（1）灰铸铁牌号及强度性能的禁忌

1）灰铸铁的牌号是按其抗拉强度大小来区分的，但选定某一牌号来生产某种铸件时，并不意味着整个铸件各部分均可达到该牌号标示的强度值。抗拉强度是灰铸铁最主要的力学性能，灰铸铁的牌号是按其大小来区分的，根据GB/T9439—1988《灰铸铁件》的规定，按单铸ϕ30mm试棒的抗拉强度值将灰铸铁分为六种牌号，见表3-5。该牌号中的HT是灰铸铁的代号，代表灰铸铁中“灰铁”两字汉语拼音的第一个字母，后面的数字为抗拉强度值，是区分灰铸铁牌号的指标。不过该强度值只能反映铸件上与试棒铸造条件相当的那一部分的力学性能，并不能代表整个铸件各部分的力学性能，这是因为灰铸铁对壁厚的敏感性特别大，同一牌号的灰铸铁件，厚壁和薄壁部分、内部和外部会得到不同的抗拉强度。为此，国标GB/T9439—1988提供了灰铸铁件壁厚与力学性能的关系表（见表3-6）。该表给出了各牌号不同壁厚的灰铸铁件能达到的最小抗拉强度的参考值，供设计者或用户选择灰铸铁牌号之用；或者，在选定灰铸铁牌号后，可根据表3-6查出铸件各不同壁厚处所能达到的抗拉强度，以校核灰铸铁件各部分的强度和刚度。

表3-5 按单铸试棒性能分类

表3-6 灰铸铁件壁厚与力学性能的关系（GB/T9439—1988）

（续）

注：当一定牌号的铁液浇注壁厚均匀而形状简单的铸件时，壁厚变化所造成的抗拉强度的变化，可从本表查出参考性数据，当铸件壁厚不均匀，或有砂芯时，此表仅能近似地给出不同壁厚处的大致的抗拉强度值，铸件设计应根据关键部位的实测值进行。

2）灰铸铁和钢具有基本相同的基体组织，但强度性能远不如钢，不可忽视其强度性能较低的主要原因。铸铁和钢具有相同的基体组织，只数量稍有不同而已，但两者的强度性能却有很大差别。例如铸造碳钢的抗拉强度σ_b=400～650MPa，伸长率δ=10%～25%；而灰铸铁相应的性能只有σ_b=100～400MPa，δ=0.5%。这主要由于有石墨存在的缘故。由于石墨几乎没有强度，又因为石墨片好像是存在于铸铁中的裂口，所以，一方面由于它在铸铁中占有一定量的体积，减少了金属基体的承载面积，另一方面，更为重要的是，在承受负荷时，在石墨片的尖端处造成应力集中现象。前者称为石墨的缩减作用，后者称为石墨的缺口作用（切割作用）。由于石墨的这两个作用，使铸铁的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只有30%～50%，因此表现出了灰铸铁的抗拉强度较差。此外，由于石墨片存在而造成的严重应力集中现象，导致裂纹的早期发生和发展，因而出现脆性断裂，故灰铸铁的塑性和韧性几乎表现不出来。很明显。石墨的切割作用对基体的危害比缩减作用要强烈得多。

（2）灰铸铁使用性的禁忌

1）不能用灰铸铁来生产需要在高冲击性能的场合使用或承受动载荷应力应变的重要零件。铸铁是碳含量较高的铁碳合金，一般碳含量为2.1%～4.5%，硅含量为1.0%～3.0%，此外，还含有锰、磷、硫及其他合金元素。根据碳在铸铁中存在的形式和断口特征，可将铸铁分为白口铸铁、灰铸铁和麻口铸铁。根据石墨的形态，灰铸铁又可分为普通灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。灰铸铁的碳以片状石墨形式出现，导致其抗拉强度较差，一般只100～400MPa，塑性较低，其伸长率几乎为零，但抗压强度却非常高，可与钢相比，一般为抗拉强度的3～4倍，因此灰铸铁主要用于要求抗拉强度100～400MPa、对伸长率、耐磨性没有特殊要求，可承受中等或较大静载荷的机械零件，耐中等或耐较高压力的液压件，而不可用来生产需要在高冲击性能的场合使用或承受动载荷应力应变的重要零件。

2）对壁厚相差悬殊的铸件，不宜推荐选用灰铸铁。在各种铸件材料中，灰铸铁对壁厚（断面）的敏感性最显著，薄壁处易形成过冷石墨及白口，厚壁处石墨粗大，从而使铸件不同部位有不同的硬度、强度，并影响到机械加工和最终的使用性能，因此对壁厚相差悬殊的铸件，不推荐选用灰铸铁。

3）灰铸铁不宜用来制作要在高温下（425℃以上）长期使用或反复加热冷却的工件。这是由于灰铸铁在高温下（425℃以上）长期使用，特别是经过反复地加热冷却时，常常发生“生长”现象，即体积胀大，密度减小，强度下降和容易产生裂纹，使铸件不能继续使用。产生体积胀大的原因，主要是由于氧化性气体沿石墨边界和裂纹渗入灰铸铁内部，发生氧化，造成体积胀大；此外，也由于渗碳体在高温时分解，生成密度小而体积大的石墨，致使灰铸铁体积胀大。因此，灰铸铁不宜用来铸造要在高温下长期使用或反复加热冷却的工件。

4）贮存腐蚀性介质（电解质）的容器不宜选用灰铸铁。灰铸铁除了在常温的碱或碱性水溶液、中性或极弱酸性水溶液中可短暂使用外，通常在大部分腐蚀性介质中都是不耐蚀的，也不推荐选用。这是由于将灰铸铁置于腐蚀介质（电解质）内，铸铁组织中的石墨电极电位高于渗碳体，而渗碳体又高于铁素体，电化学不均一，会形成原电池而发生电化学腐蚀，使电位低的相发生腐蚀，因此，贮存腐蚀性介质的容器不宜选用灰铸铁。

5）经受振动的机械零件，不可忽视选用灰铸铁。减振性是指材料在交变负荷下，它本身吸收振动的能力。灰铸铁由于存在大量的片状石墨，它割裂了基体，因而阻止了振动的传播，并能把它转化为热能而散发，因而灰铸铁具有良好的减振性。石墨越粗大，减振性越好。A型石墨优于D型、E型石墨。一般来说，灰铸铁的抗拉强度愈低，减振性愈好，如图3-5所示。机床床身、机电设备上的底座或机架等零件常用灰铸铁制造，其中一个重要原因就是因其能有效地吸收机器振动的能量，也就是利用它的减振性。

图3-5 灰铸铁强度与减振性的关系(www.daowen.com)

6）需要经受滑动摩擦也就是需要减摩的机械零件，不可忽视对灰铸铁的选用。实践证明，灰铸铁具有良好的减摩和润滑性能，这是因为在石墨被磨掉的地方（石墨从基体上脱落处）形成大量的显微“口袋”，可以储存润滑油以保证使用过程中油膜的连续性，并且石墨本身也是很好的润滑剂。因此需经受滑动摩擦的机械零件可以将灰铸铁作为入选的重要材料之一。不过，在选用灰铸铁作为减摩材料时，从提高减摩性的角度看，无论是石墨数量，还是石墨大小都要适中。过粗、过多时，割裂太多；过细、过少时，滑润不足，都不利于减摩性。珠光体基体加上数量大小适中、均匀无方向性分布的石墨的铸铁，可有良好的减摩性能。

（3）不可不知灰铸铁的主要力学性能及其表示方法 铸铁力学性能是指铸铁在外力作用下所表现出来的性能，主要包括强度（屈服点和抗拉强度）、塑性（伸长率和断面收缩率）、硬度和冲击韧度。

1）强度：金属（包括灰铸铁）抵抗永久变形（塑性变形）或断裂的能力称为强度，其大小通常用应力来表示，符号为σ，单位为MPa。金属材料的强度指标常用屈服点和抗拉强度来表示。屈服点和抗拉强度是通过金属材料标准试样拉伸试验测定的。拉伸试验是在拉力试验机上进行的，测试时，标准试样在拉力作用下逐渐伸长，直至断裂为止。试样拉断前能承受的最大标称拉应力，叫抗拉强度，用符号σ_b表示。σ_b越大，材料抵抗断裂的能力越强，越不容易断裂；试样在测试抗拉强度过程中，当外力增大到一定值时，即使外力不再增加（保持恒定），仍能继续伸长（变形）时的应力，称为屈服点，用符号σ_S表示。σ_S越大，越不容易产生塑性变形。屈服点σ_S和抗拉强度σ_b是设计机械和选择、评定金属材料的主要依据和指标。金属材料不能在超过其σ_S的条件下工作，否则会引起零件的塑性变形；也不能在超过其σ_b的条件下工作，否则会导致零件产生断裂而破坏。

2）塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称塑性。常用的塑性判据是断后伸长率和断面收缩率。其中伸长率是指试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比，用符号δ表示；而断面收缩率则指缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ϕ表示。材料的伸长率δ或断面收缩率的数值越大，表示该材料的塑性越好。对于金属就可以通过塑性变形加工成不同形状的零件。而灰铸铁的δ几乎为零，所以不能进行塑性变形加工。

3）冲击韧度：有些机械零件在工作过程中往往要受到冲击载荷的作用，如机器起动时连杆与活塞间、齿轮之间，以及锻锤、凿岩机零件、风镐零件、曲轴等都产生冲击。这种冲击载荷所引起的变形和应力要比静载荷时大得多，因此，在设计这类零件所用的金属材料时，其性能指标不能单纯用静载荷作用下的指标来衡量，而必须考虑材料抗冲击能力，这可用该材料制成标准试样在冲击试验机上测定。该试验机如图3-6所示。试验时，带V形或U形缺口的标准试样放在试验机的两个支承上，试样缺口背向摆锤的作用方向，将摆锤抬到H高度后落下时击断试样，h是试样折断后摆锤甩到另一面去的高度。摆锤击断试样所消耗的能量，即为冲击载荷使试样折断时所做的功，称为冲击吸收功，用A_K表示。A_K=G（H-h），G为摆锤的重力。用试样缺口处的截面积A去除A_K，即得到该金属材料单位面积上的冲击吸收功，叫做冲击韧度，用符号α_k表示，单位为J/cm²。冲击韧度愈大，表明该材料在受到冲击时越不易断裂。

图3-6 摆锤式冲击试验机示意图

1—摆锤 2—标尺 3—支架 4—试样

4）硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度，是衡量金属软硬程度的判据。适当的硬度可以保证材料足够的耐磨性和使用寿命，因此，硬度也是金属材料重要的力学性能之一。常用的硬度指标为布氏硬度和洛氏硬度，可分别用布氏硬度机和洛氏硬度机测定。布氏硬度用符号HB表示，洛氏硬度用符号HR表示。常用的洛氏硬度标尺有HRA、HRB、HRC三种，其中HRC应用最广泛。

（4）石墨对铸铁力学性能影响很大，用金相显微镜观察时，不可不知灰铸铁的石墨到底有些什么形状 用金相显微镜放大100倍观察未浸蚀的灰铸铁试样时，其石墨的分布形状如图3-7所示，分为六种，而石墨长度则分为八级，见表3-7。从分布形状看（参见图3-7所示），灰铸铁中石墨分为均匀分布的片状石墨（A型石墨）；片状与点状聚集成的菊花状石墨（B型石墨）；初生的部分带尖角状、粗大片状及小片状的块片状石墨（C型石墨）；枝晶间点、片状呈无方向分布的枝晶点状石墨（D型石墨）；枝晶间短小片状呈方向性分布的枝晶片状石墨（E型石墨）和星状（或蜘蛛状）与短片状混合均匀分布的星状石墨（F型石墨）。通常，灰铸铁的石墨数量增加、石墨变粗大，铸铁力学性能随之下降。其中石墨长度与抗拉强度的关系如图3-8所示，可见影响非常显著。

图3-7 灰铸铁石墨分布形状

表3-7 灰铸铁中石墨长度的分级（GB/T 7216—2009）《灰铸铁金相检验》

图3-8 石墨长度与抗拉强度的关系