稀土铸铁定向凝固过程石墨形态的转化

D0I:10.13374/.issn1001-053x.1987.03.025 北京钢铁学院学报 J,Beijing Univ,of Iron Steel Technol. Vol.9No.31987 稀土铸铁定向凝固过程石墨形态的转化 宋维锡杨文英 于丹郑国昱 (金相教研室) 摘 要 本文用金相显微镜和扫描电镜对定向凝固试样中各种石盈形态的转化进行了观 察分析。结果表明：随着残留稀土元素含量的下降，石墨形态会出现球曼→蟠热 →片恐的序列转化，并且，这些转变都是一个连续的过程，无需里新形核。电子探 针分析结果表明：在蠕虫状石墨的生长前沿有稀土元素C©的富集。此外，还对冷却 速度和稀土元素含量对石是形态的交互作用进行了分析。结果表明：在不出现白 口的条件下，提高冷却速度（即凝固速度）与增加稀土元素含量有相似的效果。 关键词：稀土铸铁，疑固，石恐 The Morphology Transition of Graphite during the Process of Unidirection Solidification of the RE Treated Cast Iron Song Weixi Yang Wenying Yu Dan Cheng Guoyu Abstract The transitions between the forms of the graphite in the unidirection- al solidifiction specimens were observed and analysed by means of the optical microscopy and scanning electron microscopy(SEM).The results in- dicate that the graphite morphology could transform progressively from a nodular one to c/v one and then to a flake one as the retained Rare-Earth element decresing.This process is a continous one and need not renucleat- ing.The result of electron probe (WDS)analysis indicates that there is an 1985一07-12收稿 28

北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 。 。 、 稀土铸铁定向凝固过程石墨形态的转化 宋维锡 杨文英 于 丹 郑 国星 金相教研室 摘 要 本文用金相显微镜和扫描电镜对定向凝固试样中各种石墨形态的转化进行了观 察分析 。 结果表明 随着残留稀土元素含量的下降 ， 石墨形态会出现球墨 蠕墨 一片墨的序列转化 ， 并且 ， 这些转变都是一个连续的过程 ， 无需重新形核 。 电子探 针分析结果表明 在蠕虫状石墨的生长前沿有稀土元素 的富集 。 此外 ， 还对冷却 速度和稀土元素含量对 石墨形态的 交互作用进行了分析 。 结果表明 在不出现白 口 的 条件下 ， 提高冷却速度 即凝 固速度 与增加稀土元素含量有相似的效果 关键词 稀土铸铁 ， 凝 固 ， 石墨 附 附 ” 少 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 收 稿 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．03．025

enriched zone of Ce in the growth front of c/v graphite.Moreover,the mutual effection between RE concentration and cooling rate on the morphology was analysed.The result indicates that the raising of the cooling rate is similar to the increase of the RE concentration. Key words:cast iron,RE,solification,graphite 前 言 已经证明，在球墨铸铁中不仅球状石墨与蠕状石墨有着密切的关系(1,2)，而且蠕 盈与片墨也有一定的联系〔3)。蠕墨铸铁中经常出现球状石墨，有时甚至会出现片状石 墨。 文献〔4)仅通过楔型试样研究了石墨形态的变化与冷却速度的关系。本文旨在通 过实验进一步揭示各种石墨形态变化的实质及其变化过程，揭示稀土元素和冷却速度二 者在影响石墨形态方面的相互关系。 1 实验方法 实验采用定向凝固的方法。该法可使同一试样在恒定温度及凝固速度下，顺次出现 各具有相当宽度的球墨区、蠕墨区和片墨区以及它们之间的过渡区，并使各相邻区域紧 密联系，又便于变动凝固速度。 试样用预制合金制备，重熔时加人适量的稀土元素。预合金的组织为白口，化学成 分(%)为C,3.95;Si,2.155Mn,0.52;S,0.007;P,0.003；RE,0.41. 各定向凝固试样的工艺参数及配料如表所示。 试样配料及工艺参数 Sample and technological parameters Nunber of sample 0 2 4 Weight Of alloy,g 61.2 62.2 60.0 60.0 60.0 62.0 Added RE, 0.42 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 Moving rate of the 21.6 21.6 29.4 16.8 L/S interface,mm/h 14.4 21.6 Time of unidirection 74 90 90 90 90 43 solidification,min 试样尺寸为150×中10。炉温由TDK一702精密温柜控制在1450士1℃，在炉料加热 熔化及定向凝固期间不断向炉内通入适量的氩气以作为保护气氛。凝固时，试样由支架 固定而炉体由直流电机带动，使其平稳匀速上升，以取得较好的定向凝固效果（设备详 见〔9)) 凝固后，将试样沿其中心线纵向对称剖开，再按需要制备成各种金相试样，籍正、 29

， 。 一 ， ， ， 前 ， 川 二二 已经证 明 ， 在球 墨铸铁 中不 仅球状石 墨与蠕状石 墨 有着密切 的关 系〔 ， ， 〕 ， 而 且 蠕 墨与片墨 也 有一 定的联 系〔 〕 。 蠕 墨铸铁 中经 常 出现球 状石墨 ， 有时甚 至 会 出现片 状 石 墨 。 文献 〔 〕 仅通过楔型试样研究了石墨形 态的 变化与冷却速度的关 系 。 本文 旨在通 过实验进 一 步揭示各种石墨 形 态变化的实质及其变化过程 ， 揭示稀 土元素和冷却速 度二 者在影 响 石墨形 态方面 的相互关 系 。 实验方法 实验采用 定 向凝 固的 方法 。 该法可 使 同一试样在 恒定温 度及凝 固速 度下 ， 顺次 出现 各 具有相 当宽度的 球 墨 区 、 蠕墨 区 和片墨 区 以 及它们之 间的过渡 区 ， 并使各 相邻 区域紧 密联 系 ， 又 便 于 变动凝 固速 度 。 试样用预制 合 金制备 ， 重熔时加 人适量 的稀 土元 素 。 预 合 金的组 织 为 白 口 ， 化学 成 分 为 ， ， ， ， ， ， ， 诬 各 定向凝 固试样的工 艺参数及配料如表所 示 。 试 样 配 料 及 工 艺 参 数 一 田 ， ， 。 ， 。 侣 ， 。 试样尺寸 为 小 。 炉温 由 一 精密温 柜控 制在 士 ℃ ， 在炉料加热 熔化及定向凝 固期 间不 断 向炉 内通人适量的 氢气 以作 为保护气氛 。 凝 固时 ， 试 样 由支架 固定而 炉体 由直流 电机带 动 ， 使其平稳 匀速上升 ， 以取得较好的 定 向凝 固效果 设备详 见 〔 〕 凝固后 ， 将试样沿其 中心 线纵 向对称剖 开 ， 再按需要制 备 成各 种金相试样 ， 籍 正

偏光金相显微镜和扫描电镜等手段进行观察分析。 3 实验结果及讨论 3.1稀土元素含登与石墨形态的关系 图1是定向凝固试样沿其生长方向的残留稀土量的分布曲线。据实验侧定(5)，图 中球墨区是在定向凝固开始前的稳定过程中形成的，从球/蠕墨交界向右，为试样的凝 固区。化学分析表明，各石墨区的稀土元素浓度范围为：球墨区为0.20一0.29%；蠕墨 区为0.014一0.20%，片墨区为<0.014%。 Nodulas graphite c/v graphite- Plake graphite 0.1 10 20 30 40 Distanee from the end of sample,mm 图1残留稀土量与石盈形态之间的关系(1·试样) Fig.1 The relation between remained RE and morphology of graphite 值得指出的是：在整个定向凝固区域均未观察到有球墨的存在。显然，传热和传质 的方向性对于形成球墨是十分不利的，这一现象对球墨铸铁和蠕墨铸铁生产是有启发作 用的。 图2是对定向凝固试样中沿生长方向各个区城石墨形貌更为详细的金相分析结果。 在稀土量高的区域内，石墨基本属于球状（图2a、2b)，但即使在这个球墨区内，石墨 球的形态也是不断变化的。稀土量较高的部位，多数为圆整的石墨球（如图2a),稀土 量较低的部位，出现畸变的石墨球，并且稀土含量越低，其数量越多，畸变程度也越大 (如图2b上部)。 当稀土量下降到0.20%左右时，在试样中出现一个较窄的“点状”石墨带（见图2b 中部)，在普通金相显微镜下观察，这些“点状”石墨似乎彼此分开，互不相连，但经 深腐蚀后，用扫描电镜观察就可发现，所谓“点状”石墨仅是一个假象，详见本文第二 部分。 稀土量进-一步下降时，试样中出现一个较宽的典型蠕墨区（图2b~e)。在蠕墨区 内，随稀土量的不同，它们的形貌也有差异。稀土量较高时，蠕墨比较粗大（见图2）， 孀墨与奥氏体密合程度饺低，稀土量逐渐降低，蠕墨也逐渐变得细小了，蠕墨与奥氏体 的密合程度增高（见图2e)。 当试样中的残留稀土量降至0.014%以下时，石墨完全为片状，在片墨区，首先出 现的是细小的所谓“过冷”石墨，随后才是较粗大的片墨。 为了更进一步对定向礙固试样各种形态石墨之间联系，对试样进行了化学深腐蚀， 并采用扫描电镜观察。 30

偏 光金相显微镜和 扫描 电镜等手段进行观察分析 。 实验结果及讨论 稀土 元素含量与 石墨形态 的关系 一 图 是定向凝 固试 样沿其生长方 向的残 留稀 土量的分 布 曲线 。 据实验 侧 定〔 ， 图 中球 墨 区是在定 向凝 固开始前 的稳定过 程 中形成的 ， 从球 蠕墨 交界 向右 ， 为试样 的 凝 固区 。 化学 分析表明 ， 各石 墨 区的稀土元素浓度 范 围为 球墨 区为。 一。 。 蠕墨 区 为 一 片墨 区 为 。 权 ’ 八 “ 。 「 一蔺巴 二。 。 后 尽尸 又一 卜书 洲 腼 护一工﹄尸一山‘ 已。。 目 几， 闪国 宁 ， 国︸又口逆 图 残留稀土量与石墨形态之间的关系 试样 ， 值得指 出的是 在 整个 定 向凝 固区域均未观察到 有球 墨 的存在 。 显 然 ， 传 热和传质 的 方 向性 对于形成球 墨 是 十分不 利 的 ， 这一现象对球 墨铸铁 和蠕 墨铸铁生 产是 有启发作 净 用的 。 图 是 对定 向凝 固试样 中沿生长方 向各个 区域石 墨形貌更 为详细的 金相分析结果 。 在稀 土量 高的 区域 内 ， 石 墨基本属 于球 状 图 、 但 即使在这个球 墨 区 内 ， 石 墨 球 的形 态也 是不 断 变化的 。 稀 土量 较 高的部位 ， 多数 为圆整的石 墨球 如图 稀 土 量较低的部位 ， 出现畸变的石 墨球 ， 并且稀 土含量越低 ， 其数量越 多 ， 畸变程 度也越大 如 图 上部 。 当稀 土量 下降到 左 右时 ， 在试样 中出现一个较窄 的 “ 点状” 石 墨带 见图 中部 ， 在 普通 金相显 微镜下观察 ， 这 些 “ 点 状” 石 墨似乎彼此 分开 ， 互不 相连 ， 但经 深腐蚀 后 ， 用 扫描 电镜观察就可发现 ， 所 谓 “ 点状” 石 墨 仅是一 个假象 ， 详 见本文第二 部 分 。 稀 土量进一 步 下降 时 ， 试样 中出现一 个 较宽的典型蠕 墨 区 图 一 。 在蠕 墨 区 内 ， 随稀 土量 的不 同 ， 它 们的形貌也 有差异 。 稀 土量 较高 时 ， 蠕 墨比 较粗大 · 见 图 “ ， 蠕 墨与奥 氏体密合程 度较低 稀 土量逐渐降低 ， 蠕 墨也逐 渐 变得细小 了 ， 蠕 墨与奥 氏体 的 密合程 度增 高 见 图 。 当试样 中的残 留稀 土量 降至 。 以下 时 ， 石 墨完全 为片状 ， 在 片墨 区 ， 首 先 出 现的 是 细小的所谓 “ 过 冷 ” 石 墨 ， 随后 才是 较粗大的 片墨 。 为 了更进 一 步对 定 向凝 固试样各种 形 态石 墨之 间联 系 ， 对试样进行 了化学 深腐蚀 ， 并采 用 扫描 电镜观察

01n 0.1mm 图21·试样石墨形态的变化（未浸蚀）（→为石堡生长方向） Fig.2 The change of morphology of graphito in No.1 sample 3,2各种石墨形态之间的联系 扫描电镜的描述石墨变化过程的观察结果如图3一6所示。 是 3其阳 图3球状石疆→松枝型石墨的$EM图（深腐蚀） 图4松枝状石墨→球状石墨的$EM图（深腐蚀） Fig.3 Transition from nodular graphite to Fig.4 Transition from"pine's branch-like# wpine/s branch-ike graphite graphite to C/V graphite 31

冬 琳 今 辱 梦 协…舍 斌耸 曝 撰冬 粼 沁 熟磊… 亡 粉 暴毒 义飞 爹黛︸魂 半手汁 、叙汉 罗 介勺 熟 臼目卜 彩疾粥︸ 尹 荔 图 试样石墨形态的变化 朱浸蚀 研 为石墨生长方 向 玉 ， 卜 各种 石墨形态 之 间的联系 扫描电镜的描述石 墨变化过程 的观察结果如 图 一 所示 。 之 日口卜 图 球状石墨叶松枝型石墨的 图 深腐蚀 ， ， 飞 了 五 分 ， 日 卜 一 ， 图 松枝状石墨” 球状石墨的 图 深腐蚀 至 一 玉 ’ ， 盆 一 玉 开 、 告

b 25um 3.2um 图5蠕状到“过冷”石墨的转变(SEM,深商蚀) Fig.5 Transition from C/V graphite to "Supercooled"graahito 1 20m 图6过冷石强到片状石是的转变 Fig.6 Transition from "supercooled"graphite to fiake graphite 从图3中可以看到，普通金相面上观察到的“点状”石墨（见图2b中部），其空间 形态是弯曲的枝条状，且与开花石墨球直接联接在一起（见图3）。显然，它们是石墨 球畸变后再进一步发展的结果。图2b中的“点”只是这些弯曲枝条的不同截面，实质上， 它们应归属于蠕虫状石墨，即松枝状石墨〔13)。 图4表明了“点状”（即松枝状）石墨到蠕墨的转变过程。清楚地看到，这种转变 也是一个连续过程。综合图3与图4的结果，很显然，石墨球畸变的发展可以形成蠕虫 状石墨。这与蠕墨形成的“畸变说”的设想是一致的。当然，也不排除蠕墨由其核心生 长或由其它石墨形态，如片墨转变而成的可能性。 图5反映了由蠕墨过渡到“过冷”石墨的情况。这时的蠕墨比较细小，形状似片 墨。经仔细观察就可以看出两者的差异。“过冷”石墨与细蠕墨比较，前者表面较光 滑，分枝更频繁，石墨片的弯曲度更大，在偏光显微镜下，没有细蠕墨那种“竹节状”的 消光现象〔9)，说明两者的内部结构和生长方式的差异。 某些研究认为？，8)，“过冷”石墨是灰铸铁在较大过冷度下形成的产物。而本实 验中，凝固速度基本相同，熔液温度保持恒定，可以说，在“过冷”石墨和片墨区内凝 固时，界面前沿的温度梯度变化不大，或者说，它们的过冷度基本相同。因而，可以说 32

月 图 蠕状到 “ 过冷 ” 石墨 的转变 ， 深 腐蚀 诬 气 已 ，，〕 “ ” 气 应亡。 黔爹 图 云 过冷石墨到片状石墨 的转变 “ ” 一 从 图 中可 以看到 ， 普通 金相面上 观察到 的 “ 点状” 石墨 见 图 中部 ， 其空 间 形态是 弯 曲的枝条状 ， 且与 开 花石墨球直接联 接在 一起 见图 。 显 然 ， 它们 是石 墨 球 畸变后 再进一 步发展 的结果 。 图 中的 “ 点 ” 只 是 这 些弯曲枝 条的不 同截面 ， 实 质 ， 它 们应 归属 于蠕 虫状石 墨 ， 即松 枝状石 墨 〔 “ 〕 。 图 表明了 “ 点状 ” 即松枝状 石 墨到蠕墨的转变过程 。 清楚 地看到 ， 这 种转变 也 是一 个连续过程 。 编合 图 与图 的结果 ， 很 显然 ， 状石 墨 。 这 与蠕 墨形成的 “ 畸 变说” 的 设想 是一 致的 。 长或 由其它石 墨形 态 ， 如 片墨转变而成的可 能性 。 石 墨球 畸 变的发展 可 以形成蠕 虫 当然 ， 也不 排 除蠕 墨 由其核心 生 图 反 映 了 由蠕墨过渡 到 “ 过冷” 石墨的 情况 。 这 时的蠕 墨 比 较细小 ， 形 状 似 片 墨 。 经 仔细观察就可 以看 出两者的差 异 。 “ 过 冷 ” 石 墨与细蠕 墨 比较 ， 前 者 表 面 较 光 滑 ， 分枝更频繁 ， 石墨 片的 弯 曲度更大 ， 在 偏光 显微镜下 ， 没 有细蠕 墨 那种 “ 竹 节 状 ” 的 消 光 现象 〔 〕 ， 说 明 两者的 内部结构和 生 长 方式 的差异 。 某些研究认 为讯 幻 ， “ 过 冷” 石 墨 是 灰铸铁在较大 过 冷 度下 形 成的产物 。 而 本 实 验 中 ， 凝 固速 度基本相 同 ， 熔液温 度保持恒定 ， 可 以说 ， 在 “ 过 冷” 石 墨和 片墨 区 内凝 固时 ， 界面 前沿的温 度梯度 变 化不 大 ， 或者说 ， 它们 的过 冷度 基本相 同 。 因而 ， 可 以 说

明，高的过冷度并非“过冷”石墨形成的必要条件，微量元素的作用也应考虑。 图6是“过冷”石墨到片墨的过渡，是在非定向凝固试样中观察到的结果（稀土含 量除外)。这说明无论是定向凝固还是非定向凝固，从“过冷”石墨到片状石墨都可以 是一个连续转变过程。 综上所述，各种石墨形态（球、蠕或片墨），无论在形貌上还是在内部结构上，虽 然都存在着较大差异，有的甚至是本质上的差异，但实验证明，它们之间的转化可以是 一个连续过程，而无需重新形核。令人感兴趣的是，在每两种石墨形态之间都有一种过 渡形态的石墨，在球墨与蠕墨之间是松枝状石墨，在蠕墨与片墨之间是卷曲的“过冷” 石墨。这些事实说明：石墨的最终形态看来主要取决于凝固过程中影响其成长的诸因素 而不是它们的核心。 3.3凝固速度对蠕墨形成所需稀土量的影响 文献〔4〕指出，若稀土含量基本不变，改变凝固速度，也可得到不同形态的石墨。 该结果说明，凝固速度和稀土含量对石墨形态的变化有相似的作用。 为了揭示这两个因素对石墨形态的交互作用，实验通过改变定向凝固速度，并以蠕 墨区我留稀土量的上、下限为衡量标准，分析了两者的交互作用，结果见图7。 0.3 Nodulas graphite fange 0,2 0.1 Flake graphite range 留 c/v graphite range 10 1520 30 Moving rate of L/S interface,mm/h 40.2mm 图7蠕墨区稀土浓度上、下限与凝固速度的关系 图85·试样的液/固相界面(2%硝酸酒精浸蚀) Fig.7 Relation between solidification volocity and up Fig.8 Interface between solid and liquid down limita of RE in the area of C/V graphite pbase 从图7中可以看到，凝固速度对蠕墨区稀土残余量的上限值几乎没有影响，稳定在 0,20%上下，而它的下限值却随凝固速度的提高而下降，且不服从线性关系。低速凝固 (<17.5mm/h)比高凝固更显著地影响下限值。凝固速度高于20mm//h,这种影响变 小了。因此，提高凝固速度无疑地可以使蠕墨在较低的稀土浓度水平上形成。从这种意 义上讲，提高凝固速度与增加稀土含量具有相似的效果。 图8是定向凝固试样中蠕墨和奥氏体共晶生长界面组织。可以看到，虽然共晶奥氏 体略超前于蠕墨，但蠕墨仍可通过液体通道直接与铁水接触。即使有的在金相面看起来 已被包围，但经层磨后发现它们仍和铁液接触5)。图9是共晶生长界面上蠕墨前沿的扫 33

明 ， 高的过 冷度 并非 “ 过冷 ” 石 墨形成的必要 条件 ， 微量 元素的作 用 也应 考虑 。 图 是 “ 过冷” 石 墨到 片墨的过渡 ， 是 在非定 向凝 固试样 中尹察到 的结果 稀 土含 量 除外 。 这 说 明无论 是 定 向凝 固还 是非定 向凝 固 ， 从 “ 过 冷 ” 石 墨到 片状石 墨都可 以 是一 个连续转 变过 程 。 综 上所述 ， 各 种石 墨形 态 球 、 蠕或 片墨 ， 无论 在形貌上 还 是 在 内部结构上 ， 虽 然都存在着较大差 异 ， 有的甚至 是 本质上 的 差 异 ， 但实 验证 明 ， 它 们之 间的 转化可 以 是 一个连续过程 ， 而 无需 重新形核 。 令人感 兴趣 的 是 ， 在每 两 种石 墨形 态之 间都有一 种过 渡 形态的石墨 ， 在球 墨与蠕墨之 间是 松枝状石 墨 在蠕 墨与 片墨 之 间是 卷 曲的 “ 过冷” 石 墨 。 这些事实说明 石 墨的 最终 形 态看 来主要取决于凝 固过程 中影响 其成长的诸 因素 而不 是它 们的 核心 。 凝固速度对蠕 墨形成所 需稀 土 量的 影响 文献〔 〕指 出 ， 若稀 土含量基本不 变 ， 改 变凝 固速 度 ， 也可 得到 不 同形态的石墨 。 该结果说明 ， 凝固速 度和稀 上含 量对石 墨形 态的 变化有相 似的作 用 。 为 了揭示这 两个 因素对石墨形 态的 交互作 用 ， 实验通 过改 变定 向凝 固速 度 ， 并以蠕 墨区残 留稀 土量的 上 、 下限 为衡量 标准 ， 分析 了两 者的 交互作 用 ， 结果 见 图 。 斗攫黔千 下场 ‘ 帅工舀 。 。 饭一 一 、 从。 口 ， 乃 ‘ 闰一国︸例科衬国。碧。心吕‘若已 图 蠕墨 区稀土浓度上 伪精 、 下限与凝 固速度的 关系 了 浸蚀 ， 图 试样的 液 固相界面 拓硝酸酒 从 图 中可 以看到 ， 凝 固速 度对蠕墨 区稀 土残 余量 的 上限值几 乎没 有影响 ， 稳定在 。 上 下 ， 而它的下 限值却随凝 固速 度的提高而 下降 ， 且不 服从线性关 系 。 低速凝 固 与 比 高凝 固更显著地影响 下限值 。 凝 固速 度 高于 刀 ， 这 种影响变 小 了 。 因此 ， 提 高凝固速度无疑地可 以使蠕 墨在较低的 稀 土浓 度水 平上形成 。 从这 种意 义 上讲 ， 提高凝 固速度与增加稀 土含量 具 有相似的效果 。 图 是定向凝 固试样 中蠕 墨和 奥氏体共 晶生长界面 组织 。 可 以看到 ， 虽然共 晶奥 氏 体略超前 于蠕墨 ， 但蠕 墨仍可通 过液 体通道 直 接与铁 水接触 。 即使有的在 金相面 看起来 已被 包 围 ， 但经 层磨 后发现它 们 仍和铁液 接触〔 。 图 是 共晶生 长界面 上蠕墨前沿 的 扫

描电镜观察和电子探针分析的结果。图中蠕墨前沿的莱氏体是高温时的液相。它表明蠕 墨是直接与液相接触的，且在其前沿的液相中有一定量稀土元素铈的富集。但探针并未 能测得S的富集。由此可以推测，界面前沿可能有部分以原子状态溶解于液体中的C。 1 6,2n 图9蠕堡前沿的元素分布（4%硝酸酒精浸蚀SEM) Fig.9 Distribution of RE and S in the front of C/V graphite 这种富集有利于石墨以螺旋台阶方式生长。 根据稀土元素在蠕墨生长前沿富集的现象，结合凝固理论可解释提高凝固速度可使 蠕墨区稀土量的下限值降低。 Burton等r6的表达式可用来定性描述界面前沿稀土元素的富集 CL-C's =eR8/D: C。-Cg 式中C1:界面前沿液体中稀土元素的浓度， Cs:界面上固相中稀土元素的浓度， C0:界面层以外液相中稀土元素的浓度 R:凝固速度；8：界面层厚度； D1:稀土元素在熔体中的扩散系 数。 若增大凝固速度，界面前沿的稀土含 量将以指数关系提高。如果采用低速凝固 使稀土含量降低到形成蠕墨的下限值，而 后提高凝固速度，将使稀土在界面上迅速 富集到（甚至超过）形成蠕墨所需的下限 Distance,x 值，为蠕墨形成提供了必要条件。因此可 以认为，凝固速度对石墨形态的影响是通 图10稀土在液相中分布图 过改变界面稀土含量来实现的。 Fig,10 Schematic illustration of the distribution of RE in the liquid phase 34

描 电镜观察和电子探针分析的结果 。 图 中蠕 墨前 沿的 莱 氏体是 高温 时的液 相 。 它 表 明蠕 墨 是直接与液 相接触的 ， 且在 其前沿 的液 相 中有一 定量稀 土元素 钵的富集 。 但探针 并未 能测 得 的富集 。 由此可以推测 ， 界面 前 沿可 能 有部分 以原 子状态溶解于液体 中的 “ 。 司 图 蠕墨 前沿的元素分布 拓硝酸酒精浸蚀 ‘ ， 云， 州 这 种富集 有利 于石 墨 以 螺旋 台阶方式生 长 。 根据稀 上元素在 蠕 墨生长前沿富集的现象 ， 结合凝 固理论 可解释提 高凝 固速 度 可 使 蠕墨 区稀土量 的 下限 值降低 。 等〔 〕的 表达式 可 用 来定性描 述界面 前沿稀 土元素的 富集 一 一 乙 式 中 界面前 沿液体 中稀 土元素 的浓 度， ， 界面 上 固相 中稀 土元素的浓度 。 界面 层以外液 相 中稀 土元素的 浓度， 凝 固速度， 占 界面 层厚度， 稀 土元素在 熔体 中的扩 散 系 数 。 若增大 凝 固速度 ， 界面 前沿的稀 土含 量将 以指数关 系提高 。 如果采用低速凝 固 使稀土含量 降低到 形成蠕 墨的下限值 ， 而 后提高凝 固速度 ， 将使稀 土在 界面 上迅速 富集到 甚 至 超过 形成蠕 墨所 需的 下限 值 ， 为蠕墨 形成提供 了必要 条件 。 因此可 以认 为 ， 凝 固速度对石 墨形 态的 影响是通 过改 变界面 稀 土含量 来实现的 。 ﹃祠二。侧﹄口 吼以 州 ， 义 图 稀土在液 相 中分布图

4 结。论 (1)稀土铸铁中，随稀土量的下降，石墨形态可以发生从球状→松枝型→蠕虫状 →“过冷”片状→片状的连续转变，它们之间的转化无需重新形核，石墨形态主要取决 于疑固条件。·… (2)在凝固过程中，蠕虫状石墨的生长前沿有稀土元素Ce的富集。 (3)形成蠕虫状石墨的最低稀土含量随着凝固速度的增加而下降，因此在蠕铁的 生产中，在保证不出现白日的条件下应尽可能提高铸件的凝固速度。 (4).“过冷”石墨并不一定是大过冷度的产物，微量稀土元素也能使粗片状石墨 细化而形成“过冷”石墨。 ·参考文献 (1)Pan,E.N.,Ogi,K.:J,Trans,AFS,Vol.90,1982 C2 JItofuji,H.,Kawano,Y.et al:J.Trans.AFS,Vol 91,1983 C3〕朱培钺，沙若铮，李言祥：科学研究报告，哈尔滨工大，No.20,1984.3 C4)柳百成，Loper,C.R.:J.Trans.AFS,Vol.89,1985 〔5]杨文英：北京钢铁学院硕士学位论文，1984 C6JBurton,J.A.,Prim,'R.C.et al:J.Chem.Phys.Vol.,1953 C7JHellwell,A,:The Metallurgy of Cast Iron,Geneva Switzland, 1974 [8JFredeikson,H.,Wetterfall,S.E.:abid 〔9〕《球铁》杂志编辑部：《球铁》增刊1,1981，铸铁石墨形态的分类及命名专 辑 35

、 结 论 稀土铸铁 中 ， 随稀 土量的下降 ， 石 墨 形态可 以发生从球 状， 松 枝型，蠕虫状 ‘ “ 过冷 ” 片状、 片状的连续转变 ， 它们之 间的转化无需重新形核 ， 石墨 形 态主要取决 于凝 固条件 。 一 、 、 ， 、 ， 一 ” ’ 在 凝 固过程 中 ， 蠕虫状石 墨的生 长前沿有稀 土元素 的富集 。 形成蠕 虫状石 墨的 最低 生产 中 ， 稀大含鼻雌着凝 固速库的增加而 下降 ， 因此在蠕铁的 在 保证不 出现 白 口的 条件下应尽 可能提 高铸 件的凝 固速度 。 “ 过冷” 石墨 并不 一 定是 大过冷度的产物 ， 微量稀土元素也能使粗片状石 墨 细化而 形成 “ 过冷 ” 石墨 。 参 考 文 献 〔 〕 ， 。 。 ， ， ， ， 〔 〕 血 ， ， ， ， ， 〔 〕朱培钱 ， 沙若铮 ， 李言祥 科学 研究报告 ， 哈尔 滨工 大 ， ， 〔 〕柳百成 ， ， 。 ， 〔 〕杨 文英 北京钢铁学 院硕士学 位论 文 ， 〔 〕 ， ， ， 。 ， 〔 〕 ， 〔 〕 ， ， ， ， ‘ ， 〔 〕 《 球铁 》 杂志编 辑部 辑 《 球铁 》 增刊 ， 铸铁石 墨 形态的分类及命名专