چدن خاکستری (Gray Cast Iron) یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین انواع چدن است که به دلیل وجود گرافیت در ساختار آن، نامگذاری شده است. گرافیت در این نوع چدن به صورت ورقه‌های نازک و پراکنده در ماتریس فلزی حضور دارد و همین ویژگی باعث می‌شود تا چدن خاکستری در مقطع شکسته شده، رنگی خاکستری به خود بگیرد. این چدن به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و قابلیت ریخته‌گری عالی در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آنالیز چدن خاکستری

آنالیز شیمیایی چدن خاکستری شامل بررسی دقیق ترکیب شیمیایی آن است که تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی و فیزیکی نهایی دارد. ترکیبات اصلی شامل:

• کربن (2.5% تا 4%): کربن عنصر اصلی تشکیل‌دهنده چدن خاکستری است که به شکل گرافیت ورقه‌ای در ماتریس فلزی حضور دارد. مقدار کربن تأثیر زیادی بر سختی، شکنندگی و قابلیت ریخته‌گری چدن دارد.

• سیلیسیم (1% تا 3%): سیلیسیم نقش مهمی در تشکیل گرافیت و تثبیت فازهای مختلف در ماتریس فلزی دارد. افزایش سیلیسیم به تشکیل گرافیت ورقه‌ای بیشتر و کاهش تشکیل کاربید آهن کمک می‌کند.

• منگنز (0.3% تا 1%): منگنز به حذف گوگرد از مذاب کمک می‌کند و خواص مکانیکی چدن را بهبود می‌بخشد.

• فسفر و گوگرد (کمتر از 0.1%): این عناصر به صورت ناخالصی حضور دارند و باید به حداقل مقدار ممکن کاهش یابند تا از ایجاد تردی و شکنندگی در چدن جلوگیری شود.

مزایا و معایب چدن خاکستری

مزایا:

• مقاومت به سایش: گرافیت موجود در چدن خاکستری، به عنوان یک ماده روان‌کننده داخلی عمل می‌کند و مقاومت به سایش را افزایش می‌دهد.

• قابلیت ریخته‌گری: چدن خاکستری به دلیل سیالیت خوب و قابلیت پر کردن قالب‌های پیچیده، به راحتی قابل ریخته‌گری است.

• خواص دمپینگ بالا: ساختار گرافیتی چدن خاکستری خواص دمپینگ بالایی دارد که در کاهش لرزش‌ها و صداها مؤثر است.

• هزینه تولید پایین: فرآیند تولید و ریخته‌گری چدن خاکستری به نسبت ساده‌تر و ارزان‌تر است.

معایب:

• شکنندگی: چدن خاکستری به دلیل ساختار گرافیتی و حضور فازهای شکننده، در برابر تنش‌های ضربه‌ای مقاومت کمتری دارد.

• مقاومت کم به ضربه: چدن خاکستری نمی‌تواند بارهای ضربه‌ای و دینامیکی بالا را تحمل کند.

• قابلیت جوشکاری پایین: به دلیل حضور گرافیت، جوشکاری این نوع چدن با مشکلاتی همراه است و نیاز به تکنیک‌های خاص دارد.

چدن خاکستری پرلیتی

چدن خاکستری پرلیتی (Pearlitic Gray Cast Iron) نوعی از چدن خاکستری است که دارای ساختار پرلیتی به عنوان فاز اصلی است. پرلیت ترکیبی از فریت و سمنتیت است که به صورت لایه‌های متناوب در ماتریس فلزی حضور دارد. این ساختار خواص مکانیکی مطلوبی از جمله:

• سختی بالا: ساختار پرلیتی باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش می‌شود.

• مقاومت به سایش: این نوع چدن در برابر سایش و خوردگی مقاوم‌تر است.

• استحکام مناسب: ترکیب فریت و سمنتیت استحکام مطلوبی به چدن می‌بخشد.

این نوع چدن معمولاً در ساخت قطعاتی که نیاز به مقاومت بالا دارند، مانند قطعات ماشین‌آلات صنعتی، استفاده می‌شود.

کاربرد چدن خاکستری

چدن خاکستری در صنایع مختلف به دلیل خواص منحصر به فردش کاربردهای گسترده‌ای دارد:

• صنعت خودروسازی: برای ساخت بلوک‌های موتور، سرسیلندر، دیسک‌های ترمز و قطعات سیستم تعلیق.

• صنعت ماشین‌سازی: برای تولید بدنه ماشین‌آلات، چرخ‌دنده‌ها، بوش‌ها و قطعات مختلف.

• صنعت لوله‌سازی: برای تولید لوله‌های فشار قوی، اتصالات و شیرآلات.

• صنعت ساختمان: برای ساخت نرده‌ها، پنجره‌ها، درها و سایر اجزای ساختمانی.

• صنعت ابزارسازی: برای تولید قالب‌ها، تجهیزات و ابزارهای مختلف.

چدن خاکستری متالوگرافی

متالوگرافی چدن خاکستری شامل بررسی ریزساختار این چدن با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی است. در این بررسی‌ها، ساختار گرافیتی و نحوه توزیع آن در زمینه فلزی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این اطلاعات می‌تواند به درک بهتر خواص مکانیکی و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید کمک کند. مهمترین ویژگی‌های متالوگرافی چدن خاکستری عبارتند از:

• ساختار گرافیتی: گرافیت به صورت ورقه‌های نازک و پراکنده در ماتریس فلزی حضور دارد.

• فازهای زمینه: ماتریس فلزی شامل فریت، پرلیت و سایر فازهای ممکن است که بر خواص مکانیکی تأثیر می‌گذارند.

• توزیع گرافیت: نحوه توزیع و اندازه گرافیت‌ها بر روی خواص نهایی چدن تأثیرگذار است.