Gråjärn är den vanligaste gjutjärnslegeringen. När grått järn bryts isär kan det avslöja den grå färg som det har fått sitt namn från. Denna färg är ett resultat av förekomsten av grafit i legeringen. Närvaron av grafit är resultatet av särskilda förhållanden mellan kol och kisel i legeringen, vilket hjälper till att underlätta bildandet av vad som kallas en grafitisk mikrostruktur. Gråjärn är en relativt billig legering som används flitigt vid gjutning av allt från motorblock till köksredskap.
För att skapa gråjärn måste legeringen innehålla cirka 2.5 procent till 4 procent kol och 1 procent till 3 procent kisel. Närvaron av kol och kisel i dessa förhållanden tillåter legeringen att bilda den grafitiska mikrostrukturen för vilken den är känd. Grafit är en hexagonalt kristalliserad allotrop av kol, så närvaron av kol är nödvändig för att grafit överhuvudtaget ska bildas. Emellertid är kisel i legeringen nödvändigt för att fungera som grafitstabiliseringsmedel. En legering med lägre kiselhalt kan tillåta att järnkarbider bildas snarare än grafit, särskilt om legeringen kyls snabbt, vilket istället resulterar i vad som kallas vitt järn.
Grått järn har mindre draghållfasthet än stål, även om dess tryckhållfasthet är liknande. Det är billigare att tillverka än stål, vilket gör det användbart i applikationer där draghållfastheten inte är avgörande. Detta har lett till att gråjärn är den mest använda gjutjärnslegeringen.
Närvaron av grafit i legeringen bidrar till att den är lättbearbetbar. Detta beror på den smörjande naturen hos grafitflingorna som finns i legeringen. Grafiten kan också bidra till motståndskraft mot slitage och nötning, medan närvaron av kisel kan bidra till korrosionsbeständighet.
Det finns flera olika kvaliteter av gråjärn, som var och en har olika drag- och tryckhållfasthet. I USA definieras dessa kvaliteter av siffror som motsvarar mängden draghållfasthet materialet har. Således skulle gråjärn av klass 20 behöva ha en minsta draghållfasthet på 20 kilo-pund per kvadrattum (KSI), eller 20,000 6,894 pund-kraft per kvadrattum (PSI) (cirka XNUMX XNUMX kilopascal). Tryckhållfastheten ökar tillsammans med draghållfastheten, så en legering av högre kvalitet kommer också att ha en högre tryckhållfasthet än en legering av lägre kvalitet. Högre legeringar innehåller mindre kol än legeringar av lägre kvalitet och tenderar också att vara sprödare.