چدن
طبقه‌بندی چدن‌ها

واژه چدن، مانند واژه فولاد، به خانواده بزرگی از آلیاژهای آهنی اشاره می‌کند. چدن‌ها آلیاژهای آهنی چند جزئی هستند. آنها حاوی عناصر اصلی (آهن، کربن، سیلیسیم)، عناصر جزئی (کمتر از ۰٫۱٪) و اغلب عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰٫۱٪) هستند. چدن دارای درصد کربن و سیلیسیم بالاتری نسبت به فولاد است. به همین دلیل، چدن به صورت یک یوتکتیک جامد می‌شود (دمای انجماد یا ذوب آن کمتر از دمای انجماد یا ذوب هر کدام از عناصر تشکیل دهنده به صورت مجزا است). ساختار چدن، برخلاف ساختار فولاد، فاز غنی از کربن را نشان می‌دهد. بسته به ترکیب، سرعت سرد شدن و عملیات بر روی مذاب، فاز غنی از کربن ممکن است گرافیت (Gr) یا کاربید آهن (سمنتیت، Fe3C) باشد. چدن ممکن است بر اساس سیستم آهن کاربید آهن (Fe Fe3C) که از لحاظ ترمودینامیکی کم ثبات است یا سیستم گرافیت آهن (Fe Gr) که از لحاظ ترمودینامیکی پایدار است منجمد شود. با اشاره دقیق به سیستم دوتایی Fe3C یا Fe Gr، چدن را می‌توان به عنوان یک آلیاژ پایه آهن کربن با بیش از ۲٪ کربن تعریف کرد. با این حال، از آنجا که سیلیسیم و سایر عناصر آلیاژی به‌طور قابل توجهی میزان حداکثر حلالیت کربن را در آستنیت (γ) و در یوتکتیک تغییر می‌دهند، یک تعریف کلی‌تر از چدن این است که یک آلیاژ پایه آهن کربن است که با یوتکتیک جامد می‌شود. آلیاژهای با کمتر از ۲٪ کربن می‌توانند ساختار یوتکتیکی داشته باشند و همچنان جزوی از خانواده چدن تلقی شوند.
| ماده | استاندارد | ویژگی‌ها |
| --- | --- | --- |
| چدن خاکستری | ASTM A48 | ریخته‌گری‌های چدن خاکستری |
| چدن خاکستری | ASTM A74 | لوله و اتصالات فاضلاب چدنی |
| چدن خاکستری | ASTM A126 | ریخته‌گری چدن خاکستری برای شیرها، فلنج‌ها و اتصالات لوله |
| چدن خاکستری | ASTM A159, SAE J431 | ریخته‌گری‌های چدن خاکستری خودرو |
| چدن خاکستری | ASTM A278, ASME SA278 | ریخته‌گری چدن خاکستری برای قطعات حاوی فشار تا دمای ۳۴۵ درجه سلسیوس |
| چدن خاکستری | ASTM A319 | ریخته‌گری چدن خاکستری برای دماهای بالا برای قطعاتی که تحت فشار نیستند |
| چدن خاکستری | ASTM A823 | ریخته‌گری قالب دائمی به صورت ایستا |
| چدن خاکستری | ASTM A834 | الزامات رایج برای ریخته‌گری چدن برای مصارف صنعتی عمومی |
| چدن خاکستری و سفید آلیاژ بالا | ASTM A436 | ریخته‌گری‌های چدن خاکستری آستنیتی |
| چدن خاکستری و سفید آلیاژ بالا | ASTM A518 | ریخته‌گری‌های چدن سیلیسیم بالای مقاوم به خوردگی |
| چدن خاکستری و سفید آلیاژ بالا | ASTM A532 | ریخته‌گری‌های چدن سفید مقاوم در برابر سایش |
| آهن گرافیت فشرده | ASTM A842 | ریخته‌گری‌های گرافیت فشرده |
| چدن مالیبل (چکش خوار) | ASTM A47, ASME SA47 | ریخته‌گری‌های چدن چکش‌خوار فریتی |
| چدن مالیبل (چکش خوار) | ASTM A197 | چدن چکش‌خوار کوپولا |
| چدن مالیبل (چکش خوار) | ASTM A220 | چدن چکش‌خوار پرلیتی |
| چدن مالیبل (چکش خوار) | ASTM A338 | فلنج‌ها، اتصالات لوله و قطعات شیر چدن چکش خوار برای خطوط راه‌آهن، دریایی و سایر خدمات سنگین تا دمای ۳۴۵ درجه سلسیوس |
| چدن مالیبل (چکش خوار) | ASTM A602, SAE J158 | ریخته‌گری‌های چدن چکش‌خوار خودرو |
| چدن نشکن | ASTM A395, ASME SA395 | ریخته‌گری‌های قطعات نگهدارنده فشار چدن نشکن فریتی برای استفاده در دماهای بالا |
| چدن نشکن | ASTM A439 | ریخته‌گری‌های چدن داکتیل آستنیتی |
| چدن نشکن | ASTM A476, ASME SA476 | ریخته‌گری‌های چدن داکتیل برای غلتک‌های خشک‌کن کارخانه کاغذسازی |
| چدن نشکن | ASTM A536, SAE J434 | ریخته‌گری‌های چدن داکتیل |
| چدن نشکن | ASTM A571, ASME SA571 | ریخته‌گری‌های چدن داکتیل آستنیتی برای قطعات حاوی تحت فشار مناسب برای کار در دمای پایین |
| چدن نشکن | ASTM A874 | ریخته‌گری‌های چدن داکتیل فریتی مناسب برای کار در دمای پایین |
| چدن نشکن | ASTM A897 | ریخته‌گری چدن داکتیل آستمپر شده |
چدن‌ها را بر اساس معیارهای مختلفی می‌توان طبقه‌بندی کرد، از جمله: طبقه‌بندی بر اساس رنگ سطح مقطع شکست، شکل گرافیت، ریز ساختار ماتریس، نام‌گذاری تجاری، و خواص مکانیکی.
چدن‌ها معمولاً بر اساس ریخت‌شناسی انجماد آنها از دمای یوتکتیک نامگذاری می‌شوند: اولین طبقه‌بندی انجام شده برای چدن‌ها در گذشته بر اساس رنگ سطح مقطع شکست آنها انجام گرفت. بر این اساس چدن‌ها به دو دسته کلی تقسیم شدند:
چدن سفید: از آنجا که در این چدن‌ها، شکست در امتداد صفحات کاربید آهن رخ می‌دهد، سطح مقطع شکست کریستالی آنها سفید است.
چدن خاکستری: در این چدن‌ها، شکست در امتداد صفحات گرافیت رخ می‌دهد، به همین دلیل سطح مقطع شکست کریستالی آنها خاکستری است.
با ابداع متالوگرافی و با افزایش دانش در مورد چدن‌ها، طبقه‌بندی‌های دیگری بر اساس ساختار کریستالی آنها امکان‌پذیر شد:
بر اساس شکل گرافیت: گرافیت لایه ای (FG)، گرافیت کروی (SG)، گرافیت فشرده یا کرمی شکل (CG)، گرافیت آبدیده (TG)؛ ساختار گرافیت آبدیده یا تمپر گرافیت از طریق یک فرایند حالت-جامد ایجاد می‌شود که به آن مالیبل سازی (malleabilization) گفته می‌شود.
بر اساس ماتریس: فریتی، پرلیتی، آستنیتی، مارتنزیتی، باینیتی (آستمپر شده)