تفاوت چدن و فولاد

یکی از مهم ترین و پرکاربردترین فلزات مورد استفاده در دنیای امروزی آهن و اشکال مختلف آن است. این فلز از نظر شکل ظاهری و کانی های درونی به انواع مختلفی تقسیم بندی می شود و ماده اولیه تولید آن سنگ آهن است. از سوی دیگر نیز با داشتن این کانی ها خواص آن متغیر بوده و ناخالصی هایی را به همراه دارد. سنگ آهن فراوری شده و به عبارتی ناخالصی های آن در جهت تولید آهن خالص، جدا می گردد.

پس از این مراحل و به دست آمدن آهن خالص، می تواند به تنهایی یا به صورت ترکیب شدن با عناصر دیگر مورد استفاده قرار بگیرد. چدن و فولاد دو نوع از مهم ترین ترکیبات یا آلیاژهای آهن هستند. منظور از آلیاژ، ترکیب شدن دو ماده یا عنصر با یک دیگر است که سبب به وجود آمدن یک سری خواص و ویژگی ها در ماده نهایی خواهد شد.

هر کدام از عناصر شیمیایی سبب به وجود آمدن یک سری خواص مشخص در فلزات خواهند شد؛ در نتیجه می توان گفت چدن و فولاد نیز از این نظر با یک دیگر متفاوت هستند؛ زیرا عناصر شیمیایی به کار رفته در ترکیبات هر کدام با دیگری تفاوت دارد. با این وجود ابتدا باید تعریف کاملی از این دو ماده در جهت شناخت تفاوت های آن ها با هم داشته باشید. در ادامه به معرفی چدن و فولاد به صورت جداگانه پرداخته ایم.

بررسی چدن 

چدن یکی از ابتدایی ترین آلیاژهای آهنی است که میزان کربن آن بین 2 تا 5 درصد است. هر چه درصد کربن در ترکیبات یک فلز بیشتر باشد، محصول نهایی از سختی بالاتری برخوردار می باشد. با این وجود می توان گفت چدن دارای سختی بسیار بالایی بوده، اما از سوی دیگر خاصیت شکنندگی آن نیز بیشتر از سایر آلیاژها است. علاوه بر کربن، در چدن عنصر سیلیسیم نیز بین 1 تا 3 درصد وجود داشته که سبب قابلیت ریخته گری این آلیاژ شده است.

از سوی دیگر بهتر است بدانید وجود کربن بالا در این آلیاژ سبب کاهش دمای ذوب آن و واکنش کمتر با مواد قالب ریخته گری می شود. این ماده در زمان انجماد ذوب، گرافیت را تشکیل شده و سبب تغییر کمتری از حجم فلز در حالت مذاب به جامد خواهد شد؛ در نتیجه قطعات ریخته گری با دشواری بیشتری تولید می گردند.

چدن انواع مختلفی داشته که از مهم ترین آن ها می توان به موارد غیر آلیاژی مانند چدن سفید، خاکستری، داکتایل یا نشکن و چدن مالیبل یا چکش خوار اشاره کرد. چدن های آلیاژی نیز مقاومت بسیار خوبی به خصوص در برابر سایش، خوردگی و حرارت دارند. از سایر ویژگی های چدن نیز می توان به قابلیت انعطاف پذیری و تولید مقاطع پیچیده ریخته گری، قابلیت تراش پذیری مناسب و استحکام کششی پایین اشاره کرد.

بررسی فولاد

فولاد یکی دیگر از مهم ترین آلیاژهای آهن بوده که حدود 90 درصد از محصولات فلزی را تشکیل می دهد. در ترکیبات این ماده حدود ۰٫۰۰۲ درصد تا ۲٫۱ درصد وزن آن کربن وجود داشته که سبب تقسیم بندی آن به سه دسته کلی شده است. فولادهای کم کربن، کربن متوسط و پرکربن محصولات متعددی را زیر مجموعه خود قرار داده و بیشترین کاربرد را در صنایع دارند.

جالب است بدانید این فلز علاوه بر کربن، دارای عناصر شیمیایی دیگری مانند سیلیسیم، فسفر، گوگرد، نیکل، منگنز و ... است که هر کدام سبب به وجود آمدن یک سری خواص ویژه در آن شده اند. با این وجود فلز پایه و اصلی تولید محصولات و مقاطع فولادی، آهن است. از جمله این محصولات می توان به انواع ورق های فولادی مانند ورق سیاه، روغنی، گالوانیزه، رنگی، اسیدشویی و قلع اندود و مقاطع فولادی مانند میلگرد، نبشی، تیرآهن، ناودانی، سپری و ... اشاره داشت. در واقع قیمت آهن آلات  به عنوان فلز پایه، اصلی و مواد اولیه تأثیر به سزایی در نرخ این محصولات و در نتیجه هزینه های تولید صنایع دارد. بسته به خلوص آهن به کار رفته در فولاد، آنالیزهای شیمیایی و عملیات های حرارتی مختلف مانند نورد گرم و سرد بر روی آن ها انجام شده تا در نهایت به خواص مورد نظر مصرف کنندگان برسند.

امروزه تولید فولاد جهان نزدیک به هزار و سیصد میلیون تن در سال است. این آلیاژ گستردگی بسیار بالایی در صنعت داشته و از کاربردهای آن می توان به صنایع ساخت و ساز، پتروشیمی، لوله سازی، خودروسازی، لوازم خانگی، الکترونیک، برق، کشاورزی، تجهیزات مختلف سایر صنایع و ... اشاره کرد. افزودن یک سری عناصر آلیاژی برای به دست آوردن نتایج مشخص و منحصر به فرد، فولادهای آلیاژی را به ‌وجود خواهد آورد.

بررسی تفاوت های چدن و فولاد

حال که با چدن و فولاد به صورت جداگانه آشنا شدید، ممکن است بتوانید حدس بزنید که وجود کربن و انجام یک سری عملیات بر روی این دو آلیاژ سبب به وجود آمدن تفاوت بین آن ها از چه نظرهایی شده است. مهم ترین و اصلی ترین تفاوت چدن و فولاد در به کار رفتن عنصر کربن در ترکیبات آن ها و میزان سختی بیشتر چدن نسبت به فولاد شده است، اما شکنندگی این فلز نیز بسیار بالا بوده و بیشتر برای مصارف ریخته گری و ساخت اشکال پیچیده به کار برده می شود.

در مقابل فولاد فلزی سخت و مستحکم بوده که به سبب وجود کربن کمتر از 2 درصد در ترکیبات و انجام فرآیندهای حرارتی بر روی آن به همراه سایر عناصر، طیف وسیع تری از خواص مکانیکی و شیمیایی را دارا می باشد. هر دو این فلزات دارای آلیاژهای مختلفی برای خود می باشند، اما در موارد زیر با یک دیگر تفاوت دارند

تفاوت چدن و فولاد در شکل ظاهری

فولاد به سبب عملیات های سایش و کششی، سطحی درخشان و صیقلی داشته؛ در صورتی که ظاهر چدن مات، کدر و تیره رنگ است.

رنگ

چدن رنگی مات داشته که پس از ذوب، به قرمز مایل می شود؛ در صورتی که فولاد در زمان ذوب، رنگ مایل به سفیدی پیدا می کند.

نقطه ذوب

چدن به سبب داشتن کربن بالاتر، نقطه ذوب پایین تری نسبت به فولاد دارد.

انعطاف پذیری

کربن بالای چدن نیز سبب افزایش سختی و مقاومت فشاری آن شده؛ در صورتی که فولاد قابلیت انعطاف و چکش خواری بالاتری دارد.

قیمت

فولاد به دلیل داشتن فرآیند تولید سخت تر، قیمت بالاتری از چدن دارد.

شکستگی

افزایش کربن در فلزات سبب شکنندگی آن ها خواهد شد؛ در نتیجه چدن به راحتی شکسته شده، اما فولاد قابلیت فرم پذیری دارد.

تست براده

براده های چدن، انسجام نداشته، شکننده و تیز هستند؛ در صورتی که براده های فولاد به یک دیگر می چسبند.

تست جرقه

با تست جرقه می توان چدن را از فولاد تشخیص داد. لبه ای از هر دو فلز را زیر سنگ رومیزی قرار می دهند. اگر طول جرقه ها زیاد، رنگ سفید و سرد آن ها سوزنی شکل باشد، فولاد و اگر طول جرقه ها کم، رنگ رو به قرمز و سر آن ها برفکی باشد، فلز چدن است.

کربن

کربن اشکال مختلفی در فلزات داشته و در چدن به شکل گرافیت یا کاربید آهن یا هر دو و در فولاد تنها به صورت کاربید آهن می باشد.

روان بودن

از نظر روان بودن، می توان گفت چدن مذاب سیال تر از فولاد مذاب بوده و همان طور که اشاره شد، با مواد قالب های ریخته گری کمتر واکنش نشان می دهد. این موضوع سبب کمتر واکنش نشان دادن چدن در زمان تشکیل گرافیت در حین انجماد و تبدیل از مذاب به جامد شده و تولید قطعات ریخته گری را سخت تر می کند.

استحکام 

استحکام کششی فولاد بالاتر از چدن است، اما چدن از نظر استحکام فشاری در درجه بالاتری قرار دارد. با یک مثال ساده می توان گفت اگر در مصارف مختلف نیاز به تحمل نیروهای کششی باشد، استفاده از فولاد و در صورتی که نیاز به تحمل نیروهای فشاری باشد، استفاده از چدن پیشنهاد می شود.

حتما بخوانید:تفاوت فولاد آلیاژی و غیرآلیاژی

خوردگی

 فولاد از نظر مقاومت در برابر خوردگی، بهتر از چدن عمل کرده و در صورت نیاز به مقاومت چدن در برابر این عامل، پوشش هایی را بر سطح آن اعمال می کنند.

کاربرد

ی

کاربرد فولاد در عنوان های مختلف مانند ورق، میلگرد، نبشی، تیرآهن، لوله، قوطی و ... در اکثر صنایع و به صورت گسترده می باشد. این در صورتی است که چدن بیشتر برای ساخت لوله ها، قطعات خودروسازی مانند سر سیلندر، بلوک سیلندر، جعبه گیربکس، ساخت قابلمه ها و وسایل آشپزخانه استفاده می شود.

جمع بندی

همان طور که می دانید، یکی از اصلی ترین و ابتدایی ترین فلزات آهن می باشد که با داشتن خواص و ویژگی های منحصر به فرد، بیشترین کاربرد را در تمامی صنایع جهان به خود اختصاص داده است. با این حال در مطلب نیز اشاره شد که دو نوع از اصلی ترین آلیاژهای آهن، چدن و فولاد هستند که با یک دیگر تنها در ماده اولیه شباهت دارند. به طور کلی ساخت آلیاژهای آهنی مانند چدن و فولاد از طریق ترکیب شدن آهن با یک عنصر آلیاژی مانند کربن اتفاق می افتد. اصلی ترین تفاوت چدن و فولاد نیز در میزان کربنی است که در ترکیبات آن ها به کار می رود.

وجود کربن در فلزات سبب افزایش سختی در آن ها خواهد شد، اما توجه داشته باشید افزایش آن سبب ایجاد خاصیت شکنندگی و خرد شدن فلز می شود. این عنصر در ساخت فولاد کمتر از 2/0 درصد به کار برده می شود؛ در صورتی که میزان کربن در چدن بین 3 تا 5 درصد است. تفاوت این دو فلز در شکل ظاهری، استحکام کششی، شکنندگی، سختی، رنگ، قیمت و سایر تست ها به علت روش تولید و عناصر مشهود می باشد، اما بهتر است بدانید آلیاژهایی که از فولاد تولید می شوند، تنوع بسیار بیشتر و در نتیجه کاربردهای گسترده تری دارند.

از جمله محصولات فولادی می توان به مقاطع مختلف تخت، منحنی، استوانه ای و ... اشاره کرد. به طور مثال مقاطع فولادی مانند ورق سیاه، میلگرد، نبشی، ناودانی و تیر آهن از جمله اجزای اصلی یک ساختمان هستند و استفاده نکردن از آن ها غیر ممکن است. چدن نیز کاربردهای زیادی را در صنعت به خصوص در ساخت برخی از ظروف به خود اختصاص داده است و قیمت مقرون به صرفه همراه با سختی در این آلیاژ سبب محبوبیت آن گردیده است.