一.灰鑄鐵的力學(xué)性能特點

1. 常用灰鑄鐵中由于有石墨存在，而石墨的抗拉強度幾乎為零，可以把鑄鐵看成是布滿裂紋或空洞的鋼。石墨不僅破壞了基體的連續(xù)性，減少了金屬基體承受載荷的有效截面積，使實際應(yīng)力大大增加;同時，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使尖角處的應(yīng)力遠(yuǎn)大于平均應(yīng)力。前者稱為石墨的縮減作用，后者稱為石墨的切割作用。所以，灰鑄鐵的抗拉強度和彈性模量均比鋼低得多，通常 σb約為 120～ 250MPa，抗壓強度與鋼接近，一般可達(dá) 600～800MPa，塑性和韌度近于零，屬于脆性材料。灰鑄鐵中的石墨片的數(shù)量越多、尺寸越大、分布越不均勻，對力學(xué)性能的影響就越大。但石墨的存在對灰鑄鐵的抗壓強度影響不大，因為抗壓強度主要取決于灰鑄鐵的基體組織，因此灰鑄鐵的抗壓強度與鋼相近。當(dāng)試樣中存在著類似灰鑄鐵中石墨片那樣尖銳的缺口時，在缺口附近的應(yīng)力值可達(dá)到平均值的5倍以上。這種應(yīng)力集中現(xiàn)象的存在，使灰鑄鐵即使在承受比較小的負(fù)荷時(遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到基體的屈服強度)，在石墨邊緣處基體的實際應(yīng)力也會超過它的屈服強度，因此在這里就會出現(xiàn)金屬的殘留變形，甚至出現(xiàn)裂紋(當(dāng)實際應(yīng)力超過基體的強度極限時)。這種石墨邊緣裂紋的出現(xiàn)，更進(jìn)一步地減少了灰鑄鐵承受負(fù)荷的有效截面積，并且更加劇了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，應(yīng)力集中作用的頂端也隨著裂紋而迅速移動，使裂紋很快擴(kuò)展，而發(fā)生整個鑄件的脆性破壞。因此，由于石墨存在所造成的縮減及切割作用，使鑄鐵金屬基體的強度不能充分發(fā)揮，據(jù)統(tǒng)計普通灰鑄鐵基體強度的利用率一般不超過30% ～50%，這表現(xiàn)為灰鑄鐵的抗拉強度很低。此外，由于石墨存在而造成的嚴(yán)重應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成裂紋的早期發(fā)生，抵抗裂紋發(fā)展的能力又較差，因此導(dǎo)致脆性斷裂，故灰鑄鐵的塑性和韌性幾乎表現(xiàn)不出來。很明顯，由于片狀石墨的存在而引起的性能降低，其總的影響并不是兩者的代數(shù)和，切割作用對基體的危害往往比縮減作用要強烈得多。順便指出，普通灰鑄鐵在受應(yīng)力作用時，在石墨邊緣由于有應(yīng)力集中現(xiàn)象常會引起少量的殘留變形。因此，灰鑄鐵的應(yīng)力 應(yīng)變曲線即使在較低的應(yīng)力作用下也不呈直線，而有一定的曲率。因此灰鑄鐵的彈性模量只有相對的意義。

二.灰鑄鐵的硬度特點

在鋼中，布氏硬度和抗拉強度之比較為恒定，約等于3，在鑄鐵中，這個比值就很分散。同一硬度時，抗拉強度有一個范圍。同樣，同一強度時，硬度也有一個范圍，這是因為強度性能受石墨影響較大，而硬度基本上只反映基體情況所致。許多工廠以鑄鐵的硬度來估計其抗拉強度，不少資料中也提出σb和HBS之間的關(guān)系式。必須指出，這種估計只有在工藝條件穩(wěn)定、石墨片的參數(shù)基本接近的情況下才是可靠的。灰鑄鐵的硬度決定于基體，這是由于硬度的測定方法是用鋼球壓在試塊上，鋼球的尺寸相對于石墨裂縫而言是相當(dāng)大的，所以外力主要承受在基體上，因此隨著基體內(nèi)珠光體數(shù)量的增加，分散度變大，硬度就相應(yīng)得到提高(圖)，當(dāng)金屬基體中出現(xiàn)了堅硬的組成相時(如自由滲碳體、磷共晶等)，硬度就相應(yīng)增加。