تفاوت بین فولاد و چدن چیست؟ بررسی مشخصات هر کدام | مجله آسن

بارزترین تفاوت بین فولاد و چدن این است که چدن سخت‌تر است و مقاومت بالایی در برابر فشار دارد درعین‌حال فولاد انعطاف بیشتری دارد. با اینکه آلیاژ فولاد و چدن، آهن است اما چدن از اغلب انواع فولاد ارزان‌تر خریدوفروش می‌شود و دمای ذوب آن هم نسبت به فولاد پایین‌تر است. در این مقاله قصد داریم  به بررسی اطلاعات موجود در رابطه‌با فرق بین فولاد و چدن بپردازیم تا آگاهی جمعی را درباره این موضوع برای خوانندگان عزیز افزایش دهیم.

فولاد چیست؟

برای اینکه درک درستی از تفاوت فولاد و چدن داشته باشیم ابتدا باید بدانیم، هرکدام از آنها دقیقاً دارای چه ماده‌ای با چه آلیاژی هستند. فولاد از پرکاربردترین نوع آلیاژهای آهنی محسوب می‌شود. در نظر عموم مردم تصور می‌شود که فولاد یک فلز است اما در واقع فولاد ترکیبی از فلزات است به همین دلیل یک نوع آلیاژ به شمار می‌رود. برای تولید فولاد از ۰.۰۲ تا ۲ درصد کربن به آهن اضافه می‌گردد تا در پایان آلیاژ فولاد تولید شود.

محصولاتی که بر پایه فولاد ساخته می‌شوند بسیار زیاد هستند و آنها را در اطراف خود می‌بینیم. فولاد، خود نیز به دودسته فولاد کربنی و آلیاژی تقسیم شده است که انواع فولاد کربنی هم به سه دسته کم‌کربن، کربن متوسط و پرکربن دسته‌بندی می‌شوند. فولادی که درصد بالایی کربن دارد را فولاد زنگ‌نزن می‌نامند به‌شرط آنکه حاوی ۱.۲ درصد کربن باشد و در آلیاژ آن کروم اضافه کرده باشند تا از خوردگی و پوسیدگی جلوگیری می‌کند.

فولاد ضدزنگ سطح براقی دارد اما فولادهای کربنی بسیار سخت‌تر از فولاد ضدزنگ هستند و سطح آنها مات است. از آلیاژ فولاد برای تولید انواع مقاطع فولادی استفاده می‌شود که در ساختمان‌سازی و صنعت، مصارف بسیار زیادی دارند. همچنین قیمت میلگرد و تیرآهن نیز به قیمت فولاد وابسته است چون ماده اولیه آنها محسوب می‌شود. 

چدن چیست؟

چدن یکی از آلیاژهای آهن است و از ترکیب این عنصر با کربن و عناصر دیگری همچون سیلیسیم تشکیل می‌شود. مقدار کربن موجود در این آلیاژ، همان‌طور که گفته شد بیش از 2 درصد است البته مقدار دقیق آن چیزی حدود 2 تا 3.5 درصد است. میزان سیلیسیم موجود در این آلیاژ از موضوعات دیگری است که در مورد چدن اهنیت دارد که مقدار آن به حدود 1 تا 3 درصد می رسد.

با توجه به عناصر ساختار چدن، تشخیص آهن و چدن بادقت در ویژگی‌های ظاهری و فیزیکی هم امکان‌پذیر است؛ چدن به دلیل اینکه کربن بیشتری دارد شکننده‌تر از فولاد و آهن است. یک راه تشخیص فولاد و چدن از یکدیگر قیاس آنها از نظر رسانایی است که چدن رسانایی کمتری دارد و در حفظ گرما در درون خود توانمند است. در نتیجه تغییر دمای این فلز دیرتر از آهن و فولاد رخ می‌دهد.

چدن همچنین آلیاژی است که از نظر نقطه ذوب با آهن و فولاد بسیار متفاوت است برای درک آن خوب است بدانید، نقطه ذوب چدن و فولاد به ترتیب به حدود 950 و 1350 درجه سانتی گراد میرسد.

انواع چدن

عناصر گسترده‌ای در ساختار شیمیایی این آلیاژ استفاده می‌شود و هر کدام به مقادیر خاصی در ترکیب آن به‌کاررفته است. به همین دلیل، با وجود مقادیر مختلفی از عناصر گوناگون در ساختار چدن، انواع از این فلز را پدید می‌آورد. در ادامه انواع چدن را جمع‌آوری کرده‌ایم:

·         چدن خاکستری

·         چدن سخت

·         چدن نرم

·         چدن سفید

هر کدام از این عناصر خواص ویژه خود را دارند و بر اساس ترکیب میزان مواد مختلف دسته‌بندی ‌شده اند.

کاربرد فولاد و چدن

در دنیا بیش از 3500 نوع فولاد تولید شده که این تعداد دامنه وسیعی از خواص و کاربردهای گوناگون را در بر می‌گیرد. برای نمونه فولاد خشکه هوایی، برای ابزارهای برش استفاده می‌شود زیرا سختی بالایی دارد همچنین فولاد فنر عمدتا برای ساخت مقاطعی با خاصیت ارتجاعی کاربرد دارد. برخلاف فولاد، انواع چدن‌ به دلیل خواص محدودتر، استفاده از انها هم محدودتر است. یکی از رایج ترین کاربردهای چدن استفاده از آن  برای ساخت ظروف آشپزی است اما این تنها استفاده آن نیست و چدن همچنین در ساخت برخی از قطعات خودرو که باید مقاومت سایشی بالایی داشته باشند، مانند سیلندر نیز نقش دارد.

استفاده از چدن با پیدایش مواد مهندسی شده جدیدی نظیر کامپوزیت‌ها یا سوپرآلیاژها، روزبه‌روز محدودتر می‌شود چرا که این به‌رغم وزن بالا خواص ممتازی از خود نشان نمی‌دهد. در ماشین‌های نسل جدید برای ساخت سیلندرهای ماشین‌ استفاده از چدن را کنار گذاشته‌اند و از فولادهای سبک، آلومینیوم همراه با پوشش  یا برخی کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنند.

برخلاف چدن، طراحی و ساخت فولاد هر روزه در حال پیشرفت است تا عملکرد آن را بهبود ببخشند به همین دلیل در تولید محصولات بیشتری نقش دارد و به نظر نمی‌رسد که تا چندین دهه آینده ماده‌ای بتواند به طور کامل جایگزین فولاد شود.

تفاوت فولاد و چدن

از نظر قدمت چدن قرن‌ها مورداستفاده بشر بود و حتی شواهدی وجود دارد که به می‌گوید در چین و هند باستان از این آلیاژ استفاده می‌کردند درحالی‌که فولاد در قرن نوزدهم و با کاهش میزان کربن آهن، به وجود آمد در ادامه متن این دو آلیاژ را از منظرهای مختلف بررسی کرده‌ایم:

• ترکیب شیمیایی

در ترکیب شیمیایی فولاد و چدن تمام فلزات آهن، کربن، منگنز، سیلیکون، گوگرد و فسفر به صورت مشترک استفاده شده است اما مقدار هر کدام از این عناصر متفاوت است. میزان آهن، سیلیکون، گوگرد و فسفر در فولاد بیشتر است.

• نقطه ذوب

ف.لاد نقطه ذوب بیشتر نسبت به چدن دارد؛ نقطه ذوب فولاد و چدن به ترتیب به 1538 و 1200 درجه سانتی گراد میرسد. نقطه ذوب بیشتر در فولاد آن را برای سازه های با دمای بالا مناسب میسازد.

• مقاومت در برابر خوردگی

چدن و فولاد هر دو از آلیاژها مقاوم در برابر خوردگی هستند اما مقاومت فولاد بیشتر است حتی در مواردی که برای تولید فولاد ضدزنگ به آن نیکل و کروم اضافه می‌شود، قدرت مقاومت آن افزایش هم می‌یابد.

• رسانایی گرمایی

فولاد ازآنجاکه دارای کربن پایین‌تر است و حاوی عناصری مانند منگنز و کروم می‌شود، توانایی دارد که گرما را به صورت متوازن توزیع کند در نتیجه برای کاربردهایی که کنترل دقیق دما نیاز است، نسبت به چدن ترجیح داده می‌شود. چدن گرما را به‌خوبی در خود حفظ می‌کند، و برای کارهایی مانند پخت‌وپز، ایدئال محسوب می‌شود.

• جوشکاری

ترکیب شیمیایی متفاوت فولاد و چدن، باعث می‌شود که آنها در جوشکاری خواص جوش متمایزی داشته باشند. فولاد، به دلیل کربن کمتر و ساختار همگنی که دارد، به‌طورکلی برای فرایندهای جوشکاری مناسب‌تر است. در مقابل، جوشکاری چدن چون کربن بیشتری دارد می‌تواند چالش‌برانگیز باشد و به همین سبب مستعد ترک‌خوردن است.

• رسانایی الکتریکی

تفاوت فولاد و چدن از حیث هدایت الکتریسیته بسیار قابل‌توجه است. فولاد حاوی کربن نسبتاً کم و عناصری مانند کروم و نیکل میشود از این رو در مقایسه با چدن، هدایت الکتریکی بهتری دارد. این خاصیت باعث می‌شود فولاد برای مصارفی که هدایت الکتریکی نیاز است، مانند سیم‌کشی الکتریکی ترجیح داده شود.

تشخیص چدن از فولاد

بعد از درک تفاوت فولاد و چدن، لازم است تا با راه‌های تشخیص این دو عنصر آشنا شوید. چدن می‌تواند از 3 تا 5 درصد کربن در ترکیب خود جای دهد در حالی که کربن در ساختار فولاد مقدار بسیار کمتر دارد. برای تشخیص چدن از فولاد راه‌های کاربردی گوناگونی وجود دارد که در ادامه برخی از آنها را برای شما گردآوری کردیم:

• بررسی سطح ظاهری

پیش‌تر هم توضیح دادیم که سطح بیرونی چدن مات و کدر است و مایل به رنگ خاکستری است اما سطح فولاد صاف و براق است و رنگش به خاکستری تیره می‌زند.

• رنگ فلز ذوب شده

یک راه تخصصی‌تر برای تشخیص این است که نمونه‌ای از فلز موردنظر را روی شعله می‌گذارند تا ذوب شود. فولاد مذاب، اگر رنگ سفید دارد اما اگر رنگ فلز ذوب شده مایل به قرمز باشد، نمونه چدن است.

جمع‌بندی

فولاد و چدن با اینکه هر دو آلیاژهایی بر پایه آهن هستند اما ویژگی‌ها و کاربردهای متمایزی دارند. تفاوت در ترکیب شیمیایی باعث شده تا این دو در نقطه ذوب، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی گرمایی و الکتریکی و جوشکاری تفاوت‌هایی داشته باشند. برای اینکه در پروژه‌ای بتوان بین این دو گزینه مناسب را انتخاب کرد به آگاهی و تخصص نیاز داریم.

در این مطلب تلاش کردیم تا به طور مفصل در مورد تفاوت فولاد و چدن و راه تشخیص این دو از یکدیگر، بپردازیم بااین‌وجود اگر همچنان پاسخ سؤالی را نگرفته‌اید آن را در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.

 

سؤالات متداول

 

1-    شباهت فولاد و چدن در چیست؟

هر دو آلیاژ بر پایه آهن هستند و اغلب عناصر موجود در ترکیب آنها یکسان است.

2-    چدن سخت‌تر است یا فولاد؟

چدن به دلیل اینکه کربن بیشتری دارد، سختی و استحکام بیشتری دارد.

3-    درصد کربن فولاد و چدن چگونه است؟

به صورت رایج فولاد 2.1-0.2% و چدن 4-2% کربن دارد.