浅谈灰铸铁的特点、分类及应用

一、灰铸铁的力学性能特点
　　1. 常用灰铸铁中由于有石墨存在，而石墨的抗拉强度几乎为零，可以把铸铁看成是布满裂纹或空洞的钢。石墨 不仅破坏了基体的连续性，减少了金属基体承受载荷的有效截面积，使实际应力大大增加；同时，在石墨尖角处易造成应力集中，使尖 角处的应力远大于平均应力。前者称为石墨的缩减作用，后者称为石墨的切割作用。所以，灰铸铁的抗拉强度和弹性模量均比钢低得多 ，通常 σb约为 120～ 250MPa，抗压强度与钢接近，一般可达 600～800MPa，塑性和韧度近于零，属于脆性材料。灰铸铁中的石 墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对力学性能的影响就越大。但石墨的存在对灰铸铁的抗压强度影响不大，因为抗压强度主 要取决于灰铸铁的基体组织，因此灰铸铁的抗压强度与钢相近。当试样中存在着类似灰铸铁中石墨片那样尖锐的缺口时，在缺口附近的 应力值可达到平均值的5倍以上。这种应力集中现象的存在，使灰铸铁即使在承受比较小的负荷时（远远没有达到基体的屈服强度）， 在石墨边缘处基体的实际应力也会超过它的屈服强度，因此在这里就会出现金属的残留变形，甚至出现裂纹（当实际应力超过基体的强 度极限时）。这种石墨边缘裂纹的出现，更进一步地减少了灰铸铁承受负荷的有效截面积，并且更加剧了应力集中的现象，应力集中作 用的顶端也随着裂纹而迅速移动，使裂纹很快扩展，而发生整个铸件的脆性破坏。因此，由于石墨存在所造成的缩减及切割作用，使铸 铁金属基体的强度不能充分发挥，据统计普通灰铸铁基体强度的利用率一般不超过30％ ～50％，这表现为灰铸铁的抗拉强度很低。此外 ，由于石墨存在而造成的严重应力集中现象，造成裂纹的早期发生，抵抗裂纹发展的能力又较差，因此导致脆性断裂，故灰铸铁的塑性 和韧性几乎表现不出来。很明显，由于片状石墨的存在而引起的性能降低，其总的影响并不是两者的代数和，切割作用对基体的危害往 往比缩减作用要强烈得多。顺便指出，普通灰铸铁在受应力作用时，在石墨边缘由于有应力集中现象常会引起少量的残留变形。因此， 灰铸铁的应力 应变曲线即使在较低的应力作用下也不呈直线，而有一定的曲率。因此灰铸铁的弹性模量只有相对的意义。
　　二、灰铸铁的硬度特点
　　在钢中，布氏硬度和抗拉强度之比较为恒定，约等于3，在铸铁中，这个比值就很分散。同一硬度时，抗拉强度 有一个范围。同样，同一强度时，硬度也有一个范围，这是因为强度性能受石墨影响较大，而硬度基本上只反映基体情况所致。许多工 厂以铸铁的硬度来估计其抗拉强度，不少资料中也提出σb和HBS之间的关系式。必须指出，这种估计只有在工艺条件稳定、石墨 片的参数基本接近的情况下才是可靠的。灰铸铁的硬度决定于基体，这是由于硬度的测定方法是用钢球压在试块上，钢球的尺寸相对于 石墨裂缝而言是相当大的，所以外力主要承受在基体上，因此随着基体内珠光体数量的增加，分散度变大，硬度就相应得到提高（图） ，当金属基体中出现了坚硬的组成相时（如自由渗碳体、磷共晶等），硬度就相应增加。