریتی
این نوع، حاوی ۵ تا ۱۵ درصد سیلیسیم است که وجود این میزان سیلیسیم، مقاومت به خوردگی و حرارت آن را افزایش می‌دهد.

سوزنی
این نوع چدن، معمولا دارای گرافیت است که استحکام و همچنین مقاومت به سایش بالایی دارد.

کاربرد چدن سفید

چدن سفيد، به دلیل ویژگی‌هایی که دارد، در مصارفی که انعطاف آلیاژ مهم است نمی‌تواند مورد استفاده قرار گیرد چون آلیاژی بسیار ترد است. این در حالی است که با توجه به سختی بسیار خوب و مقاومت سایشی بسیار بالایی که دارد، برای کاربردهایی که سایش در آن‌ها بالا است، گزینه مناسبی به شمار می‌رود، ضمن اینکه قیمت آن نیز مناسب است. از جمله این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پروانه توربین
• ساختمان پل‌ها
• ماشین آلات سنگین
• تجهیزات نفتی
• ماشین آلات حفاری
• نوار نقاله
• سیستم پمپاژ
• دیسک‌ها و سطوح ضدسایش در صنایع نیروگاهی
• قطعات کلاچ و دیسک ترمز خودروها
• لوله‌های هیدرولیکی
• پیستون‌ها

چدن سفید چه ویژگی‌ها و خواصی دارد؟

به طور کلی، خواص مکانیکی چدن سفید به درصد کربن، نوع و درصد عناصر آلیاژی آن و همچنین میزان سمنتیتی که در ریز ساختار آن ایجاد شده است بستگی دارد.
به طور کلی می‌توان دو ویژگی مهم را برای اين آلياژ عنوان کرد: سختی بالا و مقاومت به سایش بسیار خوب. اگرچه، چقرمگی این آلیاژ پایین است و نمی‌توان از آن در محیط‌هایی استفاده کرد که تردی قطعه به کاربرد آن آسیب می‌زند.
در ریزساختار آن معمولا سمنتیت و پرلیت ترد و شکننده وجود دارد که منجر به تردی قطعه نیز می‌شوند. با افزودن مقادیری نیکل و کروم، می‌توان چقرمگی را بهبود بخشید.
شکننده بودن این آلیاژ چدن، موجب شده که ماشینکاری آن تقریبا غیرممکن باشد. برش آن بسیار سخت است و به ابزارهای بسیار سخت و قوی برای برش نیاز دارد.

تفاوت چدن سفید و خاکستری و مالیبل

شناخت تفاوت‌های انواع چدن به داشتن یک انتخاب درست برای یک کاربرد، کمک شایانی می‌کند. تفاوت چدن سفید و خاکستری و مالیبل، به نوع ترکیب شیمیایی آن‌ها یا عملیات حرارتی که روی آن‌ها اعمال می‌شود برمی‌گردد.

تفاوت چدن سفید و ماليبل

به طور کلی، چدن مالیبل نسبت به نوع سفید، چکش‌خواری و انعطاف‌ بالاتری دارد و به همین دلیل، می‌تواند در کاربردهایی که نیاز به چقرمگی خوب است، مورد استفاده قرار گیرد. در مقابل، یکی از ویژگی‌های مهم که باید در کاربردها مورد توجه قرار گیرد، ترد بودن چدن سفید است.
چدن مالیبل ساختار حبابی دارد اما چدن سفید، دارای یک ساختار متراکم با مقاومت به ضربه پایین است. در کنار این ویژگی‌ها و تفاوت‌ها مي‌توان به مقاومت به زنگ زدگي بالاتر چدن ماليبل نسبت به سفيد اشاره کرد.

تفاوت چدن خاکستری و سفيد

در تفاوت چدن سفید و خاکستری، بايد گفته که چدن خاکستری، سطح شکست خاکستری دارد و برخلاف چدن سفید که سرعت سرد شدن در آن بالا است، با سرعت آهسته سرد مي‌شود. در نتيجه اين عمليات سرد شدن، لايه‌های گرافیت در آن تشکیل شده و در لابه‌لای کریستال‌ها قرار می‌گیرند که در نهایت منجر به سطح شکست خاکستری آن خواهد شد.

کلام پایانی

اين مقاله، به شرح و تعريف چدن سفید به عنوان يک آلياژ پرکاربرد قديمي در صنعت که سالهاست مورد استفاده قرار مي‌گيرد، اختصاص داده شد. اين آلیاژ، با مقاومت به سایش، استحکام و سختي بالا توليد شده و به دليل ترد بودن و چقرمگي پايين، مناسب کاربردهايي که به انعطاف نياز دارند، نيست.

ریخته گری لوله استیل نسوز

ریخته گری گریز از مرکز

ریخته گری استیل ca6nm

ریخته گری استیل ۳۰۴

ریخته گری استیل ۳۱۶