معرفی چدن(Cast Iron)
چدن يکی از اقسام فلزی است که در صنعت کاربرد دارد و هميشه به شکل ريخته گری شده مورد استفاده قرار ميگيرد. از آنجايی که چدن شکننده است نمی توان آنرا نورد کرد يا کشيد و يا آهنگری نمود. در واقع چدن آهن آلياژ داده شده با کربن است.وجود ۵/۲ درصد کربن،۱ تا ۳ درصد سيليسيوم و مقادير قابل توجهی گوگرد و فسفر از مشخصه های کلی چدن است.برای بهبود خواص مکانيکی و مقاومت به خوردگی چدن را با عناصری نظير کرم و مس و موليبدن و نيکل آلياژ دار ميکنند.اين گونه چدن ها را چدن آلياژی می نامند.
بطور کلی چهار نوع چدن وجود دارد: خاکستری،سفید، چکش خوار (Malleable) و با گرافیت کروی (Nodullar).
جوش پذیری چدن ها :
در مقایسه با فولاد کربنی،چدنها دارای قابلیت کم و محدود جوش پذیری هستند. در میان چهار نوع چدن فوق الذکر، چدن با گرافیت کروی بهترین جوش پذیری را داراست و بعد از آن چدن چکش خوار قرار دارد. جوشکاری چدن خاکستری به مهارت و توجه ویژه نیاز دارد و چدن سفید را به دشواری بسیار زیاد میتوان جوشکاری نمود.
با این ملاحظات دامنه جوشکاری چدنها بسیار محدود میشود و صرفا به تعمیر و اصلاح قطعات ریخته شده و بازسازی قطعات فرسوده و شکسته شده در کار منحصر میگردد.

دلایل جوش پذیری محدود چدنها:
- بعلت زیادی کربن در فلز مبنا، سیکل جوشکاری باعث ایجاد کاربیدهایی در منطقه بلافصل فلز جوش و تشکیل فاز مارتنزیت پر کربن در بقیه منطقه حرارت پذیرفته فلز مبنا میگردد. هر دوی این ریز ساختارها شکننده بوده و باعث ایجاد ترک در حین جوشکاری و یا بعد از آن میشود.این مطلب در مورد تمامی انواع چدنها مصداق دارد.
- بعلت ضعف نرمی (Ductility) چدن قابلیت تغییر شکل پلاستیکی را ندارد و از این رو نمی تواند تنشهای حرارتی ایجاد شده جوشکاری را تحمل نماید. هر چه نرمی (Ductility) چدن بهبود یافته باشد احتمال ترک خوردن آن کاهش می یابد. لذا چدن چکش خوار و چدن با گرافیت کروی کمتر از چدن خاکستری ترک خواهند خورد.

الکترودهای جوشکاری چدن ها
در روش جوشکاری با قوس الکتریکی دستی چندین نوع الکترود برای این منظور وجود دارد.این الکترودها دارای مفتولهایی از جنس فولاد نرم یا نیکل خالص یا مونل یا فرو نیکل،یا قلع برنز و یا آلومینیوم برنز با روکشهای خاص خود میباشد.
الکترود با مفتول فولاد نرم دارای روکش از نوع قلیائی کم هیدروژن است.در موقع جوشکاری چدن با این نوع الکترود فلز جوش بعلت جذب کربن از فلز مبنای چدنی سخت میشود و قابلیت ماشین کاری خود را از دست می دهد و ممکن است تحت تنش تمایل به ترکیدن داشته باشد. بمنظور اجتناب از ترک خوردن لازمست که جوشکاری با انرژی حرارتی کمی صورت گیرد تا از رقیق شدن فلز جوش با فلز مبنا کاسته شود.علاوه بر این پیش گرمایش مناسب و سرد کردن بطئی و تدریجی قطعه کار باعث کاهش سختی و تردی فلز جوش میگردد.
در مورد الکترودهای ویژه جوشکاری چدن که با مفتول نیکلی و یا آلیاژهای نیکلی ساخته میشود،فلز جوش حاصل از این نوع از الکترودها قابلیت جذب کربن را تا ورای حد حلالیت دارا میباشند.در حین انجماد،فلز جوش کربن اضافی را بصورت گرافیت پس می زند و بدین طریق افزایش حجمی ایجاد شده باعث کاهش تنشهای باقیمانده در فلز جوش و منطقه حرارت پذیرفته HAZ میگردد.با این مکانیزم علت مزیت جوشکاری چدن با الکترودهایی با مفتول نیکلی بوضوح بیان میشود.
فلز جوش الکترود با مفتول نیکل نرمتر از فلز جوش الکترود با مفتول فرو نیکل است ولی فلز جوش اخیر مستحکم تر است و خاصیت ازدیاد طول بیشتر و تحمل بیشتری نسبت به فسفر اضافی موجود در چدن را داراست و نسبت به گرم ترکیدن مقاوم تر است.
برای ایجاد جوش اتصالی مابین چدن با فولاد نرم یا با فولاد ضد زنگ یا با آلیاژهای نیکلی،الکترود با مفتول فرونیکل را باید توصیه کرد.


ذوب لوله گاز
شكستهاي خط لوله گاز فشار بالا
شكست در حين تست هيدرواستاتيك براي يك خط لوله نفت خام آناليز شده ، مشخص كرد كه دليل اصلي شكست خط لوله ، ذوب ناقص بوده كه در اثر حرارت ورودي نامناسب در لوله‌هاي جوشكاري شده با فرآيند جوشكاري مقاومتي الكتريكي ERW شكل گرفته‌اند مي‌باشد . ارزيابي كارايي در حين سرويس (Fitness For Service) خط لوله با شيوه‌هاي مكانيك شكست نشان داد ، خط لوله ممكن است قبل از اينكه در زير فشار كاري طراحي شده بشكند نشتي پيدا كند . و ممكن است ذوب ناقص در جوشها تحت شرايط فشار نوساني رشد كند (اشاعه يابد) .
آناليز شكست و ارزيابي كارايي خط لوله در حين سرويس
شكست در حين تست هيدرواستاتيك براي يك خط لوله نفت خام آناليز شده ، مشخص كرد كه دليل اصلي شكست خط لوله ، ذوب ناقص بوده كه در اثر حرارت ورودي نامناسب در لوله‌هاي جوشكاري شده با فرآيند جوشكاري مقاومتي الكتريكي ERW شكل گرفته‌اند مي‌باشد . ارزيابي كارايي در حين سرويس (Fitness For Service) خط لوله با شيوه‌هاي مكانيك شكست نشان داد ، خط لوله ممكن است قبل از اينكه در زير فشار كاري طراحي شده بشكند نشتي پيدا كند . و ممكن است ذوب ناقص در جوشها تحت شرايط فشار نوساني رشد كند (اشاعه يابد) .
آلومینیوم:
آلومینیوم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت AL و عدد اتمی 13 می باشد . آلومینیوم که عنصری نقره ای و انعطاف پذیر است عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیدا سیون دارد همچنین وزن و قدرت آن قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف به کار می رود و در جهان اقتصاد عنصر بسیار مهمی است. اجزای سازه هایی که از آلومینیوم ساخته می شوند در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند نِیز سازه هایی که در آنها وزن ِ پایداری و مقاومت لازم است وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

کاربردها
جه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش آلومینیوم کاربردی ترین فلز بعد از آهن است وتقریبأ در تمامی بخشهای صنعت دارای اهمیت می باشد. آلومینیوم خالص نرم وضعیف است اما می تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ِ منیزیوم ِ منگنز ِ سیلیکن و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژ ها ویژگیهای مفید گوناگونی دارند.
این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می سازند . وقتی آلومینیوم را در خلا تبخیر کنند پوششی تشکیل می دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه های تلسکوپهای نجومی است.
برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از

- حمل و نقل «اتومبیلها ِ هواپیماها ِ کامیونها ِ کشتی ها ِ ناوگانهای دریایی ِ راه آهن و ...)
- بسته بندی«قوطیها ِ فویل و...)
- - ساختمان«درب ِ پنجره ِ دیوار پوشها و

- کالاهای با دوام مصرف کننده(وسلیل برقی خانگی ِ وسایل آشپزخانه ِ

- خطوط انتقال الکتریکی (به علت وزن سبک اگرجه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس می باشد(


- ماشین آلات

اکسید آلومینیوم «آلومینا) بطور طبیعی وبصورت کوراندوم ِ سنگ سمباده (emery) ِ یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) ِافت می شود که در صنعت شیشه سازی کاربرد دارد.یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم نوسان بکار می روند . آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می شود.


- پیدایش و منابع
اگر چه AL یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(1ِ8%) ِ این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می آمد.بنابر این بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته ودر مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است.
در ابتدا که این فلز کشف شد جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود مشکل ترین فلز از نظر تهیه به شمار می آمد.
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش تر بود اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد.تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد.بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر قرن دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد.منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ِ پنجره ها ِ دربها ِ لوازم منزل ِ کانتینرها و سایر محصولات
آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2o) بوسیله کاهش با کربن جدا شود.در عوض روش جدا سازی این فلز از طریق الکترولیز است.(این فلز در محلول اکسیده شده سپس بصورت فلز خالص جدا می شود.) لذا جهت این کار سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد.اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (c2000) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست . برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می دادند و نقطه ذوب آن تا c900 کاهش می یافت.اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ِ سدیم و فلوریدکلسیم جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه ها هستند.
الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می روند هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است یونهای آن آزادانه حرکت می کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است:
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می شوند) سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می رود و خارج می شوند.
آند مثبت اکسیژن بوکسیت را اکسیده می کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی اکسید کربن نماید.
این کاتد باید عوض شود چون اغلب تبدیل به دی اکسید کربن می شود.بر خلاف هزینه الکترولیز ِ آلومینیوم فلزی ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می توان از خاکه معدنی(clay) استخراج کرد اما این فرایند اقتصادی نیست.

هشدارها
آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است ظاهرا هیچ فعالیت موثری در سلولهای زنده ندارد اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند – آنها تجربه کرده اند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی می شود- مصرف داروهای بند آورنده خون ومواد ضد عرق باعث ایجاد جوشهای خارش آور و سوء هاضمه می گردد ِ عدم جذب مواد غذایی مفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت در نتیجه خوردن اینگونه محصولات مانند Maalox,Amphojel,Kaopectate . در سایر افراد آلومینیوم بمانند فلزات سنگین سمی نیست اما ر صورت مصرف زیاد علائمی از مسمومیت دیده شده است اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت در برابر زنگزدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است در کل ِ هیچگونه علامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید و مواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند احتمال مسمومیت بیشتری دارند بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم با بیماری آلزایمر مطرح شده گرچه اخیرا این فرضیه رد شده است.