چدن، آلیاژی از آهن، کربن و سیلیکون، یکی از مواد پرکاربرد در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ماشین‌سازی و ساخت‌وساز است. دو نوع رایج چدن، یعنی چدن خاکستری و چدن داکتیل، به دلیل تفاوت در ساختار، خواص مکانیکی و کاربردها، جایگاه ویژه‌ای در مهندسی دارند. این دو نوع چدن با وجود شباهت‌های اولیه، ویژگی‌های متفاوتی دارند که انتخاب آن‌ها را برای پروژه‌های خاص متمایز می‌کند.
ساختار و ترکیب شیمیایی
چدن خاکستری و چدن داکتیل هر دو از آهن، کربن (معمولاً 2.5 تا 4 درصد) و سیلیکون تشکیل شده‌اند، اما تفاوت اصلی در ساختار میکروسکوپی آن‌هاست. در چدن خاکستری، کربن به‌صورت پولک‌های گرافیتی پراکنده در زمینه فلزی وجود دارد. این ساختار پولکی باعث می‌شود چدن خاکستری شکننده باشد، اما خواصی مانند جذب ارتعاش و مقاومت به سایش را به آن می‌بخشد. چدن داکتیل، که به چدن نشکن نیز معروف است، حاوی گرافیت به‌صورت کروی (نودولار) است که با افزودن عناصری مانند منیزیم یا سریم به مذاب ایجاد می‌شود. این ساختار کروی استحکام و انعطاف‌پذیری بیشتری به چدن داکتیل می‌دهد.
خواص مکانیکی
خواص مکانیکی چدن خاکستری و داکتیل تفاوت قابل‌توجهی دارند. چدن خاکستری به دلیل ساختار پولکی گرافیت، مقاومت فشاری خوبی دارد، اما مقاومت کششی و چقرمگی آن پایین است. این ویژگی باعث می‌شود در برابر ضربه شکننده باشد و به‌راحتی ترک بخورد. با این حال، چدن خاکستری به دلیل اصطکاک کم و قابلیت جذب ارتعاش، برای کاربردهایی که نیاز به پایداری در برابر لرزش دارند، مناسب است. در مقابل، چدن داکتیل به دلیل گرافیت کروی، مقاومت کششی، چقرمگی و انعطاف‌پذیری بالاتری دارد. این چدن می‌تواند تنش‌های دینامیکی را تحمل کند و در برابر ضربه مقاومت بیشتری نشان دهد، که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای قطعات تحت فشار تبدیل می‌کند.
قابلیت ماشین‌کاری و ریخته‌گری
چدن خاکستری به دلیل وجود پولک‌های گرافیتی که به‌عنوان روان‌کننده عمل می‌کنند، قابلیت ماشین‌کاری عالی دارد. این ویژگی باعث می‌شود برش، تراش و سوراخ‌کاری آن آسان‌تر باشد و هزینه‌های تولید کاهش یابد. همچنین، چدن خاکستری در فرآیند ریخته‌گری سیالیت خوبی دارد و به‌راحتی در قالب‌های پیچیده شکل می‌گیرد. چدن داکتیل، اگرچه همچنان قابل ماشین‌کاری است، به دلیل ساختار متراکم‌تر و استحکام بالاتر، نیاز به ابزارهای قوی‌تر و فرآیندهای دقیق‌تر دارد. ریخته‌گری چدن داکتیل نیز پیچیده‌تر است، زیرا افزودن منیزیم و کنترل دقیق فرآیند برای ایجاد گرافیت کروی ضروری است.
مقاومت در برابر خوردگی و سایش
چدن خاکستری به دلیل ساختار پولکی، مقاومت متوسطی در برابر خوردگی دارد، اما در محیط‌های مرطوب یا شیمیایی ممکن است سریع‌تر زنگ بزند. با این حال، این چدن به دلیل وجود گرافیت، مقاومت خوبی در برابر سایش نشان می‌دهد، که آن را برای سطوحی که در معرض اصطکاک هستند مناسب می‌کند. چدن داکتیل مقاومت بهتری در برابر خوردگی دارد، به‌ویژه در گریدهایی که حاوی نیکل یا کروم هستند. این ویژگی، همراه با استحکام بالاتر، چدن داکتیل را برای کاربرد در محیط‌های خورنده، مانند سیستم‌های لوله‌کشی آب یا فاضلاب، مناسب‌تر می‌کند.
کاربردهای صنعتی
چدن خاکستری به دلیل هزینه پایین، قابلیت جذب ارتعاش و ماشین‌کاری آسان، در کاربردهایی که نیاز به استحکام کششی بالا نیست، استفاده می‌شود. این چدن برای ساخت پایه‌های ماشین‌آلات، بلوک‌های موتور، دیسک‌های ترمز و قطعات سنگین مانند قاب‌های صنعتی مناسب است. توانایی آن در کاهش لرزش، آن را برای تجهیزات سنگین که پایداری حیاتی است، ایده‌آل می‌کند. چدن داکتیل، با استحکام و انعطاف‌پذیری بالاتر، در قطعاتی که تحت تنش‌های دینامیکی یا فشار بالا هستند، مانند میل‌لنگ‌ها، چرخ‌دنده‌ها، لوله‌های فشارقوی و قطعات تعلیق خودرو، کاربرد دارد. این چدن همچنین در سازه‌هایی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه دارند، مانند شیرآلات صنعتی، استفاده می‌شود.
هزینه و تولید
چدن خاکستری به دلیل فرآیند تولید ساده‌تر و عدم نیاز به افزودنی‌های گران‌قیمت مانند منیزیم، هزینه کمتری دارد. این ویژگی آن را به گزینه‌ای اقتصادی برای قطعات بزرگ و غیرحساس تبدیل کرده است. تولید چدن داکتیل پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر است، زیرا نیاز به کنترل دقیق ترکیب شیمیایی و فرآیندهای خاص برای ایجاد گرافیت کروی دارد. با این حال، خواص مکانیکی برتر چدن داکتیل، هزینه بالاتر را در کاربردهایی که استحکام و دوام حیاتی هستند، توجیه می‌کند.
تفاوت چدن خاکستری و چدن داکتیل در ساختار میکروسکوپی، خواص مکانیکی، قابلیت ماشین‌کاری، مقاومت به خوردگی و کاربردهای صنعتی آن‌ها نهفته است. چدن خاکستری با ساختار پولکی، هزینه کم و جذب ارتعاش، برای قطعاتی که نیاز به پایداری و ماشین‌کاری آسان دارند، مناسب است. چدن داکتیل با گرافیت کروی، استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت بالاتر، برای کاربردهای تحت تنش و محیط‌های خورنده ایده‌آل است.
منبع: ابرار صنعتی
