حديد رمادي

الحديد الرمادي ، أو حديد الزهر الرمادي ، هو نوع من حديد الزهر ذو بنية مجهرية جرافيتية . سُمّي بهذا الاسم نسبةً إلى اللون الرمادي للكسر الذي يُشكّله، والذي يعود إلى وجود الجرافيت. ^{[ 1 ]} وهو أكثر أنواع حديد الزهر شيوعًا وأكثر مواد الصب استخدامًا من حيث الوزن. ^{[ 2 ]}

يُستخدم هذا النوع من الحديد الزهر في صناعة الهياكل التي تكون فيها صلابة المكون أهم من قوة الشد ، مثل كتل أسطوانات محركات الاحتراق الداخلي ، وهياكل المضخات ، وأجسام الصمامات، والصناديق الكهربائية، والمسبوكات الزخرفية . وتُستغل الموصلية الحرارية العالية والسعة الحرارية النوعية للحديد الزهر الرمادي في صناعة أواني الطهي وأقراص فرامل السيارات . ^{[ 3 ]}

انخفض استخدام الحديد الزهر الرمادي على نطاق واسع في مكابح قطارات الشحن بشكل كبير في الاتحاد الأوروبي بسبب المخاوف المتعلقة بالتلوث الضوضائي . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} فعلى سبيل المثال، استبدلت شركة السكك الحديدية الألمانية (دويتشه بان) مكابح الحديد الزهر الرمادي في 53000 عربة شحن (85% من أسطولها) بنماذج أحدث وأكثر هدوءًا بحلول عام 2019، وذلك جزئيًا امتثالًا لقانون دخل حيز التنفيذ في ديسمبر 2020. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

التركيب الكيميائي النموذجي للحصول على بنية مجهرية جرافيتية هو 2.5 إلى 4.0% كربون و1 إلى 3% سيليكون وزناً. قد يشغل الجرافيت من 6 إلى 10% من حجم الحديد الرمادي. يُعد السيليكون عنصراً مهماً في صناعة الحديد الرمادي، على عكس الحديد الزهر الأبيض ، لأنه عنصر مُثبِّت للجرافيت في الحديد الزهر، مما يعني أنه يُساعد السبيكة على إنتاج الجرافيت بدلاً من كربيدات الحديد ؛ عند نسبة 3% سيليكون، يكاد لا يوجد كربون في صورة كيميائيّة على شكل كربيد الحديد. من العوامل الأخرى المؤثرة على التغرافيت معدل التصلب؛ فكلما كان المعدل أبطأ، زاد الوقت المتاح للكربون للانتشار والتراكم في الجرافيت. يُشكِّل معدل التبريد المعتدل مصفوفة بيرليتية ، بينما يُشكِّل معدل التبريد السريع مصفوفة فيريتية . وللحصول على مصفوفة فيريتية بالكامل، يجب تلدين السبيكة . ^{[ 1 ] [ 11 ]} يُثبِّط التبريد السريع التغرافيت جزئياً أو كلياً، ويؤدي إلى تكوين السمنتيت ، الذي يُسمى الحديد الأبيض . ^{[ 12 ]}

يتخذ الجرافيت شكل رقائق ثلاثية الأبعاد. في بُعدين، كسطح مصقول، تظهر رقائق الجرافيت كخطوط دقيقة. لا يتمتع الجرافيت بقوة تُذكر، لذا يمكن اعتباره فراغات. تعمل أطراف الرقائق كشقوق موجودة مسبقًا تتركز عندها الإجهادات، ولذلك يتصرف الجرافيت بطريقة هشة . [ ^{12 ] [ 13 ] وجود} رقائق الجرافيت يجعل الحديد الزهر الرمادي سهل التشغيل، حيث يميل إلى التشقق بسهولة عبر رقائق الجرافيت. يتميز الحديد الزهر الرمادي أيضًا بقدرة امتصاص اهتزازات عالية جدًا، ولذلك يُستخدم غالبًا كقاعدة لتثبيت أدوات الآلات.

في الولايات المتحدة، يُعدّ معيار ASTM الدولي A48 التصنيف الأكثر شيوعًا للحديد الرمادي . ^{[ 2 ]} يصنف هذا المعيار الحديد الرمادي إلى فئات تتوافق مع الحد الأدنى لقوة الشد فيه ، مُقاسةً بآلاف الأرطال لكل بوصة مربعة (ksi)؛ فعلى سبيل المثال، يتمتع الحديد الرمادي من الفئة 20 بقوة شد دنيا تبلغ 20,000 رطل لكل بوصة مربعة (140 ميجا باسكال) . تتميز الفئة 20 بمحتوى عالٍ من الكربون المكافئ وبنية فيريتية. أما أنواع الحديد الرمادي ذات القوة الأعلى، حتى الفئة 40، فتتميز بمحتوى أقل من الكربون المكافئ وبنية بيرلايتية . يتطلب الحديد الرمادي الذي يزيد عن الفئة 40 إضافة عناصر سبائكية لتقويته بالمحلول الصلب ، كما تُستخدم المعالجة الحرارية لتعديل بنيته. تُعدّ الفئة 80 أعلى فئة متاحة، ولكنها شديدة الهشاشة. ^{[ 12 ]} يُستخدم معيار ASTM A247 أيضًا بشكل شائع لوصف بنية الجرافيت. تشمل معايير ASTM الأخرى التي تتناول الحديد الرمادي معايير ASTM A126 و ASTM A278 و ASTM A319 . ^{[ 2 ]}  

في صناعة السيارات، يُستخدم معيار SAE J431 التابع لجمعية مهندسي السيارات الدولية (SAE) لتحديد الدرجات بدلاً من الفئات. تُقاس هذه الدرجات بنسبة قوة الشد إلى صلابة برينل . ^{[ 2 ]} يعكس اختلاف معامل مرونة الشد بين الدرجات المختلفة نسبة الجرافيت في المادة، إذ تفتقر هذه المادة إلى القوة والصلابة، ويعمل الفراغ الذي يشغله الجرافيت كفراغ، مما يُنتج مادة إسفنجية.

Gray iron is a common engineering alloy because of its relatively low cost and good machinability, which results from the graphite lubricating the cut and breaking up the chips. It also has good galling and wear resistance because the graphite flakes self-lubricate. The graphite also gives gray iron an excellent damping capacity because it absorbs the energy and converts it into heat.^[3] Grey iron cannot be worked (forged, extruded, rolled etc.) even at temperature.

Gray iron also experiences less solidification shrinkage than other cast irons that do not form a graphite microstructure. The silicon promotes good corrosion resistance and increased fluidity when casting.^[12] Gray iron is generally considered easy to weld.^[16] Compared to the more modern iron alloys, gray iron has a low tensile strength and ductility; therefore, its impact and shock resistance is almost non-existent.^[16]

• Meehanite

• ديغارمو، إي. بول؛ بلاك، جيه تي؛ كوهسر، رونالد أ. (2003)، المواد والعمليات في التصنيع (  الطبعة التاسعة)، وايلي، ISBN 9780471033066.
• شفايتزر، فيليب أ. (2003)، المواد المعدنية ، مطبعة سي آر سي، رقم ISBN 9780203912423.
• سميث، ويليام ف.؛ هاشمي، جواد (2006)، أسس علم وهندسة المواد (الطبعة الرابعة  )، ماكجرو هيل، ISBN 9780072921946.

• ستيفانيسكو، دورو مايكل (2002)، علم وهندسة تصلب المسبوكات ، سبرينغر، ISBN 978-0-306-46750-9.