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球铁铸件的内(外)部质量对于球铁铸件的寿命影响非常大。轻量化球铁铸件一般都是选用的材料，材料的强度越高，韧性相对越低，对于缺口的敏感性越强，使得球铁铸件表面的光洁度、砂眼、内部缩孔、缩松都对球铁铸件的使用寿命有着直接的影响。

所以，轻量化球墨铸件需要同步提升球铁铸件的内(外)部质量要求。

1、球铁铸件表面质量的影响

球铁铸件表面存在缺陷对于球铁铸件的性能有直接影响，不同大小、形状的缺陷，对于球铁铸件的性能影响不一样。球铁铸件表面缺陷，类似于球铁铸件表面存在缺口，可以根据缺口试样的检测数据来说明缺陷存在的危害性。

V型缺口的冲击值比U形缺口的冲击值小20%~30%，而U形缺口的冲击检测值比没有缺口小30%~40%，说明缺陷对于球铁铸件的性能影响很大，而且缺陷越尖锐，对球铁铸件性能影响越大，对于不同直径的试棒缺陷影响大致相同。

生产中如果拉伸试棒上存在缺陷，检测结果基本都是抗拉强度和伸长率都达不到标准要求。但如果缺陷比较平整平滑，对球铁铸件的影响较小。

当球铁铸件表面存在片状石墨及浮渣缺陷时，疲劳可降低20%或是多。当表面浮渣和小孔缺陷共存时，疲劳可降低30%~40%，防止这类缺陷的产生，对受交变应力的球铁铸件至关重要。铸造表面缺陷对珠光体球铁铸件的疲劳性能影响，球铁铸件表面质量越差，球铁铸件的疲劳越小。球铁铸件表面越光洁，疲劳越大，使用寿命越长。

在QT550-10材料桥壳过程中，有些台架试验件很快出现失效断裂，而有的试验件则通过了100万次的寿命要求。

2、内部质量的影响

球铁铸件内部的缩孔、缩松缺陷影响也非常大，一方面相当于减小了球铁铸件壁厚，另一方面缺陷的不光滑表面会形成应力集中。而球铁铸件失效一般是从球铁铸件表面产生裂纹源，所以相对于表面质量而言，球铁铸件内部缺陷的影响要小一些。但是由于无法直接观察，只能依靠X射线探伤等设备才能发现，所以其隐蔽的危险性较大。在进行托臂梁试验时，由于大受力部位中心存在缩孔，导致球铁铸件台架试验时发生断裂，缩孔的尺寸为壁厚的1/4左右，终台架试验结果为无缩松球铁铸件寿命的80%。一般建议球铁铸件热节部位存在的缩孔等缺陷不要超过截面的1/4~1/3。对于受力大的部位，应该通过工艺方法消 除缩孔、缩松等内部缺陷，从而球铁铸件的疲劳寿命。所以，在做应力评估时，需要考虑内部质量的影响系数。

<二>、球墨铸铁件在凝固过程

球墨铸铁件在凝固过程中的共晶石墨析出会产生膨胀力，又因为糊状凝固特性导致球墨铸铁件在凝固初期难以形成坚硬外壳，此时凝固产生的膨胀压力便会作用于铸型，当铸型强度不够好时，会产生胀型，使球墨铸铁件收缩增大，当铸型强度比较好时，膨胀压力作用于球墨铸铁本身实现自补缩，收缩量减小，因此球墨铸铁件的冒口设计不同于铸钢件，需要综合考虑铸型强度、球墨铸铁件结构等多种复杂因素;并且目前球墨铸铁件结构越来越复杂，球墨铸铁件热节分析比较困难，冒口的位置难以确定，因此设计复杂球墨铸铁件的冒口比较困难。

目前应用于球墨铸铁件的冒口设计方法主要有收缩模数法、实用冒口法和通用冒口法。基于几何的冒口优化方法。虽然能对冒口大小设计进行优化，但没有考虑合金材质，对球墨铸铁件不适用。

收缩模数法设计冒口的原理是均衡凝固技术，将球墨铸铁件作为一个整体，由于每个部分的凝固速度都不一样，发生收缩和体积膨胀的时间也不相同，通过将所有单元在同一个时刻的收缩和体积膨胀叠加，可以整个球墨铸铁件体积随时间的变化规律，将收缩和膨胀动态叠加和为零时，对应的时间为收缩时间，该时间对应的模数称为球墨铸铁件收缩模数，在此时间之后，收缩和膨胀动态叠加和大于零，因此，冒口设计充分利用自补缩效果，仅提供收缩时间之前的液态收缩量。球墨铸铁件整个凝固过程中体积随温度变化可以分为液态收缩、体积膨胀、二次收缩三个部分。在铸型强度比较好时，冒口颈如果在体积膨胀阶段凝固，球墨铸铁件便可以利用自身的体积膨胀来抵消后期的二次收缩，充分利用石墨析出产生的膨胀压力，从而实现自补缩效果，而在铸型强度比较差时，需要冒口释放的膨胀压力，冒口颈凝固稍晚。模数法计算冒口时只考虑球墨铸铁件模数，这种方法可以应用于铸钢件、铸铁件等，但这种方法没有考虑球墨铸铁件的自补缩作用，对于铸型强度条件好的球墨铸铁件，采用这种方法设计的冒口偏大，会造成材料浪费，导致工艺出品率低。为此，本文提出了一种考虑铸型强度的球墨铸铁件冒口计算方法，并应用于实际球墨铸铁件的冒口设计。

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