灰铸铁的性能-力学性能
灰铸铁的力学性能数据一般都是从单铸的 φ 30mm 试棒上测得。由于灰铸铁组织和力学性能受冷却速度的影响很大，从试棒上测得的性能并不能完全代表实际铸件的性能。所以从试棒上获得的检测结果仅代表在约定条件下所浇铸铁的组织和性能。对于有特殊要求的铸件可按其关键部位壁厚，选用冷却速度与其相近的单铸试样来测定，测定方法参见相关标准或与采购商协定。
1.抗拉强度
抗拉强度是评价灰铸铁的主要性能指标，各标准主要按抗拉强度划分灰铸铁的牌号等级。承受拉伸和弯曲负荷的零件设计时必须计算拉应力，确保零件具有足够的安全系数。石墨的存在使灰铸铁在较小应力下就会发生塑性变形，其应力-应变曲线也和钢材不同，没有直线段和屈服点（见图 1）。即使同是灰铸铁，不同牌号、不同冷却条件所引起的金相组织的变化导致铸铁在拉伸应力下不同的应力-应变关系。图 2 显示的是在标准试验条件下不同类型灰铸铁的典型曲线。
图 1金属材料的应力-应变曲线
以下是根据试验验证数据得到了有关珠光体灰铸铁 φ 30 试棒的抗拉强度计算公式，考虑到其他合金元素的影响，可用式：
式1
式1标准偏差是 25MPa。
式中， S c = w （C）/［4.3-0.33 w （Si）-0.33 w （P）］；S c =1 是共晶成分的铸铁（ C e q=4.3），即抗拉强度约为 217MPa；式2的标准偏差是 27MPa。
图 2 典型灰铸铁应力-应变曲线式
式1和式2有效的化学成分范围为：
w （C） 2.9%～4.0%
w （Si） 1.0%～3.30%
w （P） 0.05%～1.0%
w （S） 0.03%～0.18%
w （Mn） 0.25%～1.00%
w （Ni） ＜0.20%
w （Mo） ＜0.20%
w （Cr） ＜0.10%
w （V） ＜0.05%
对于合金铸铁，可用式3进行大概的计算
式中， D 表示测试试棒的直径（mm）。
式3在以下范围是有效的:
w （C） 2.9%～4.0%
w （Si） 1.0%～3.30%
w （P） 0.05%～1.0%
w （S） 0.03%～0.18%
w （Mn）0.25%～1.00%
w （Sn） 0.05%～0.15%
w （Ni） 0.60%～1.00%
w （Mo） 0.20%～1.00%
w （Cr） 0.20%～0.60%
w （Cu） 0.50%～1.50%
w （V） 0.10%～0.20%
w （Sn） 0.05%～0.15%
很多标准对于灰铸铁抗拉强度的要求是针对 φ 30mm 试棒性能，即相当于 15mm 的壁厚。通常顾客会依据标准要求抗拉强度或硬度，但是还要满足主要断面的性能。灰铸铁抗拉强度与壁厚的关系如图 5-6 所示。
2.弹性模量
灰铸铁的弹性性能不同于其他材料，其应力-应变关系不是恒定的直线关系，而是斜率连续下降的曲线关系，不同牌号灰铸铁这一关系是不同的（见图 5-5）。弹性模量就是应力与应变之比。由于灰铸铁应力-应变关系是曲线，曲线的斜率（弹性模量）是一变化值，通常设计会采用负荷为极限强度 25% 的割线模量来代表弹性模量，对于大部分工程零件而言按此模量设计是保守安全的；对于设计应力比较小的精密机械，可采用从原点无载荷时的切线斜率作为弹性模量（见图 3）。
图 3灰铸铁抗拉强度-壁厚关系图
图 4确定灰铸铁弹性模量的方法
弹性模量受灰铸铁金相组织、成分及工艺影响，碳当量增加、石墨含量增加和石墨长度增大均会使弹性模量减小；合金元素使得弹性模量增加；冷却速度减慢、退火处理可使弹性模量减小。
3.硬度
金属的许多特性直接与硬度相关，硬度在一定条件下可表示灰铸铁的强度、耐磨性以及可加工性等，硬度就成为灰铸铁最常用的力学性能。生产实践中，为确定大批量生产的铸铁产品的质量稳定性，通常采用测定每个铸件典型部位硬度的方法。在机械加工中硬度是衡量刀具寿命的一个很好的指标，对于一定抗拉强度的铸铁，硬度相对低一些对于提高可加工性是比较有利的。硬度试验比强度试验要简便的多，找出硬度和强度之间关系具有实际意义。由于灰铸铁中片状石墨状态对强度的影响远比对硬度的影响大，导致其硬度和强度的对应关系十分松散（见图 4）。灰铸铁的布氏硬度可以根据其化学成分按式4计算：
式4
式4的标准偏差是 12。对于合金铸铁，可根据式5计算：
式5
式5-对下列化学成分范围有效：
式6
针对具体种类灰铸铁在一定范围内建立硬度和抗拉强度之间的关系十分必要，实践中就可以通过硬度测试对不同断面铸件强度进行预测。同抗拉强度一样，同牌号灰铸铁的硬度随壁厚而变化，见图 5
图 5孕育灰铸铁抗拉强度与硬度的关系
图 6不同牌号灰铸铁的硬度-壁厚关系图
摘自现代铸铁技术
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