چدن و فولاد ریخته‌گری: تفاوت‌های ترکیب شیمیایی و اصلی توضیح داده شده

انتخاب بین چدن و فولاد ریخته‌گری یک تصمیم بنیادین در مهندسی و ساخت است. هرچند هر دو آلیاژ آهنی هستند که از طریق ریخته‌گری تولید می‌شوند، اما تفاوت‌های شیمیایی آنها — عمدتاً محتوای کربن — منجر به خواص و کاربردهای بسیار متفاوتی می‌شود.

ترکیب شیمیایی و میکروساختار
تفاوت اصلی در محتوای کربن قرار دارد. آهن ریخته به‌طور معمول حاوی ۲٪ تا ۴٪ کربن، همراه با ۱٪ تا ۳٪ سیلیس است. این مقدار بالای کربن باعث ترسیب اضافی کربن به صورت پولک‌های گرافیتی (در چدن خاکستری) یا گره‌ها (در چدن نرم) درون یک زمینه آهنی می‌شود. فولاد ریزگیری شده در مقابل، محتوای کربن بسیار پایین‌تر دارد، معمولاً کمتر از ۰٫۵٪، به‌طوری که کربن در حالت محلول یا به صورت کاربید آهن باقی می‌ماند و منجر به یک میکروساختار عمدها پرلیتی یا مارتنزیتی می‌شود.

ویژگی‌های مکانیکی و عملکردی
این تفاوت ساختاری تعیین‌کننده عملکرد آنهاست:

• استحکام و شکل‌پذیری:  فولاد ریزگیری شده استحکام کششی، مقاومت ضربه‌ای و شکل‌پذیری برتری ارائه می‌دهد. این ماده می‌تواند تغییر شکل قابل‌توجهی را قبل از شکست تحمل کند و بنابراین ایده‌آل است برای بارهای پویا. آهن ریخته به‌ویژه چدن خاکستری، مقاوم در برابر فشار است اما نسبتاً شکننده در کشش بوده و دارای مقاومت ضربه‌ای پایین است.

• سختی و سایش: برخی از چدن‌ها، مانند چدن سفید، سختی و مقاومت در برابر سایش استثنایی ارائه می‌دهند. هرچند که چدن ریخته‌گری شده را می‌توان از طریق سطح سخت‌کاری کرد، اما چدن اغلب در برخی کاربردها مقاومت بهتری در برابر سایش فراهم می‌کند.

• میرایی و قابلیت ماشین‌کاری:  آهن ریخته به دلیل وجود پولک‌های گرافیتی، ظرفیت عالی در میرایی ارتعاشات دارد و عموماً ماشین‌کاری آن راحت‌تر است. فولاد ریزگیری شده میرایی ارتعاشات را کمتر به خوبی انجام می‌دهد اما قابلیت جوش‌کاری و استحکام جوش بهتری ارائه می‌دهد.

ملاحظات کاربردی و هزینه

• کاربرد های معمول:

  • چدن: در بلوک موتور، دیسک ترمز، پایه دستگاه‌های ابزار، لوله‌ها و وسایل آشپزخانه استفاده می‌شود، جایی که صلبیت، میرایی یا مقاومت در برابر سایش حیاتی است.

  • چدن فولادی: در قطعات سازه‌ای، چرخ‌دنده‌ها، قطعات ماشین‌آلات سنگین، مخازن تحت فشار و سیستم تعلیق خودروها به کار می‌رود که در آن‌ها استحکام بالا، چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی مورد نیاز است.

• هزینه: به‌طور کلی، هزینه‌های مواد اولیه و تولید برای چدن پایه پایین‌تر از فولاد ریخته‌گری است. فرآیند تولید فولاد به انرژی بیشتری نیاز دارد و ریخته‌گری فولاد اغلب مستلزم فناوری قالب پیچیده‌تر و عملیات حرارتی پس از ریخته‌گری برای دستیابی به خواص مطلوب است.

در خلاصه، آهن ریخته انتخاب مناسبی برای قطعات مقرون‌به‌صرفه است که به سفتی، میرایی و مقاومت در برابر سایش نیاز دارند. فولاد ریزگیری شده برای قطعات با عملکرد بالا که تحت ضربه، تنش و بارهای دینامیکی قرار دارند و در آن‌ها چقرمگی اهمیت بالایی دارد، انتخاب می‌شود. تصمیم‌گیری نهایی در نهایت به ارزیابی دقیق نیازهای مکانیکی، شرایط کاری و هزینه کل بستگی دارد.