灰鐵缸體的灰鐵材質(zhì)性能取決于它的化學(xué)成份及冷卻速率。對(duì)于給定形狀、重量和壁厚的鑄件,如果鑄型介質(zhì)和澆注溫度不變,冷卻速率也是不變的,因而影響到金屬性能的將主要是化學(xué)成份,對(duì)于灰鑄鐵來說,基本成份中的錳、磷、硫三元素對(duì)性能的影響較小且可供調(diào)控和實(shí)際變化的范圍又很窄可以用金屬元素分析儀來區(qū)分。顯然,決定灰鐵材質(zhì)性能的 重要因素是碳和硅的含量(合金元素影響作為另類問題對(duì)待),如果找出該兩元素含量(還可以將兩元素合二為一地用碳當(dāng)量代表)與表征灰鐵材質(zhì)性能的強(qiáng)度和硬度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,這不僅給試驗(yàn)帶來便捷同時(shí)也將對(duì)生產(chǎn)者具有實(shí)用價(jià)值。這時(shí)就可以用到爐前碳硅分析儀,此外,還有一個(gè)問題一直引起人們的關(guān)注——內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),它的大部分工件是灰鐵件,其主要部件如缸體不僅加工量大、工序繁多,且多用設(shè)備和刀具,而刀具都是單件制作,因此,即使在歐美 ,在發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)費(fèi)用中,刀具損耗的費(fèi)用占居 。按傳統(tǒng)觀點(diǎn),灰鐵的硬度與強(qiáng)度呈直線正比關(guān)系,可否在范圍內(nèi)生產(chǎn)出強(qiáng)度提高而硬度不變或稍許上升的灰鐵?!
循著這一思路,鑄鐵學(xué)者派特生進(jìn)行系統(tǒng)性充分試驗(yàn),并對(duì)大量數(shù)據(jù)加以處理[1],得出灰鐵硬度和強(qiáng)度與共晶度(或稱碳飽和度,為便于運(yùn)算與建立簡明的數(shù)學(xué)公式,將鑄鐵共晶點(diǎn)的碳當(dāng)量4.26換稱共晶度為1)之間的數(shù)值關(guān)系。這一成果各國業(yè)界的廣泛認(rèn)同,其硬度與強(qiáng)度間關(guān)系的計(jì)算原則,已納入國標(biāo)GB9439-88《灰鑄鐵件》之內(nèi)。
借助于該結(jié)果(公式),可以定量地、明確無誤地反映所生產(chǎn)的鑄鐵及其工藝技術(shù)的優(yōu)劣。
任何生產(chǎn)灰鐵鑄件的車間可將所生產(chǎn)鐵水的碳飽和度按公式得出它的“計(jì)算硬度”和“計(jì)算強(qiáng)度”,以之與所澆注試棒的“實(shí)測硬度”,和“實(shí)測強(qiáng)度”兩兩對(duì)比,分別得出“相對(duì)硬度”和“相對(duì)強(qiáng)度”,再將“相對(duì)強(qiáng)度”比“相對(duì)硬度”,所得值稱為“正常度”(或稱“質(zhì)量指標(biāo)”)。如果正常度等于1表示該車間的“熔鑄狀態(tài)”處于正常合理;若大于1則為優(yōu)良,反映該車間在給定的鑄鐵成份下獲得較高的強(qiáng)度與較低的硬度;如果小于1顯然說明生產(chǎn)狀態(tài)不佳,因?yàn)槿粢岣卟馁|(zhì)強(qiáng)度勢 靠降低碳飽和度(碳硅含量)的辦法來達(dá)到,就需要用到金屬元素分析儀和爐前碳硅分析儀來分析。