چدن چکش خوار یا مالیبل

چدن‌ها دسته‌ای از آلیاژهای پایه آهنی هستند که درصد کربن آن‌ها به بیش از 14/2 درصد می‌رسد. در بین این آلیاژها، گروهی از چدن هستند که خاصیت فرم‌پذیری، چقرمگی و استحکام مطلوبی دارند و همین‌طور قابلیت ماشین‌کاری آن‌ها نیز بسیار عالی است؛ این چدن‌ها را با نام چدن‌های مالیبل می‌شناسند. چدن مالیبل همان چدن چکش خوار است که مشخصات و ویژگی‌های مختص به خود را دارد. حال اینکه چدن‌های معروف به مالیبل چه خصوصیاتی دارند و چگونه ساخته می‌شوند را در ادامه به صورت کامل توضیح داده‌ایم. با ما همراه باشید.

چدن مالیبل چیست؟

چدن مالیبل یا چکش خوار (Malleable Cast Iron) نوعی چدن غیر آلیاژی یا کم آلیاژی است که تحت عملیات حرارتی آنیل قرار می‌گیرد. در زمان فرآیند ریخته‌گری، کربن به شکل ترکیبی با آهن منجمد شده که باعث ایجاد چدن سفید می‌شود. این چدن باید از عملیات حرارتی عبور کند تا کربن به حالت گرافیت، جوانه زده و رشد کند. در جریان این پروسه، ساختار از مدل ترد و آسیب‌پذیر به حالت چکش خوار تغییر می‌کند. همچنین، کربن در شاکله این چدن به شکل کلوخه‌هایی از گرافیت با اشکال نامنظم درمی‌آید.

به این ترتیب، چدن‌های موسوم به مالیبل دارای کلوخه‌های گرافیتی هستند و همچون چدن داکتیل کروی نیستند. ضمن اینکه ریزساختارهای این چدن به صورتی است که آن را جهت مصارف نیازمند به ماشین‌کاری و چقرمگی مناسب می‌کند. به همین خاطر است که می‌توان آن را خم کرد، بدون اینکه دچار ترک‌خوردگی شود. از سایر مشخصات چدن‌ مالیبل یا چکش خوار می‌توان به مقاومت کششی فوق‌العاده، استقامت در زمان سایش، ضربه و خوردگی اشاره کرد.

ساخت چدن چکش خوار چگونه است؟

همان‌طور که اشاره شد، چدن چکش خوار دارای کربن‌هایی به شکل کره یا کلوخه از گرافیت است و در ابتدا به حالت چدن سفید و با ترکیب شیمیایی مطلوب ریخته می‌شود و بعد در حین آنیلینگ از سمنتیت چدن سفید گرافیت جوانه می‌زند و به حالت کروی رشد می‌کند. همچنین، با تغییر عملیات آنیل می‌توان چدن‌های چکش خوار با مشخصات مکانیکی متفاوت تولید کرد. درضمن، برای ساخت چدن سفید نیاز به انجماد سریع است؛ به همین دلیل، ضخامت محدودی دارد. بعد از پایان مرحله نخست آنیل، شاکله اصلی دارای کربن برفکی در آستنیت اشباع‌شده از کربن است. ضمن اینکه در مرحله دوم نیز می‌توان با کنترل سرعت خنک کردن، ساختار را از فریت تا پرلیت تغییر داد.

ترکیب شیمیایی چدن چکش خوار

ترکیب شیمیایی چدن مالیبل یا چکش خوار در جدول قید شده است. ضمنا، برخی مواقع مقدار ناچیزی کروم، نیکل، مولیبدن، مس و بور نیز در ساختار آن دیده می‌شود.

خواص مکانیکی چدن چکش خوار

چدن چکش خوار به علت برخورداری از گرافیت گره‌دار و ماتریس فلزی با کربن کم دارای شکل‌پذیری و چقرمگی بسیار خوبی است. این خواص مکانیکی مطلوب باعث استفاده از آن در قطعات نیازمند به ماشین‌کاری شده است. همچنین، این چدن به دلیل مقاومت فوق‌العاده‌اش در برابر سایش، در قطعاتی که نیاز به استقامت بالا دارند، به کار گرفته می‌شود. درکل، چدن‌های معروف به چکش خوار از جهت مشخصات مکانیکی، در قطعات ریخته‌گری‌شده با مقاطع نازک استفاده می‌شوند.

عملیات حرارتی چدن مالیبل چگونه است؟

چدن سفید در زمان عملیات آنیل تا محدوده دمایی ۹۰۰ الی ۹۵۰ درجه سانتی‌گراد به آرامی گرم می‌شود. درواقع، قطعات در این بازه دمایی قرار می‌گیرند تا همه کاربیدها تجزیه شوند. ضمنا، گرافیت‌زایی با سرعت بسیار کمی انجام می‌گیرد و یک پروسه زمانبر است؛ به همین جهت، قطعات باید بیش از ۲۰ ساعت در این فضا نگهداری شوند. البته چنانچه قطعات بسیار ضخیم باشند، زمان نگهداری آن‌ها به ۷۲ ساعت هم می‌رسد. ساختار به دست آمده در مرحله نخست، متشکل از کربن تمپرشده برفکی است.

قطعات بعد از مرحله اول در دمای ۷۶۰ درجه سانتی‌گراد با سرعت متوسط خنک می‌شوند. سرعت سرد شدن نیز به دستگاه‌های تولیدکنندگان بستگی دارد و معمولا حدود ۲ الی ۶ ساعت است. در فاز دوم عملیات حرارتی هم، قطعات با سرعت ۵ الی ۱۰ درجه سانتی‌گراد در ساعت خنک شده تا واکنش یوتکتوئید تکمیل شود. در جریان سرد شدن آهسته، کربن محلول در آستنیت به گرافیت تبدیل شده و در کربن تمپرشده رسوب می‌کند و باقی آستنیت نیز تبدیل به فریت می‌شود. بعد از اتمام گرافیت‌زایی، شاکله نهایی کربن تمپرشده در زمینه فریتی حاصل خواهد شد.

چدن چکش خوار چه تفاوتی با سایر چدن‌ها دارد؟

چدن چکش خوار یا چدن مالیبل نسبت به سایر چدن‌ها مانند چدن خاکستری دارای مقاومت و شکل‌پذیری بهتری است. این چدن، استقامت خوبی در برابر ضربه از خود نشان می‌دهد و در عین حال، انعطاف‌پذیر است. به‌علاوه، استحکام و فرم‌پذیری چکش خوار در مقایسه با چدن داکتیل بهتر است و در مقابل، چدن داکتیل از نظر مقاومت ضربه، برتری دارد. چدن مالیبل نیز در زمان مقاومت سایشی واکنش مناسب‌تری از خود نشان می‌دهد. درضمن، یکی از بزرگترین نقاط ضعف چدن‌های چکش خوار، انقباضشان در حین خنک شدن و انجماد است.

انواع چدن چکش خوار

از انواع چدن مالیبل یا چکش خوار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

·        چدن مغز سیاه

چنانچه عملیات حرارتی در اتمسفر خنثی انجام بگیرد، محصولی با گرافیت‌های شبه کروی در زمینه فریتی حاصل می‌شود. این چدن دارای سطح مقطع شکست سیاه رنگ است؛ به همین دلیل، آن را چدن مالیبل مغز سیاه می‌نامند. چدن مغز سیاه امکان داشتن ساختار فریتی یا پرلیتی را دارد. مدل فریتی آن، نرم‌تر و منطف‌تر است؛ اما نوع پرلیتی ساختار سخت و شکننده‌ای دارد.

·        چدن مالیبل با زمینه پرلیتی

این چدن مالیبل متشکل از گرافیت‌های برفکی در زمینه پرلیتی است که در مقایسه با مدل فریتی دارای مقاومت بالا و انعطاف‌پذیری کمی است. چدن مالیبل با زمینه پرلیتی در سال‌های قبل توسط عملیات آنیل چدن‌های مغز سیاه با منگنز تولید می‌شد؛ اما امروزه با ترفندهایی همچون خنک کردن سریع چدن با ترکیب شیمیایی مدل مغز سیاه معمولی در فرآیند تمپر کردن به دست می‌آید.

·        چدن مغز سفید

اگر عملیات حرارتی بر روی چدن سفید در یک فضای اکسیدکننده صورت بگیرد، کربن سطح می‌سوزد و به شکل گاز خارج می‌شود. درنهایت، کربن در لایه‌های زیرین به طرف سطح قطعه حرکت می‌کند و چدنی تشکیل می‌دهد که سطح شکست آن سفید رنگ است. ریزساختار چدن مالیبل مغز سفید نیز به حالت قسمت‌های کوچکی از پرلیت و کربن داخل زمینه فریتی است. درون ریزساختار هم نواحی سطحی، میانی و هسته قابل مشاهده هستند.

کاربردهای چدن چکش خوار چیست؟

چدن چکش خوار در حوزه‌ها و صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره کرده‌ایم:

• صنعت کشاورزی
• صنعت حمل‌ونقل
• اتصالات لوله و ابزارآلات
• صنعت چاپ و کاغذسازی
• سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی
• سیستم‌های ایمنی مانند اطفاء حریق گاز

تفاوت چدن داکتیل و مالیبل چیست؟

چدن داکتیل یا نشکن که از آن با نام چدن گرافیت کروی نیز یاد می‌کنند، همچون مدل چکش خوار دارای گرافیت کروی است، اما نحوه ساختشان با یکدیگر تفاوت دارد. چدن‌های داکتیل حاصل یک ترکیب شیمیایی خاص هستند؛ در صورتی که مدل‌های مالیبل یا چکش خوار همان‌طور که گفتیم در عملیات حرارتی چدن سفید تولید می‌شوند.