球鐵鑄件的內(nèi)(外)部質(zhì)量對于球鐵鑄件的壽命影響非常大。輕量化球鐵鑄件一般都是選用的材料，材料的強(qiáng)度越高，韌性相對越低，對于缺口的敏感性越強(qiáng)，使得球鐵鑄件表面的光潔度、砂眼、內(nèi)部縮孔、縮松都對球鐵鑄件的使用壽命有著直接的影響。

所以，輕量化球墨鑄件需要同步提升球鐵鑄件的內(nèi)(外)部質(zhì)量要求。

1、球鐵鑄件表面質(zhì)量的影響

球鐵鑄件表面存在缺陷對于球鐵鑄件的性能有直接影響，不同大小、形狀的缺陷，對于球鐵鑄件的性能影響不一樣。球鐵鑄件表面缺陷，類似于球鐵鑄件表面存在缺口，可以根據(jù)缺口試樣的檢測數(shù)據(jù)來說明缺陷存在的危害性。

V型缺口的沖擊值比U形缺口的沖擊值小20%~30%，而U形缺口的沖擊檢測值比沒有缺口小30%~40%，說明缺陷對于球鐵鑄件的性能影響很大，而且缺陷越尖銳，對球鐵鑄件性能影響越大，對于不同直徑的試棒缺陷影響大致相同。

生產(chǎn)中如果拉伸試棒上存在缺陷，檢測結(jié)果基本都是抗拉強(qiáng)度和伸長率都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。但如果缺陷比較平整平滑，對球鐵鑄件的影響較小。

當(dāng)球鐵鑄件表面存在片狀石墨及浮渣缺陷時，疲勞可降低20%或是多。當(dāng)表面浮渣和小孔缺陷共存時，疲勞可降低30%~40%，防止這類缺陷的產(chǎn)生，對受交變應(yīng)力的球鐵鑄件至關(guān)重要。鑄造表面缺陷對珠光體球鐵鑄件的疲勞性能影響，球鐵鑄件表面質(zhì)量越差，球鐵鑄件的疲勞越小。球鐵鑄件表面越光潔，疲勞越大，使用壽命越長。

在QT550-10材料橋殼過程中，有些臺架試驗件很快出現(xiàn)失效斷裂，而有的試驗件則通過了100萬次的壽命要求。

2、內(nèi)部質(zhì)量的影響

球鐵鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松缺陷影響也非常大，一方面相當(dāng)于減小了球鐵鑄件壁厚，另一方面缺陷的不光滑表面會形成應(yīng)力集中。而球鐵鑄件失效一般是從球鐵鑄件表面產(chǎn)生裂紋源，所以相對于表面質(zhì)量而言，球鐵鑄件內(nèi)部缺陷的影響要小一些。但是由于無法直接觀察，只能依靠X射線探傷等設(shè)備才能發(fā)現(xiàn)，所以其隱蔽的危險性較大。在進(jìn)行托臂梁試驗時，由于大受力部位中心存在縮孔，導(dǎo)致球鐵鑄件臺架試驗時發(fā)生斷裂，縮孔的尺寸為壁厚的1/4左右，終臺架試驗結(jié)果為無縮松球鐵鑄件壽命的80%。一般建議球鐵鑄件熱節(jié)部位存在的縮孔等缺陷不要超過截面的1/4~1/3。對于受力大的部位，應(yīng)該通過工藝方法消 除縮孔、縮松等內(nèi)部缺陷，從而球鐵鑄件的疲勞壽命。所以，在做應(yīng)力評估時，需要考慮內(nèi)部質(zhì)量的影響系數(shù)。

<二>、球墨鑄鐵件在凝固過程

球墨鑄鐵件在凝固過程中的共晶石墨析出會產(chǎn)生膨脹力，又因為糊狀凝固特性導(dǎo)致球墨鑄鐵件在凝固初期難以形成堅硬外殼，此時凝固產(chǎn)生的膨脹壓力便會作用于鑄型，當(dāng)鑄型強(qiáng)度不夠好時，會產(chǎn)生脹型，使球墨鑄鐵件收縮增大，當(dāng)鑄型強(qiáng)度比較好時，膨脹壓力作用于球墨鑄鐵本身實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，收縮量減小，因此球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計不同于鑄鋼件，需要綜合考慮鑄型強(qiáng)度、球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)等多種復(fù)雜因素;并且目前球墨鑄鐵件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，球墨鑄鐵件熱節(jié)分析比較困難，冒口的位置難以確定，因此設(shè)計復(fù)雜球墨鑄鐵件的冒口比較困難。

目前應(yīng)用于球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計方法主要有收縮模數(shù)法、實(shí)用冒口法和通用冒口法。基于幾何的冒口優(yōu)化方法。雖然能對冒口大小設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，但沒有考慮合金材質(zhì)，對球墨鑄鐵件不適用。

收縮模數(shù)法設(shè)計冒口的原理是均衡凝固技術(shù)，將球墨鑄鐵件作為一個整體，由于每個部分的凝固速度都不一樣，發(fā)生收縮和體積膨脹的時間也不相同，通過將所有單元在同一個時刻的收縮和體積膨脹疊加，可以整個球墨鑄鐵件體積隨時間的變化規(guī)律，將收縮和膨脹動態(tài)疊加和為零時，對應(yīng)的時間為收縮時間，該時間對應(yīng)的模數(shù)稱為球墨鑄鐵件收縮模數(shù)，在此時間之后，收縮和膨脹動態(tài)疊加和大于零，因此，冒口設(shè)計充分利用自補(bǔ)縮效果，僅提供收縮時間之前的液態(tài)收縮量。球墨鑄鐵件整個凝固過程中體積隨溫度變化可以分為液態(tài)收縮、體積膨脹、二次收縮三個部分。在鑄型強(qiáng)度比較好時，冒口頸如果在體積膨脹階段凝固，球墨鑄鐵件便可以利用自身的體積膨脹來抵消后期的二次收縮，充分利用石墨析出產(chǎn)生的膨脹壓力，從而實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮效果，而在鑄型強(qiáng)度比較差時，需要冒口釋放的膨脹壓力，冒口頸凝固稍晚。模數(shù)法計算冒口時只考慮球墨鑄鐵件模數(shù)，這種方法可以應(yīng)用于鑄鋼件、鑄鐵件等，但這種方法沒有考慮球墨鑄鐵件的自補(bǔ)縮作用，對于鑄型強(qiáng)度條件好的球墨鑄鐵件，采用這種方法設(shè)計的冒口偏大，會造成材料浪費(fèi)，導(dǎo)致工藝出品率低。為此，本文提出了一種考慮鑄型強(qiáng)度的球墨鑄鐵件冒口計算方法，并應(yīng)用于實(shí)際球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計。