铸铁是重要的工程材料，2018 年中国铸件总产量是 4 935 万吨，占全球产量的 44% 左右，其中铸铁件产量达 3 540 万吨，占铸件总产量的 71.7% 左右，其中灰铸铁 2 065 万吨，球墨铸铁 1 415 万吨，可锻铸铁60 万吨 [1]。中国是“世界加工厂”，是全球经济一体化的重要成员，是铸件出口大国。标准是产品生产、质量控制和检验的基本依据，积极地参与铸铁国际标准的制定，与各国铸造专家共同探讨国际标准中的技术条款，是有效地组织生产、把控产品质量和开展国际贸易的基础。

1  铸铁国际标准体系

国际标准化组织 / 铸铁及生铁技术委员会（ISO/TC25）已颁布的国际标准 11 项、技术报告 6 项，正在修订的标准 2 项、技术报告 1 项，具体见表 1。

表 1  铸铁系列国际标准汇总
Tab.1 Summary of international standards for cast iron series

根据标准的完善程度，国际标准分 2 类：一类是正式标准，如 ISO 1083 《球墨铸铁分类》，这类标准相对比较完善和成熟，已被 ISO 成员国广泛采纳应用；另一类是技术报 告（technical report）， 如 ISO/TR 945-2 《铸铁显微组织 第 2 部分：图像法石墨分类》。技术报告的有些技术条款还不完善，存在较大争议，或只有少数 ISO 成员国采用或部分条款被 ISO 成员国采用。因此，严格地说，ISO 技术报告还不是国际标准。

虽然 ISO 技术报告还不完善，但 ISO 技术报告能反映铸造技术的发展动态，对促进铸造技术的发展有着重要的推进作用，它也可能是一种新技术、新规则，是形成标准的过渡性技术文件。ISO 成员国可以以行业发展的需要，起草 ISO 技术报告，如获得 ISO 成员国共识，即可有望成为正式的国际标准。另一方面，可以从 ISO 技术报告中吸取国外同行的新思路，如从 ISO/TR 10809-2 《铸铁 第 2 部分：铸铁的焊接》中了解到铸铁材料焊接、连接方面的新技术；从 ISO/TR 15931 《铸铁和生铁命名规则》中了解到在欧盟牌号上的一些特殊符号：如 JS/400-18LT/S、JS/400-18LT/U、JS/400-18LT/C，牌号最后的字母 S、U、C 分别代表单铸试块试样、附铸试块试样和铸件本体试样；如 JS/400-18LT/D、 JL/200/H、JMWF/360-12/W 和 JS/400-18LT/SD，牌号最后的字母 D 代表铸态、H 代表热处理状态、W 代表可焊性、SD 表示单铸铸态试样。

ISO 铸铁标准体系主要是根据石墨形态、基体组织和材料功能等分类，如ISO 185《灰铸铁分类》、 ISO 1083《球墨铸铁分类》是以石墨形态分类， ISO 2891《奥氏体铸铁分类》是以基体组织分类， ISO 21008 《抗磨铸铁分类》是以材料功能分类。 ISO 铸铁技术标准体系与我国铸铁技术标准体系类似。 ISO/TC 25 归口制定的9 项ISO 标准全部是通用基础性标准，这些标准对铸铁材料组织、性能做了规定，但较少涉及具体铸件技术要求，这一点与我国标准体系明显不同。

2  最新制订的铸铁国际标准

国际标准的制定过程非常严谨，从立项到发布需经历立预研阶段、提案阶段、准备阶段、委员会阶段、征询意见阶段、批准阶段和出版阶段，几乎每个阶段都需要相应的审查，一般需要3 年时间。近5 年，新制定的铸铁国际标准有ISO 945-4：2019《铸铁金相组织 第4部分：球墨铸铁球化率评定方法》，该标准由我国负责起草并于2019 年5 月颁布。该标准构建了球状石墨颗粒数学模型，确定了球化率计算公式，规定了目测法和图像法评定球墨铸铁球化率的方法，提供了评定球化率和石墨颗粒数的标准图。

（1）球状石墨颗粒数学模型

用圆整度表征石墨颗粒形态。圆整度是指石墨颗粒面积与石墨颗粒的最大佛雷德圆面积之比值，圆整度的计算见公式（1）：

ρ = A/Am = 4A/π⋅lm^{2                  （1）}

式（1）中，ρ 为石墨颗粒圆整度；A 为石墨颗粒面积；Am 为石墨颗粒佛雷德圆面积；lm 为石墨颗粒最大佛雷德直径。石墨颗粒及佛雷德圆示意图如图 1 所示。

球形石墨颗粒圆整度临界值的确定是评定球化率的关键，标准规定圆整度≥ 0.6 的石墨颗粒为球形石墨。

图 1  石墨颗粒及佛雷德圆示意图
Fig.1 Schematic diagram of graphite particles and Fred circle

（2）球化率计算

标准规定，球化率 p_nod 为球形石墨颗粒（圆整度≥ 0.6）的面积除以所有形态石墨颗粒的面积，见公式（2）：

式（2）中，pnod 为球化率（取整数），%；AVI 为 Ⅵ 型石墨颗粒的面积；AV 为 Ⅴ 型石墨颗粒的面积；Aall为所有石墨颗粒的面积；小于临界尺寸的石墨颗粒不计。

ISO 1083《 球墨铸铁分类》、EN 1563 《球墨铸铁》、GB/T9441-2009 《球墨铸铁金相检验》和 JSI G5502《球墨铸铁》 等标准规定了球化率为球墨铸铁中 Ⅵ 型石墨和 Ⅴ 型石墨颗粒所占总石墨颗粒的百分比。当采用目测法时，通常不可能清点球形石墨颗粒数，而是根据视觉直观地与标准图片进行对比评定，其评定结果不仅受到不同形态石墨颗粒数量的影响，还受到石墨颗粒大小的影响。大颗粒、小颗粒石墨对人们视觉的影响力是完全不同的。大颗粒石墨形态差，球化率评定结果就低；大颗粒石墨形态圆整，球化率评定结果就高。石墨颗粒大小对目测法评定球化率的影响如图 2 所示，用计数法评定球化率均为 84%，但目测法评其球化率时，图 2（b）应明显低于图 2（a）。事实上，大颗粒石墨形态对球化率评定结果影响很大，大颗粒石墨的权重应该大于小颗粒石墨。因此，依据不同形态石墨颗粒的面积比评定球化率更为合理。

图2 石墨颗粒大小对目测法评定球化率的影响
Fig.2 The effect of graphite particle size on the evaluation of spheroidization rate by visual method

（3）球化率评定参照图

按照球形石墨的定义和球化率计算公式，ISO 945-4标准提供了球化率为 50% ～ 95% 的标准图，与 GB/T 9441-2009 《球墨铸铁金相检验》和美国铸造协会（AFS）的《球墨铸铁球化率评级图》相比：a. 扩大了视场，视场由 Φ0.7 mm 扩大到 Φ1.2 mm，图尺寸由原来的 Φ70 mm 增大到 Φ120mm；b. 增加了矩形图，矩形图面积与Φ120 mm 图相等，球墨铸铁球化率评级图对比见表 2。对于视场的选择，ISO 945-4 规定，随机选取视场数量不得少于 5 个，石墨颗粒数量不得少于 500 颗。增加评定视场数量，有利于提高评定结果的稳定性。

表 2  球墨铸铁球化率评级图对比
Tab.2 Comparison of nodulation rate rating chart of nodular cast iron

在评定球墨铸铁单位面积的石墨颗粒数时，通常简称为“石墨颗粒数”。传统的所谓“石墨球数” 实际上是“石墨颗粒数”，因为在评定“石墨球数” 时，根本就没有区分球形石墨和非球形石墨。因此，在ISO 945-4:2109 标准的名词术语中，用“石墨颗粒数”（graphite particle count）取代了“石墨球数” （nodular count）。

球墨铸铁单位面积的石墨颗粒数与规定的最小石墨颗粒临界尺寸极限密切相关，规定的最小石墨颗粒尺寸越小，“石墨颗粒数”就越多，最小颗粒尺寸10 µm 和5 µm 对应的石墨颗粒数分别为200 颗/mm2 和230 颗/mm2。一般规定的最小石墨颗粒尺寸为10µm，特殊情况可以规定为5 µm，标准给出了最小石墨颗粒临界尺寸为10 µm 和5 µm 时对应的石墨颗粒数，ISO 945-4: 2019参照图的“石墨颗粒数”见表3。可见，“石墨颗粒数”越多，最小石墨颗粒临界尺寸对“石墨颗粒数”的影响就越大。如标准中的图B.1(e)：最小颗粒尺寸10 µm 时为200 颗，最小颗粒尺寸为5 µm 时为230 颗；如标准中的图B.1(k)：最小颗粒尺寸10 µm 时为1 000颗，对应的最小颗粒尺寸为5 µm 时达2 188 颗。

表 3 ISO 945-4: 2019 参照图的“石墨颗粒数”
Tab.3 Number of graphite particles in the reference map of ISO 945-4: 2019

3  最新修订的铸铁国际标准

ISO/TC 25 委员会近几年对ISO 945-1 《铸铁显微组织 第1 部分：目视法石墨分类》、ISO 1083 《球墨铸铁分类》、ISO 185 《灰铸铁分类》和ISO 17804 《奥铁体球墨铸铁分类》进行了修订，最新修订的ISO 1083 《球墨铸铁分类》和ISO 945-1 《铸铁显微组织 第1 部分：目视法石墨分类》已分别于2018 年和2019年发布，ISO 185 《灰铸铁分类》和ISO 17804 《奥铁体球墨铸铁分类》预计将于2020 年和2021 年发布。

3.1  ISO 945-1 《铸铁显微组织 第 1 部分：目视法石墨分类》

ISO 945-1 《铸铁显微组织 第 1 部分：目视法石墨分类》是铸铁分类的基础标准，该标准用示意图的方式规定了铸铁石墨的 6 种形态，是铸铁石墨形态评定的基础。2019 版《铸铁显微组织 第 1 部分：目视法石墨分类》主要进行了以下修改：

（1）修改了石墨颗粒尺寸分级参照图，由原来的Φ70 mm 改为 Φ120 mm，这样更加清晰直观，便于对照评级。

（2）修改了石墨颗粒尺寸的分级评定标准，石墨颗粒大小分级的尺寸没有改变，但修改了评定方法，将原来的“3~7 级石墨颗粒大小是基于较大颗粒石墨的平均尺寸”改为“根据石墨颗粒最大尺寸评定石墨颗粒大小等级”，可以跨级别评定石墨颗粒大小等级。

（3）补充了石墨颗粒大小评级说明。石墨颗粒大小等级评定是依据金相二维图像，由于剖面的随机性，二维图像的最大尺寸总是小于等于实际三维颗粒的最大尺寸。因此，允许有比评定等级相应尺寸要小的石墨颗粒。

3.2  ISO 1083 《球墨铸铁分类》

球墨铸铁是常用的工程材料之一，且越来越多地应用到重大设备的关键零部件。随着其应用范围的日趋广泛和质量要求的提高，标准也作了较大的修改。

（1）增加了固溶强化铁素体牌号。固溶强化铁素体球墨铸铁应用越来越多，在标准 7.3 中增加了 3 个固溶强化铁素体球墨铸铁牌号，相对应国内牌号分别为JS/450-18、JS/500-14 和 JS/600-10。

（2） 增 加 了 对 平 行 试 块（side-by-side cast sample）的要求。单铸试块与实际铸件有较大的差异，附铸试块代表所附的铸件。平行试块可以代表同一批主要壁厚相近的铸件，当需要测定力学性能时，平行试块应该在最后一个铸型中浇注 [5]。

（3）在附录 F 中明确了测定球化率的 3 种方法：

① 目测评估符合ISO 945-1 标准示意的Ⅵ 形石墨颗粒和Ⅴ 形石墨颗粒的比例；

② 与标准图谱对比；

③ 用图像分析软件测定Ⅵ 形石墨颗粒和Ⅴ 形石墨颗粒的面积百分数。

由于ISO 945-1 标准中示意的Ⅵ 形石墨和Ⅴ 形石墨与实际石墨颗粒存在较大的差异，第一种方法难以把握。图像分析软件测定的结果很大程度上取决于软件设计的合理性，可靠的软件必须以标准图谱为基础。

（4）在标准附录G 中删除了球墨铸铁的断裂韧性K1c 值。ISO 标准引用的数据来自于不同的研究报告，不同来源得到的断裂韧性K1c 值差异很大，缺乏可靠性，所以在修订标准时删除了球墨铸铁的断裂韧性K1c 值。

（5）在标准附录H 中增加了Y 形试块和附铸试块的取样位置。由于试样的取样位置对测试结果有明显的影响，同一试块取样位置不同时，其检验结果会有明显差异，所以在修订标准时规定了试样的取样位置，Y 形试块的取样步骤[5] 如图3 所示。

图3 Y 形试块的取样步骤
Fig.3 Sampling procedure of Y-shaped test block

（6）标准增加了常用标准的球墨铸铁牌号对照表。考虑到国际交流的需要，在附录I中增加了国际标准（ISO 1083）与欧盟标准（EN 1563）、中国标准（GB/T 1348）和美国材料学会标准（ASTM A536）、美国机动车工程师学会标准（SAE J434）的球墨铸铁牌号对照表。

3.3  ISO 185 《灰铸铁分类》

ISO 185 《灰铸铁分类》于 2015 年开始修订， 2019 年发布，除对标准文本格式修改外，对部分内容也进行了修改完善。

（1）补充了名词术语。增加了对单铸试块、平行试块和附铸试块等名词的解释，其中对平行试块的解释是指沿铸件平行放置且与铸件共用浇注系统浇注的试块，并规定平行试块用于检测力学性能时，应在最后一型浇铸。

（2）对应牌号的灰铸铁拉伸强度增加了强度上限，如 JL 200 的拉伸强度为 200 ～ 300 MPa。对附铸试块强度作了微调，如 40 ～ 80 mm 厚度、牌号 JL/200和 JL/275 的抗拉强度分别由原标准的 150 MPa 和205 MPa 调整为 155 MPa 和 210 MPa。删除了原标准 JL/HBW 195 牌号的 4 ～ 5 mm 的硬度值。将相应壁厚铸件的“预期拉伸强度值”一栏改到附录 C。

（3）标准明确了 1 000 kg 以上、厚度 50 mm 以上的铸件，优先采用附铸试块。

（4）修改了试块尺寸规定。原标准规定单铸试块是Φ30mm 的圆棒，新标准规定试块尺寸除 Φ30 mm 的圆棒外，可以根据铸件壁厚进行调整，单铸试块和平行试块的尺寸可为 Φ15~75 mm。

（5）标准明确了铸件的热处理状态，除非特殊要求，铸件不应进行热处理。

（6）修改了附录表 A.1，扩大了铁素体 / 珠光体混合基体灰铸铁牌号，由原来的只有 JL/150 扩大到JL/225，甚至 JL/250。补充了弯曲疲劳强度、拉压疲劳强度和扭转疲劳强度数据，删除了原标准中的断裂韧性 K1C 值。

（7）在灰铸铁牌号对照表中，增加了中国标准（GB/T 9439） 牌 号 与 国 际 标 准（ISO 185） 与 欧盟 标 准（EN 1561）、 美 国 材 料 学 会 标 准（ASTM A48M）、日本标准（JIS G5501）、美国机动车工程师学会标准（SAE J431）牌号对照表。

3.4  ISO 17804 《奥铁体球墨铸铁分类》（等温淬火球墨铸铁）

ISO 17804《奥铁体球墨铸铁分类》于 2017 年开始修订，目前已进入 FDIS 阶段。除对标准文本格式修改外，对部分内容也进行了修改完善。

（1）补充了名词术语。增加了奥铁体、铸造试块、单铸试块、附铸试块、平行试块和检验单位量等名词解释，其中将奥铁体解释为一种通过热处理获得的、主要由针状铁素体和高碳奥氏体组成的铸铁显微组织 [7]。

（2）对规定牌号所对应的标准试块形式进行了补充和完善。ISO 17804 《奥铁体球墨铸铁分类》标准中表1 中的牌号的力学性能由测定单铸试快、平行试快和附铸试块加工的试样获得，试块的厚度为 25 mm 或直径为 25 mm，用砂型或导热性能与砂型相当的铸型浇铸。

（3）对实物取样也作了明确规定。因为铸件部位对力学性能有明显影响，所以实物取样位置应由制造商和用户商量确定，且不能有缺陷。

（4）显微组织的修改。石墨颗粒形态由原来的“主要以Ⅵ形和Ⅴ形石墨”改为“主要以Ⅵ形石墨”。基体组织增加了生产 JS/800-10 和 JS/800-10/RT 的不完全奥氏体化热处理可能出现的先共析铁素体混合组织。

（5）补充了对检验批次量的规定。检验批次铸件重量（数量）建立在稳定的铸造和热处理生产条件上，也可以根据具体生产条件确定检验批次，如：

① 同包铁液浇注的不超过 2000kg 铸件为一个检验批次；

② 超过 200kg 的铸件单独为一个检验批次；

③ 大规模连续浇注生产时最多不能超过 2 h 为一个批次；

④ 同一包球化处理的铁液浇注不到 2000kg 铸件时也是一个检验批次。

（6）修改了附录G 中给出的奥铁体球墨铸铁的其他力学性能和物理性能，增加了“拉压疲劳强度σ_-1p”、“脉动疲劳强度σ₀”、“扭转疲劳强度τ_-1”，原标准中 “2×10⁶ 周次测定的旋转弯曲疲劳强度值”更换为“10⁷周次测定的无缺口旋转（或平面）弯曲疲劳强度σ_-1 和有缺口旋转弯曲疲劳强度σ_K-1”。明确表G.1 的测试环境是室温。

（7）完善了球化率评定方法，并明确了图像法评定球化率的参照标准 ISO 945-4 及其球化率计算方法；增加了 Y 形试块和附铸试块的取样位置，与 ISO 1083一致。

（8）在奥铁体球墨铸铁牌号对照表中，增加了中国标准（GB/T 24733）牌号与国际标准（ISO 17804）与欧盟标准（EN 1564）、美国材料学会标准（ASTM A897/M-16）、日本标准（JIS G5503）、美国机动车工程师学会标准（SAE J2477）牌号对照表。

4  结论

铸铁是一种传统而常用的工程材料，ISO/TC25 委员会负责铸铁标准的制定和修订，每年定期召开一次全会，商讨标准的研究和制、修订计划。ISO/TC25 委员会下设有标准工作委员会，具体负责标准的制修订工作。

近 40 年来，我国铸造技术发展迅速，颁布了一系列铸铁技术标准，但主要标准或主要内容还是引用国际先进标准，因为我国铸造基础技术的研究与发达国家还有一定差距。随着冶金技术、铸造技术的不断发展以及市场对铸件要求的不断提高，标准需要不断更新和完善。首先我们要加强国际交流，关注国际铸铁技术的发展，紧跟国外先进的技术标准；作为铸造大国，我们要不断创新铸造技术，制定先进的铸造技术标准，引领国际铸造技术的发展，使我国由铸造大国转变成为真正的铸造强国。