大断面球墨铸铁石墨变态问题的探讨

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1979.02.003 北京钢铁学院学报 1979年第2期 大断面球墨铸铁石墨变态问题的探讨 北京钢铁学院铸工教研室 张联芳連金江 摘 要 本文是大断面稀土球墨铸铁试验研究的一部分内容。根据所进行的实 验论证了大断面球墨铸铁石墨变态的实质。结论认为石墨变态是由于球墨 铸铁断面效应所致而不是一般认为的球化衰退。克服球铁的断面效应从而 改善石墨形状应该相应地增强球化因索或抑止墨化因素。最后还对石墨变 态机构进行了探讨。 一、問题的現状和研究目的 一般把壁厚大于100毫米的球墨铸铁件称为厚大断面。由于球铁件壁厚增大，石墨形态 变为不规则的球、团形，团片形，厚片形。机械性能也随之降低。有人〔1)把这种形态的石 墨称为退化石墨(Degenerate Graphite)。对于大断而球铁件石墨变态的原因往往认为 是球化作用衰退所引起〔2)。 六十年代初某厂曾用球墨铸铁浇注了重]7吨鉴厚约600密米的般鎚砧座〔3〕，经解剂斤 发现，石墨不园整而且粗大，抗拉强度仅为标准试样的一半左右，这就初步揭示了大断而球 铁件的石墨变态现象。自从球墨铸铁用于刷造冶金轧辊以来，虽然在部分取代铸钢、锻钢轧 辊方面取得了很大进展，但由于石墨形态不良及韧、塑性能难以达到要求而使其应用受到限 制〔4)。大型压缩机和柴油机曲轴直径为200~300毫米，长度为1~5米，过去都是川10吨钢 锭锻成毛坯再那工成不超过五吨的实心曲轴，白采用球墨铸铁空心曲轴代替之后已显示了诈 多优点〔5)，同样也是由于石器变态问题未获得解决，韧、塑性能难以满足要求，在疲芳载 荷下常因断裂而受到影响。因此认识和研究解决大断面球铁件的石显变态问题，无论是对扩 火球铁的应用还是加深对球化机理的认识都是当前球铁研究的重要课趣之~一。 有-一种观点认为大断面球铁必须依靠镁球化，大断而球铁件的石墨变态难以克服。近年 来，本研究小组进行了重稀土大断面球铁的试验研究工作，浇注了一批直径为350毫米的人 试样及若干支直径为805毫米的球铁轧银。通过实践使我们认识到，稀土元素能使大断面球铁 件球化良好，並且比镁球铁具有较好的韧、塑性能。本文旨在对大断面球铁件石墨变态问题 及克服措施进行讨论。 28

北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 了 年第 期 大断而球墨铸铁石墨变态问题的探讨 北 京钢 铁 学院铸工 教研 宝 张 联 芳 速金 江 摘 要 本 文是 大 断面 稀 土 球墨铸铁 试 一 验研 究的一 部 分 内容 。 根据所 进 行 的实 验论 证 了大 断面 球墨铸 铁 石 墨 变态 的实质 。 结论认为石 墨变态是由于 球墨 铸 铁 断 面 效应所 致 而 不是 一 般认 为的 球化 衰退 。 克 服球 铁的 断面 效 应 从而 改善石 墨形 状应该相 应地 增 强球化 因素 或抑止 墨化 因素 。 ’ 最后还 对石 墨 变 态机 构进 行 了探 衬 。 阴题 的现状 和研 究 目的 一 般把 壁厚 大 于 毫 米的球墨 铸 铁件称 为厚 大断 面 。 由于球铁件壁 厚 增 大 ， 石墨 形态 变 为不 规 则 的球 、 团形 ， 团 片形 ， 厚 片形 。 机械性能也 随 之降低 。 有人 牡〕 把这种 形态 的石 墨 称 为退 化石墨 、 比 计 。 对于 大断 而 球铁件石墨变 态 的 原因往往 认为 是 球化作用 衰退所 引 〕 。 一 六 十年 代初 某 厂 曾用 球 墨铸铁 浇 注 了爪 吨壁 厚 约 毫 米的锻姚砧座 〕 ， 经 解剖 后 发现 ， 石墨不 园整而 且粗 大 ， 抗拉 强度 仅 为标 准试样 的一半左右 ， 这就 初步揭示 了 大断 而 球 铁件 的石 墨变 态 现象 。 自从 球墨铸 铁用 于制造 冶 金轧辊 以 来 ， 虽然 在部 分取代铸钢 ， 锻钢轧 辊 方 面 取得 了 很 大进展 ， 但 由于石墨 形态 不 良及 韧 、 · 塑 性 能难 以 达到 要求而 使其应 用 受到 限 制 〔 〕 。 大 型压 缩机和 柴 油机 曲轴直 径 为 一 毫 米 ， 长度 为 米 ， 过 去都是 用 吨钢 锭 锻成 毛 坯再加 工成不超过五 吨 的实 心 曲轴 ， 自采用球墨铸 铁空 心曲轴代替之后 已显示 了许 多优点 〔 〕 ， 同样也是 由于石墨变态 问题未获得 解决 ， 韧 、 塑 性 能难 以满 足 要求 ， 在疲 劳 载 荷下 常因断裂 而受 到影 响 。 因 此认 识 和研究解决大 断 面球铁件的石墨变态 问题 ， 无 论是 对扩 大球 铁 的应 用 还 是加 深对球 化机理 的认识 都是 当前 球 铁研究 的重 要课题 之一 。 有一种 观 点认为大 断面 球铁必须 依 靠镁 球 化 ， 大 断而 球 铁件 的石墨变态 难以 克服 。 近 年 来 ， 木 研究小组进 行 了重稀 土 大断面 球铁 的试 验 研究 工作 ， 浇 注 了一 批直 径为 毫 米 的 大 试 样及若 干 支直 径 为 毫 米的球 铁 轧辊 。 通 过实践 使 我们 认识 到 ， 稀 土 元素 能使 大断面 球 铁 件 球化良好 ， 业 且 比镁球 铁具 有较好 的韧 、 塑 性能 。 木 文旨 在对 大 断而 球铁件石 墨变态 问题 及 克服 措施进行讨论 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1979．02．003

二、大断面球铁的石墨变态現象 有一种观点认为大断面球铁件的石墨变态主要是由于球化剂的球化作用衰退所引起，其 根据是大断面球铁件的石墨形态和球铁铁水在保温、延迟浇注条件下因球化剂作用衰减造成 的变态石墨相类似。针对这一问题，我们进行了球化衰退试验和大断面球铁试验。 1.球化衰退实验 第一种球化衰退试验是在碳粒电阻炉中进行。用石墨坩埚熔化10公斤铁水，升温至1420℃ 时加入2.0%钇基重稀土合金作球化处里，然后加入1.2%硅铁(Si75)进行孕育处理，处理 后的铁水保温在1400℃左右，依次按时从坩埚中取出铁水浇注试样进行断口观察。取样工艺 如图1所示，取样结果如表1所示。 包次 时，分 10501,05113012601230 图1取样工艺示意图 表1 取样次数 时间间隔（分） 三角试样断口 判 断 备 注 1 0 白 口 孕育不足 2 15 银灰色 球化良好 又补了1% 硅铁孕育 3 40 I 日 孕育作用消失 70 白 口 5 100 粗灰口 球化剂作用消失 试验结果袭明，球化处理后40分钟硅的有作用已消失，这种现象称为孕育衰退。.由于 稀土元素具有反石墨化作用，故试样断口为白口。100分钟的试样断口已是灰口，说明球化元 素的作用消失，这就是球化衰退现象.上述试验证明了孕育度退先于球化衰退，球化衰退表 现为白口变为灰口。 第二种试验采用50公斤酸性高频感应电炉熔化铗水。原铁水成份为：C3.82%,Si1.12%; Mn0.14%;P0.14%;S0.023%。钇基重稀土直接加入炉内进行球化处理，加入量为2.5% (折合R2O3的帅入量为0.75%)，重稀土合金的成份为：R,0:25~35%(其中Y,03约占 一半)；Si35~40%;Fe20~25%;Ca4~8%。每隔15分钟从炉内倾出4公斤铁水，在小包 内进行孕有处理后浇注三角试样及楔形试样。试验结果如表2，成份及性能变化如图2，石噩 形态变化如图3。 29

二 、 大 断 一 面球 铁 的石 墨 变态现 象 井井…半 夕 图 取样 工 艺示意 图 时间 间隔 分 三 角试 样断口 白 口 银灰 色 又补 了工 硅铁孕 育 孕 育不足 球化 良好 孕请作用 消失 球 化剂 作用消 失 潇澎燕照殊誉载篇麟 拼 汗井一

表2 机械性能 距炉内球 取样包次 化处理时 孕育硅铁 总硅量 三角试 间（分钟） 数量(%) (%) 所口 o b 8% HB 1 5 1.5 2.30 很灰色 67.5 3.8 229 2 20 1.2 2.07 银灰色 60.0 4.0 229 3 35 1.0 1.99 银灰色，有小黑点 47.0 4.5 170 4 50 0.7 2.04 同上，白口5mm 42.0 3.0 174 5 65 0.5 1.86 暗灰色 37.0 2.0 170 80 0.75 1.94 灰 口 15.0 1.0 120 从上述球化处理后铁水保温延时浇注的试 验结果可以看到，石墨形态随着时间的延长从 园整的球形而逐步蛻变到片形石墨，试样的机 含 械性能也随石墨球形变坏而逐渐降低，最后组 织和机械性能都恢复到球化处理前原铁水的代 态。这就是典型的球化衰退现象。分析球化衰退 6 原因是稀七元素随时间延长逐渐减损所致。 n 从试验得知，在同炉铁水及试样冷却速度基本 相同的情况下，稀土元素随时间的延长而降低。 晨m 囚此采用防止球化元素减损或适当增加球化剂 加入量的方法都能相应的延长球化衰退时问。 这点已被许多试验所证明〔6.7〕。 00000功0而0 2.大断面球铁的石墨变态现象 图2成份、机械性能与保温 为了研究球铁件断面增大后石墨形态的变 时问的关系 化，我们曾对中350×700毫米园棒试样及中805 ×1200毫米热轧薄板辊进行了实验。 (1)中350毫米园棒试样实验 此试验采用了两种不同尺寸的试样：小试样是国家标准规定的25毫米楔形试样，它的组 织和性能代表球铁的牌号标准。大断面试样是中350×700毫米的园棒，为了试验铸型条件的 影响，大试样的铸型采用砂型及金属型两种。铁水用两吨冲天炉熔炼，球化剂用重稀止合金 (R2O3约30%)及重稀土镁合金(RzO315%,Mg5%)两种。现取其中四个炉次的试验列 入表3，表中的机械性能数值是三个试棒的择优值。2Y-1炉次中楔形试样的石墨形态如图4， A所示；大试样的石墨形态如图4，B所示。 以上2Y-1、2Y-2两个炉次都显示出，尽管是同一种球化处理工艺，由于楔形试禅和大 试样的尺寸不同，其石墨形态和机械性能出现了较大的差别。在楔形试样上石墨为园整球形， 而在大试样上石墨发生了变态，它是由聚集短棒形石墨和粗大的球墨所构成，在宏观断口上 这补石墨所在的区域是黑色的园形斑、点，放称为黑旺或黑点。 30

表 取样包次 距 炉 内球 化处理 时 间 分 钟 孕 育硅 铁 数量 … 机 械 性 能 总硅 量 弃 角 试 仁 一 一 一 一 一 ， 样 断 口 一 。 、 一 。 。 一 上 月 为八曰曰。︸︺ ‘ 。。 ﹃﹄ 协”口八一 … 银 灰 色 户匕八﹃通 一自甲八口乃了‘ 银 灰 色 银灰 色 ， 有小黑点 同 匕 ， 白 口 暗 灰 色 灰 口 了 嗯共洲公卢。畏 从上 述 球 化处理 后 铁水 保温延 时浇注 的试 验 结果 可 以看 到 ， 石墨形 态 随着 时间 的延长从 园 整 的球形而逐 步蜕 变到 片形石墨 ， 试样 的机 械 性能也 随石 墨球 形变坏 而 逐渐 降低 ， 最 后组 织 和机械 性能都 恢 复到 球 化处理 前 原铁 水 的状 态 。 这 就是典型 的球 化衰 退现象 。 分 析 球 化 衰退 的原 因是 稀 土 元 素随 时间延长逐渐 减 损所 致 。 从 试验得 知 ， 在同炉 铁水 及 试样 冷却速度 基 木 相 同 的 清况 下 ， 稀土 元素 随 时 间 的延 长而降低 。 因此 采用 防止 球 化元 素减 损 或适 当增加 球化剂 加入 量 的方 法都 能相应 的延长球 化 衰 退 时间 。 这 点已被许多 试验所证 明 〔斌 〕 。 大 断面球 铁 的石墨 变态 现 象 为 了研究 球铁 件 断面 增 大后石 墨形态 的变 化 ， 我们 曾对 小 。 丫 毫 米 园棒试样 及 小 火 毫 米热轧薄板辊 进 行 了实验 。 小 毫 米 园 棒试样实验 诺 叭 遇 外 号 、 、 、 、又 几‘ 一入卜炭 二火成 上、 匀茂 霆 毯内 、 图 匀 一 成 份 、 机械 性 能与保温 日寸问的关 系 此 试 验 采用 了 两 种不 同尺 寸 的试样 小试样是 国 家标 准规 定 的 毫 米楔形 试样 ， 它 的组 织和 性 能代 表 球铁的牌号 标 准 。 大 断面 试样是 小 义 毫米的 园棒 ， 为 了试验铸型条件 的 影 响 ， 大试样 的铸型 采用 砂 型 及 金属 型 两 种 。 铁水 用 两 吨 冲天炉熔炼 ， 球 化齐用 重 稀 卜合金 。 。 约 及重 稀土镁合 金 。 ， 两种 。 现取其 中四个炉次的 试验列 入 表 ， 表 中的机械 性能数 值是三个试 棒的择优 值 。 一 炉次 巾楔形试样的石墨形态 如 图 ， 所示 大试 样 的石 墨形态 如 图 ， 所示 。 、 以上 卜 、 一 两个炉 次都 显示 出 ， 尽管 是 同一种 球 化处理 工艺 ， 由于楔 形试样 和 大 试样 的尺 寸 一 不 同 ， 其石墨形态 和机械性能 出现 了 较 大的差 别 。 在楔形试样上石 墨为 园整 球形 ， 而 在大试样上石墨发生 了变态 ， 它是 由聚集短 棒形石墨和粗大 的 球墨所 构成 ， 在宏观 断 口 上 这 种石 墨所 在的 区域 是 黑 色的 园形斑 、 点 ， 故称为黑 斑 或黑点

3 Si75 化学成份 觉宽% 石墨 机械： 楔形试样 炉次 球化剂 孕有 大试作 桃能 大试样 模形试样 编号 (%) 量 (%) C Si S R2Os Mg 铸型 大试样 ab 8% HB 重稀土 2Y-1 0.88 0.077 合金 1.53.94 2.80 0.012 朱作 球，形 砂型 62.04.0 234 2.5 变态石墨 31.4 1.4 187 2Y-2 理稀上锁 0.65 0.104 球形 58.42.0 229 2.0 0.5 3.84 1.94 0.005 0.0310.038 砂型 变态石墨 37.5 1.5 145 2Y-3重稀十镁 0.71 0.091 1.03.78 0.0790.062金属型 球形 62.58.0来作 2.5 2.74 0.015 球形 57.59.0 187 0.087 2Y-30 重稀土镁 0.89 2.0 1.53:33 2.50 0.005 0.0890.072金属型 球形 71.53.0 255 球形 43.522.5 156 (注： 1.铁水成份中尚有Mn0.34~0.60%;P0.06~0.08%; 2.2Y-30的大试样是经过热处理的，热处理制度是：950℃保温5 小时；700℃保温20小时。其余试样性能完全是铸态的。 2Y-3、2Y心30炉次的试验球化良好，机械性能也较高。这是因为采用金属型代替砂型， 提高了冷郑速度造成的结果，同时稀土的残余量也较高，因而使得球化良好。这就说明大衡 丽球铁的石墨变态问题是可以通过增加冷却速度或增加球化剂量获得解决。 (2)中805毫米轧辊实验 为了进一步研究大断面球铁的石墨变态和防止的措施，又选择中805×1200毫米热轧薄板 球铁辊进行了试验。这种轧辊每支毛重约10吨，日常的生产方法是采用镁球伙复合浇津，由 于这种轧馄是在辊面温度达500~600℃的疲芳载荷下工作，很多镁球铁轧银都因断裂而报废。 本试验采用重稀土合金及重稀土镁合金（含Mg10%)作球化剂，加入量为？，0%，于1976年 浇注了三支轧辊，其辊号及轧制结果列于表4，工艺参数可参阿文献(8)。 表4 材 质 辊号 轧钢次数 轧时（小时） 轧钢量（吨） 露稀土球铁 1180 9 370.4 1653.6 重稀士镁球铁 1343* 6 268.4 9906 重稀土镁球铁 1429 10 422.0 1516.4 决 均 8.3 353.5 1320.2 筷球铁平均 5.3 222.3 813.8 相对，提高(%) 64.0 62.9 61.6 由干工艺上原园，稀土合金沾包底来全部熔化。 31

友 〔注 〕 救偏漆恤黔搏蘑…鞭象鳗价唠 卜式 泛水 炉次的斌毅球化 良好 ， 机械 嘛含也车交高 。 这 是因 为采用 金属型 代替砂型 ， 扮 止竺 一……竺里止逃 州 兰止 轧 婀 该 次 一 数 轧时汉小 拼 时 轧钢量 厂 郎盯 色垦上竺竺 重稀土铁球铁 重稀土 镁 球铁 在 果 另 竺 一 平 一 均 斗 叫一 一瓜下了 一 丽 犷 一 面 一下 一万 名浮 一 卜一二，下…下下万一一 公 红 ， 镁 球 －－一－一 ，弓考了尸丫 相 二 对 提 丫 高 〔 一不…布下…三三几仁…几止业万二 犷 一 杏干工 艺上原 因 ， 、 稀压 合临话 包底未全 部喀化

试验结果表明，重稀士球铁轧辊1180和重 稀土镁轧辊1429都获得良好的球化效果，轧制 效果也大为提高，特别是1180重稀土球铁轧辊 的轧制指标比镁球铁轧辊的平均值提高为-一 倍，轧到最后未裂、未断，只是因白口层磨耗其 硬度不够而报废。之后将1180轧辊进行解别， Q g 从辊身中部取一园片作机械性能、稀土元素钇 的分布及球化效果检验。其机械性能及钇的分 布如图5所示，沿辊身横断而的组织如图6-1所 示。 从以上两图可以看到，球化元素钇在整个 --的形C5。…,+ 断面上分布基本上是均均的（光谱分析值平均 在0.05%左右)。在机械性能方面，辊芯部分图51180轧辊断面的机械性能和的缸分市 的抗拉强度有所下降，而冲击韧性和延伸率变化不大。在含磷量高达0：39%的情况下也达到 0.4公斤·米/厘米2，而~一般镁球铁轧辊约0.3公斤·米/厘米2，说明钇球铁轧辊的韧性性能较好。 在整个断面上石墨球化基木良好，但是辊芯石墨球径较大，园整度不如辊面。这一情况说明 了两个问题：第一，重稀土元素的加入量还不足（折算的R2Og为0.52%），如果加入量再提 高一些，球墨的园整度本来还会更好一些。第二，说明石墨形态与球化元素的分布无关而直 接与断面尺寸有关，进-一步确证大断面球铁的石墨变态不是球化衰退而是一种石墨形态对断 面尺寸变化的敏感性，我们称之为断面效应。这种断面效应在无论那一种球化剂或同一种球 化剂的不同用量条件下同样存在。例如，将重稀土：合金加入量从2.0%降低到1.7%浇注的同 类型轧辊4028，经解剖后，发现，在整个断面上总的来说都属于球化不良，但是辊面（图6一2 A)和辊芯（图6-2B)的石墨形态仍然存在差异，说明断而效应依然存在。 三对大断面球铁石墨变态的认識 1.石墨变态的实质是球铁的一种断面效应 前述球化衰退及大断面试样浇注的实验结果表明：虽然两者都存在着石墨变态现象，但 是它们产生的条件回然不同。球化衰退本质上是由于球化元素随着保温时间延长逐渐除低而 导致石墨变态，而所浇注的试样尺寸前后是同一的。大断面试样的石墨变态本质上是由于断 面尺寸变化所引起，而不同尺寸的试样或同一断面上的不同部位其球化剂残余量是同一的。如 前所述，这是一种断面效应。由于断面变化导致铸铁在共晶转变时仃留时间出现差异，改变了 石墨结晶的动力学条件，这是石墨变态的真实原因。为此，测定了不同断面尺寸的冷却曲 线，如图7所示。 4350毫米大试样的共晶转变时间约100分钟，冷速约0.3℃/分钟；轧银冒口（中650毫米） 约为240分钟，冷速约0.17℃/分钟，两者都是在平衡(<2℃/分钟)条件下进行石墨结晶的。 而标准楔形试样共晶转变时冷却速度约5℃/分钟，共晶转变是在非平衡条件进行的，这就是 一般的球铁生产条件，即前述的保温延时浇注的试验条件。基于以上试验不难分析，表3中 2Y-1,2Y-2炉次的试验尽管是同一炉铁水，浇注禊形试样时，共晶转变是在快冷条件下进 行，万墨结昂为球形，而在大试样的慢冷条件下则石墨发生了变态。由此可以得出结论：球 32

试 验 结果 表明 ， 重稀土 球铁 轧辊 和 重 稀土 镁 轧辊 工 都获得 良好 的球 化效 果 ， 轧制 效果也大为提高 ， 特 别是 重 稀土 球铁 轧辊 的轧制 指 标 比 镁球铁 轧辊 的平 均值 提高 为一 倍 ， 轧到最 后未裂 、 未 断 ， 只是 因 白 口 层 磨耗其 硬度不 够而 报废 。 之后将 轧辊 进 行 解 剖 ， 从辊 身 中部取一 园片作机械 性能 、 稀土 元 素忆 的分布及 球化效果检验 。 其机械性能及忆 的分 布如 图 所示 ， 沿辊 身横断而 的组 织如图‘司所 不 。 从 以上两 图可 以看 到 ， 球 化元素 亿 在整个 断 面 上 分 布基本土是 均 均 的 光 谱分析值平均 在 左右 。 在机械性能方 面 ， 辊芯部分 盯衬 序妞曰 俗 ‘ 「 ‘ 心、 甸福 呀卜 白 、 、 一一 尸 一 一招、 一 一 一一 一 丫 下 一 一 图 轧辊 断面 的机械性 能和 的 司 缸分布 的抗拉 强度 有所下降 ， 而冲击 韧性和 延伸率变化不 大 。 在含磷量高达仇 的 情况下也 达到 」 公 斤 · 米 厘米 “ ，而一 般镁 球铁 轧辊约。 ‘ 公斤 ‘ 米 厘米气说 明忆 球铁 轧辊的韧性性能较好 在整个 断 面上石墨 球 化基木 良好 ， 但是 辊 芯石墨 球径 较大 ， 园整度不如辊而 。 这 一 情况说 明 了 两个 问题 第一重 稀土 元素 的加入量 还不足 折算的 今为民 ， 如 果加入量再提 高一 些 ， 球墨 的 园整度 本来 还会更好 一 些 。 第二 ， 说 明石墨形 态 与 球 化元 素 的分布无关而直 髯 和 辊 芯 扮图 一 的石 井 墨形群杰 仍 然 存 在差旅异 ， 说 明 断而 爵 效应依 … 然耳存在 。 稚 三 对大 断 面球铁 石 墨 变态 的认栽 石墨 变态 的实 质是 球 铁的 一种 断 面效应 前 述 球 化衰 退及 大断面试 样浇注 的 实验结果 表 明 虽然 两者 都存 在着石墨变态现象 ， 但 是 它们 产生的 条件 回然不 同 。 球 化 衰 退本质上是 由于球 化元 素随 着 保温 时 ， 间延长逐渐 降低而 导 致石 墨变态 ， 而所 浇注 的试样尺寸 前后是 同一 的 。 大断面试样 的石墨变态 本质 是 由于断 面尺 寸变 化所 引起 ， 而不同尺 寸 的试 样 或同一 断面上 的不 同部位其 球 化剂残余量是同一 的 。 如 前所 述 ， 这是一种 断面 、效应 。 由于断面变 化导 致铸铁 在共晶转变 时仃 留时间出现差异 ， 改变 了 石 墨 结 晶的动 力学 条件 ， 这是石 墨变态 的 真实原因 。 为此 ， 测定 了不 同断面尺 寸的 冷却曲 线 ， 如图 所示 。 小 毫 米大试样 的 共晶转 变 时间 约 。 分 钟 冷速 约 ℃ 分 钟 轧 辊 冒 口 帅 毫 米 约为 分钟 ， 冷速 约 ℃ 分 钟 ， 两者 都是 在平衡 ℃ 分钟 条件下进 行石墨 结 晶的 。 而标 准楔形试样共晶转 变 时冷却速度 约 ℃ 分钟 ， 共晶转 变是 在非 平衡 条件进 行的 ， 这 就是 一 般 的 球铁生产 条 件 ， 即前述的 保温 延 时浇住 的试 验条件 。 基于 以 土试验不难分析 ， 表 中 叮 一 ， 终 一 炉 次 的试 验尽管是同一炉 铁 水 ， 浇 注楔形试样 时 ， 共 晶转变是 在快 冷条件下进 行 ， 石 果 结 晶为 球形 ， 而 在大试 样的慢 冷 条件下则石墨发生 了变态 。 由此可以得 出 结论 球

铁在共品转变时，绥冷的条件易于导致石墨变态。又由丁这种缓冷条件会增大石墨化倾向， 所以进一步推论出：增人石墨化倾向的因素将促使石墨变态。 心 130'c 109ec -240 1120c 5 10 阅7试样冷却曲浅 (1)砂型试样（中350毫米）； (2)稀上球铁轧辊口处（中G50宽米）， 但是，在球铁增大或减小石墨化倾向的因紫是很多的，大体上来说包括原铁水成份， 铸件断而尺寸，铸型条件，球化剂川量及微量元素等。这些因素对大断面球铁件石墨形态都 会有明显的影啊。根据作者的实验和实际观察，同时参照有关文献〔1,9)，将影响石墨形态的 主要因素概杆为图8。 石墨形态 片形 厚片形 变态不果 开形 球形 球化剂川量 形 共晶转变时冷却速度 响 碳当量 因 微量反石墨化元素 素 一 作 用强度 图8彩响石墨形态因素示意图 图中片形石墨相于原铁水的行墨形状。其余4种形状都是大断面球铁件常见的石墨形 态，它随着各个因素的影响而变化，有时在同一试样上也会观察到几种石墨形态同时存在。 图下方是影啊石墨形态的因素，它包括：球化剂用量、共晶转变时的冷却速度、碳当量、微 量反石墨化元素等。各因素对石墨形态可能的影响幅度表示为作用强度。球化剂用量的影响 幅度最火，依其景不同可以分别获得各种形态的石界。 93

铁 在共况转变 时 ， 缓 冷的条件 易于导 致石 墨变态 。 又 由于这 种 缓 冷条件会增大石 墨化倾 向 ， 所 以 进一 步推论 出 增 大石 墨 化倾 向的 因素将促 使石 墨变态 。 、 一 洲﹃﹃ 、功、。 又尸卜 图 试样 冷却 曲线 砂型 试 样 小 毫米 稀土 球铁 轧辊 目 口 处 小 伍苞米 但是 ， 在球铁 中增大或减 小石 墨化倾 向的 因素是 很 多的 ， 大 体上 来 说 包括 原铁 水成份 ， 铸 件断而尺 寸 ， 铸型 条件 ， 球 化剂 用 鼠及微 量 元 素等 。 这 些 因素 对 大断而球铁件石 墨形 态 都 会 有明显 的影 响 。 根据 作 者的 实脸 和 实际 观 察 ， 同 时参照 有关文献 〔 ， 〕 ，将 影 响石 墨形 态 的 主 要 因素概 括为图 。 〕甲’ 形 娜 孚片形 娜卿 习形 必 球 化 变态石 墨 齐 川 ，赶 影 共晶转 变时冷 却速度 碳 当量 微量 反石 墨 化元 素 球 东 ，刁卜 作 用 强 度 图 影 响石 墨形态 因素示 意图 图 中片形石 墨相 当于 原铁水 的石 墨 形状 。 其 余 种 形状都是 大断面 球铁件 常见 的石 墨 形 态 ， ‘ 已随着 各个因素的影 响而 变 化 ， 有时 在同一试 样上 也 会观察到几种石 墨形 态 同时存 在 。 图 下方是影 响石 墨 形态 的 因素 ， 它 包括 球化剂用 量 、 共晶转变时的 冷却速度 、 碳 当量 、 微 量 反石 墨 化元素 等 。 各因素对石 墨形 态 可 能的影 响幅度 表示 为作用强度 。 球化剂 用量 的影 响 幅度最 大 ， 依 其量 不同可 以 分 别了断寻各种形态 的石毕

虽然图8把各种影响石是形态的因素作了概括，们它没有把各因素与备种石里形态之 的交互作用联系起来，定最的加以说明，因此是不系统的。 鉴于影响不器形态的因素众多，而几大断而试样的浇注、加工取样耗费较大，迄今尚缺 乏乐统性的报导，作者尝试运用对立统的矛盾方法则对人面求状件的条种7形态和其 影响内素的交工作用逃行逻处明，即把各因素介桥为求化因茶刚化网茶两L,再解它 】对石器形态的影响作成图9。 图9球化因素包括： 花开巨 ①球化剂用量。它是球化剂的化行为消 用返 支态区 托量（脱硫、脱氧等）、物理行为消耗量( 网 厚克长 发、未熔等)及吸收量（残余量）之和。 8 光 ②共品转变时冷速。它与试样径、街型 作质及其他亡艺因茶有关。 ③微最的反i墨化元素(Bi、Sn、Sb及 类化因泰 稀上族元素等)。它]並不都是球化元素，但 图9球化因靠及墨化因素对 是由于其反石墨化作用，犹如增加冷却速度一 石墨形态影响示意图 样也起到促进球化的作用。 器化因崇包折： ①碳当量(C+‘/3Si)及其他石将化元茶(1：A1、(u、等)。其中以碳的i器 化作用最强。 ②试样的直径（或话件的商衡面尺寸)。它决定共品砖变停留的时间或冷速，两组因素 川中都也冷速这因茶，这正好反腴出冷速具有双重作用：冷速火，促进球化；冷速小，促 进墨化。 根据图9可以看出：墨化因素增长所引起的石墨形态变化可以用球化因素的增长所平衡， 也就是说如欲得到球状石墨可以在球形区内寻找两组因茶的舍适范围。因此图9是把行墨球化 长达为球化因茶和黑化因素对立统-·的某孙平衡结果，而石器变态则是装化因紫优球化因 茶所仪。这点'实际：情况是吻合的。为了简化，设器化因素中除试样径外其他都定，球 化因素以球化剂川景表示，则作出图10。 根树10我可以推论两点軍要的结 论： 北！大 腔 A.某…球化剂用量，例“I”,只能使直 氏 径为中！的试作获得球形石墨。若直径增大至 中2，则试样中将出现变态的石墨。这就是说石 器变态的实质是球墨铸铁的一·种断而效应所 致。 B.对于试样直径增大至中2所引起的石墨 中1中2 变态可以增加球化剂用量至“1”进行抵偿，而 试样直径 使试样再获得如中：那样的球形石墨。 图10球化剂用量与试样直 因此，我们认为断面效应是铸造合金的一 径关系示意图。 种共性，其实质是-一次结晶时由于断面尺寸增 人，铸件缓视冷却而导致一次品粒相大或畸变。铸铁是一种共晶型合金：依不同冷却条件， 91

虽然 图 把 各种 影 响石 墨形 态 的 因 素作 了概 括 ， 但 它 没 有把 各因素与 各种石 墨形态 之 的 交互作用 联 系起来 ， 定 量 的加 以 说 明 ， 因此 是不 系 统 的 。 鉴于影 响石 果 形 态 的 因素 众 多 ， 而 月 大断而试 样 的 浇 注 、 加 工取 样 耗费较 大 ， 迄今 尚缺 乏 系统 性的报 份 ， 作 者尝 试 运用 对立 统 一 的矛盾 方 法 则 一 大断 间球 乍失件 的 各种石 界形态 和 比 彩 响 因 索 的 交 互作用 进 行 逻 价处理 ， 叩把 各因索 介析 为球 化因 奈 和黑 化 因索 两组 ， 再 根据它 们 对石 黑 形 态 的 影 响作戍 图 。 屯‘心水形爪 厚花球田变 六 ‘ 厂卜二、 厂尹尸， 素岁 斗儿、 ﹃ 叼飞 八 ︸ 卜劝 零 ， 图 ‘ ，球 化 怀 素 包 打 ① 球化剂 用 最 。 它 是 球 化剂 的 化学 行为 消 耗 耻 脱 硫 、 脱氧 等 、 物理 行为消 耗量 蒸 发 、 未 熔 等 及 吸 收 量 残 余 量丁 之和 。 ② 共晶转 变 时冷速 。 它 与试 样直 径 、 铸 型 性 质 及共 他 工 艺因素 有关 。 ③ 微 墩的反石 黑 化 元 素 、 、 及 稀 族 元 索 等 。 ‘ 它们 业不 都是 球化 元 素 ， 但 是 由于其反 石 墨 化作用 ， 犹如 增加 冷却速 度一 样 也起到 促进 球 化 的 作 用 。 果 化因 素包 括 ① 碳 当址 十 ‘ 。 及 共 他 石 半 化元 索 化作用最 强 。 ‘ 。 … 猫 、 …一 到 淤 图 球化 因素及 墨化 因素对 石 墨形 态影 响示 意 图 女 、 ’ ， 、 等 。 其 ‘ 以 碳 均石 ② 试样 的 汽径 刃又铸件 的断 而尺 一 ‘ 。 它 决定 共舒转 变停 留的 时 问 或冷速 。 价 两组 因素 ，扫都 邑含冷速 这 一 因索 ， 这 正 好反 映 出 冷速具 有双爪 作 用 冷速 大 ， 促进 球 化 冷速 小 ， 促 进 墨 化 。 根 据 图币可以看 出 墨 化因素增长所 引起的石墨形 态 变 化 一 可以 用 球 化因素 的增 一 长所 平衡 ， 也就是 说如 欲得 到笋状石 墨 可 以 在球 形 区 内寻 找两 组 因素 的合适 范 围 。 因此 图” 是 把石墨 球 化 丧达 为球 化因素 和 黑 化因 素对立 统 一 的 某种 平衡 结 果 ， 而 石 墨变态 则是 半 化因索 优 几球 化因 索所 致 。 这 汽 ， 实际 情况是 吻 合 的 。 为 了简 化 ， 没墨 化 因素 中除试 样 直径外 其 他 部恒定 ， 球 析理晨叮 小 妇径 化 因素 以 球 化剂 用 量 表示 ， 则作 出图 。 根据 因 我们 ‘ 丁以 推论 出两 点 讯 要 的 结 论 灰仁一 球 化剂 用 策 ， 例 如 “ ” ， 只 能使 为 径 为 小 ， 的 试样 获得 球 形石 墨 。 若 直 径增 大 至 小 ， 则试 样 中将 出现 变态 的石墨 。 这 就是 说石 墨 变 态 的实质 是 球 墨 铸 铁 的一 种 断而 效 应 所 致 。 对 于试 样 直 径 增 大 至 小 所 引起 的石 墨 变态 可 以 增加 球 化剂 用 量至 “ ” 进 行抵 偿 ， 而 使试 样再获得 如 小 ， 那 样的 球形石 墨 。 因此 ， 我 们认为断面效应是 铸造合金 的一 种 共性 ， 其 实质 是 一 次 结晶 时 由于 断面 尺 寸增 」 价 钧州十丁 图 球化 剂用 量 与试样 直 径关 系 示 意 图 。 大 ， 铸件 缓慢 冷却而 导致一次 晶粒 粗 大或畸变 。 铸铁 是一种 共晶型 合金 ， 依不 同冷却条件

头品转变，物慨有相组成义有相的形态之差异。灰口铸铁在共晶转变时结品织可以是石墨 或渗碳体，或是二者的陆台组织一灰口、白口麻口，也是取决于试样直径，所以其实质也 是-一种断面效应。20年代的E.Maurer铸铁组织图就已指出根据试样直径控制碳、硅含量米 花制铸铁组织的途径，实质上.就是运用碳、硅成份来抵偿灰口铸铁的断效应。 球墨铸铁的断面效应在一尼范围内表现为球形石墨或其它类型的变态石墨.图9指出球铁 的断面效应可以运用球化剂用量和调整碳当量进行抵偿。这一原则把石墨变态及其解决办法 从经验性的实践向条理性的认识推进了-一步。 由于球铁中影响石墨形态的因素远较灰口铸铁复杂，大断的取样殊不容幼，致使9： 图10现在：还能是定桃：的示意图。管如此，它仍能对目前某些认识不-·致的问趣给出自已 的见解，例1： (1)碳：当量应该高还是低些？ 文狱〔1,9)指出，随着球铁断尺增加应相应降低碳当量才能获得心好的球化效果。 但也有一种观点〔10)，认为大断面球铁也要高碳、过共晶碳当量，这样有利于增加石墨球数， 有利于石墨园整。根据生产实践已经证明，对海壁小件球铁来说提高碳当量是合适的：而在： 大断面条件下提高碳量或碳当量只能促使石墨的变态。由于大断面球铁的石墨化能力已很强， 如再过量加硅孕有就增归了总硅量，即增强了墨化因素，从而更增加了石墨变态的趋势。改 善人断面球铁的石墨园整度或悦石墨球数的途径应是采用适当增加球化剂川量或加快冷却 速度等措施。 (2)为什么微量元茶(Bi、S、Sb等)能改善人断面球铁的状态？ 这些微量元索在溥壁小件镁球铁中被认为是球化的干扰元素或反球化元素〔11)，仙在人 断面球铁中，加入合适的微量元素能改善球化。这已被近来的一些试验所证实。如何解释 这种现象呢？现在：可按图9给予仞步解释：既然大断面球铁件出于加强了墨化因素而促使石 墨变态，那么加入反石墨化作的微量元条就等于增加球化因素而对望化因素逃行抵偿，这 种作川正如增加冷却速度·样，对不墨因茶起抑止作川。所以这些微量心蔡实质上也是-·种 孕有作用。出此可以得出·个普遍性的原则：在石墨化能力较低的条件下，如低碳灰口铁或 薄壁小件球墨铸铁，石最化孕有剂硅、铝等元素才能起孕育作用，反之在石墨化能力较强的 大断面球铁条件下，则反石墨化元素才能起到孕育作用。 虽然知此，作名认为球化元索美、铈、钇等既是反石墨化元崇义是球化元素，只哭增加 它们的用量到来·合证量就能获得球化良好的石墨形态，而不一定要籍助于其它反石盥化心 茶，因此敬训增加球化剂用量以克服球铁的断面效应才是治本的办法。此外某些文献〔12)还 指出，增州人断面球铁件的冷却速度，采川冷铁，中空结构等均能克服石器变态，其原理里 止图9所简岳，实买际效果是址而易见的。 2.对典型变态石墨一黑斑形成机构的探讨 在：人断球铁的试样或轧的宏观断口上经常见到-一些园球形黑色区城，其直伦最人的 可达5毫米，问整而均习地分布在断口上，这就是所说的黑斑或黑点，.如11，A所示。大断 庙球铁件山手断斯效应及球化不良也常现什形、州形等石鉴，这些器形态在薄壁小件 球铁上也能见到。但是，这种g进的紫形态则仪在大衡面球铁才能见到，内此以认为 它.石器变态的典型。在金相业徽说下黑斑表现为图11B及图11C的形态。 从图11这种石墨分布形态很像灰门特铁的D型石墨（品间石器），但是仔细规察二 者是有区别的，其区别在于D型行墨是尖片形的：而典型变态石墨是虫状的（或你毕片状 35

共 铬转变 ，‘ 物既 育相组 成 又 有相的 形态 之差 异 。 灰 口 铸铁 在共 晶转变 时结 品组织 可以 是石墨 或渗碳 体 ， 或是二 者 的混 合组 织一灰 口 、 自口 和 麻 口 ， 也是 取决于试 样直 径 ， 所 以 具实质 也 是 一 种 断 面效应 。 年 代的 铸铁组织 图就 已指 出根据试 样直 径控制碳 、 硅 含量来 校 制铸 铁组 织 的途 径 ， 实质土 就是 运 用碳 、 ‘ 硅 成份 来抵 偿灰 口 铸铁 的断面效应 。 球墨 铸 铁 的断面效应 在一 定 范 围 内表现为 球形石 墨 或其它 类型 的变态石墨 图 指出球铁 的断面 效应 可 以 运 用球 化剂 用量 和调 整碳 当量进 行抵偿 。 这一 原则把石 墨变态 及其解决办 法 从 经 验 性的实践 向条理 性的认 识推进 了一 步 。 由于 球铁 中影 响石墨形 态的 因素 远 较灰 口 铸 铁 复杂 ， 大断面 的取 样殊不 容 易 ， 致使 图 和 图 现 在还 只 能是 定 性的示意 图 。 尽管如 此 ， 它 仍 能对 目前某 些认 识 不 一 致的 问 题给 出 自己 的见解 ， 例如 碳 当显应 该高 还是 低些了 文 献 〔 ， 〕指 出 ， 随 着球铁 断而 尺 寸增加应 相应 降低碳 当量才 能获得 良好 的球 化效呆 。 但 也 有一 种 观 点 扭。 〕 ， 认 为大断面 球 铁也 要高 碳 、 过共 品碳 当量 ， 这 样 有利 于 增加石墨 球数 ， 有利 于石墨 园整 。 根据生产 实践 已经 证 明 ， 对 薄壁 小件球 铁 来 说提高 碳 当量 是 合适 的 而 在 大断面 条件下提高 碳 量 或碳 当量 只 能促使石 墨 的变态 。 由于大断面 球铁 的石 墨 化能力 已很 强 ， 如再 过量加 硅 孕育就增加 了总 硅 量 卜， 即增强 了墨 化 因素 ， 从而 更增加 了石 墨 变态 的趋势 。 改 善 大断面 球铁的石 墨 园整 度或增加石 墨 球数的途径应 是 采用适 当增加 球 化剂用 量 或加 快 冷却 速度 等措施 。 为什 么 微 量 元 素 、 、 等 能改善大 断 面球 铁 的状 态 这 些微量 元素 在簿壁 小件镁球铁 中被认为是 球 化的干扰 元 素或反 球 化元索 〔 均 而 在人 断 面 球铁 中 ， 加 入 合适 的微量 元素能 改善球 化 ， 这 已被近 来 的一些 试 验所 证 实 。 但如 何解释 这 种现 象呢 现 在可按 图 给予 初 步解释 既 然大断 面 球铁件 由于加 强 了墨 化 因素而 促 使石 墨 变态 ， 那 么加 入 反石 墨 化作用 的微量 元素就等 于增加 球 化 因索而 对 墨 化 因素进 行抵偿 ， 这 种作 川 正 如增加 冷却速 度一 样 ， 对石 墨 因索起抑止 作用 。 所 以 这 、 些微 量 元 素实质土 也足 一 种 孕 育 作用 。 由此 可以 得 出 一 个 步遍 性的 原 则 在石 墨 化能 力较低 的 条件 下 ， 如 低碳 灰 口 铁 或 薄壁 小件 球 墨铸 铁 ， 石 墨 化孕 育剂硅 、 铝等 元 素才 能起 孕育作用 ， 反 之 在石 墨 化能力较 强 的 大断面 球铁 条件下 ， 则反 石 墨 化 元素才 能起到 孕育作 用 。 虽然如 此 ， 作 者 汰为球 化元 索镁 、 饰 、 忆 等 既 是反 石 墨 化元素 又 是 球 化元索 ， 只 要增加 它们 的 用见 到 某 一 合适量 就 能获得 球 化 良好 的石 墨形态 ， 而不一 定 要 籍助 于 其它反 石 墨 化儿 索 ， 囚此 强 洲增加 球 化齐 川星 以 克服 球 铁 的 断 面效应 才是 治本 的办 法 。 此 外 某些 文 献 〔 还 指 出 ， 增 加 大 断 画球 铁件 的 冷却速 度 ， 如 采川 冷铁 ， 中空 结 构等 均 能克服石 墨 变态 ， 其原理 卫 如 图，所 慨括 ， 实际 效果是 显而 易见的 。 对 典 型 变态 石墨－ 黑斑形 成机 构 的探 讨 在 大断 而 球 铁的 试 样 或轧 棍的宏 观 断 口 上经 污见到 一 些 园球 形黑 色区域 ， 其 直 径蚁 大 的 一 叮达 毫 米 ， 园整而均 匀地 分布 在断 口 仁 ， 这 就 是所 一 说的黑 斑 或黑点 ， 、 如 图 ， 所 示 。 大 断 面 球铁件山 于断 试效应 及 球 化不 良也常出现 厚 片形 、 一 形等石 墨 ， 这 些石 墨形态 在薄壁 小件 球 铁上 也能 见列 。 但 毯 ， 兰和 ，黑 斑 的石 聆脚珍态 则汉在大断 面球 铁 中才 能 见到 ， 因此 可以 认 为 它 钻 自墨变 态的典型 。 在金相显 微镜 一户只斑 表现为图 及图 的 形态 。 从图 吞这 种石 墨分布 形态 很 像灰 一」铸铁 的 型石 墨 品 间石 墨 ， 过是 若仔 细 观 察二 者 是 了区 别的 ， 其 区 别 为于 型 石 墨是 尖 片形 的 而典型 变态石 墨是蠕 虫状 的 戈称厚 片状

的)。根据分布特征国内常把这种石墨称为晶间石墨；根据其形状特征国外义称之为“碎块 状石墨”(Ch unky Graphitel)。名称不同反映了对这种石墨形成机构的不同认识，国 外比较流行的看法认为碎块石墨是球墨解体的结果，引起球墨解体的原因一种认为是由于包 围球墨的奥氏体外壳被铁水热流冲蚀〔9〕；另一种认为是由于石墨结品涨破奥氏体外壳所致 〔13〕。国内则有人把这种蠕虫状石墨看成类似D、E型石墨一样的晶间石墨。现在已有许乡实 验证明，试样经深腐蚀后，这种石墨在扫描电镜观察下的立体图象显示出它们是互相连系而 不是孤立的碎块，碎块石墨之说根据不充分。晶间石墨主要是在一次奥氏体枝晶间形成，一 次奥氏体枝晶是粗大树枝状的，而球墨铸铁中的黑斑如前所述多为球形结构而且分布很均匀， 奥氏体枝晶不可能是这种分布状态，所以枝晶石墨之说根据也不究分。图11，B上无石墨的 白色区域並不是一次奥氏体晶的切面而是图11，C上石墨球周围的共晶奥氏体外壳，只是因 为蘑片未切过石墨之故。 作者认为：黑斑是球铁的共晶晶粒或称共晶价。因为贝有共品晶粒才是球形晶体，只有 共晶晶粒的结构才包括两个相一石墨和共品奥氏体。于这两个相的相互关系义分两种 况：一种是两相相互交错，石墨在空间上是联在一起的花杂形结构，在平面上则里片状结构， 这就是灰口铸铁的共晶晶粒形态。在球墨铸铁中因球化元素影响，石墨尖端变钝呈厚片形， 但其结构仍和灰口铸铁一样。这种两相共生，相互交错的结构叫做共生共晶。另一种是两相 彼此独立，石墨在空间上是弧立的球形结构，而且处在共晶奥氏体的包围之中，这是球墨铸 铁的结构。这种彼此分离的结构称为离异共晶。 球化元素的影响归纳为：未加入球化元素 时铸铁共晶转变的结果是尖片形石墨的共生共 晶；球化元素加入量不足时是厚片形石墨的共 生共晶，球化元素加入足够时是球形石墨的离 异共晶。其它球化因素的影响和球化剂作用方 向是一致的。大断面球铁件的黑斑是一种墨化 因素作用优于球化因素而形成的共生共晶和离 异共晶的混合结构，即共晶晶粒的内部同时存 石化 反化 在两种共晶石墨的形态。根据这个观点，黑斑 形成的动力学机构可以描述如图12。 图12A表示未加球化剂的灰口铸铁，在过 冷情况下存在一个片形结构的共生区，如阴影 努化因素 区所示。图12B表示石墨化因素把共生共晶区 球化因表 向左（低碳方向）移动，反石墨化因素的作用 方向相反。图12C表示加入球化剂后相应地存 在一个离异共晶区如图中区域1所示。但是即使 图12 球化因素和墨化因素对共生共 在加入球化剂以后，若墨化因素（碳当量较高） 晶区及离异共晶影响示意图 较强时，图12C的右边也还存在一个共生共晶区 A:共生共晶区； 3,此区域内的石墨形状因受球化剂影啊而坐 B:石墨化因素和反石墨化因素对 共生共晶区移动的影响， 片形。球形石墨的离异共晶区和厚片形石墨的 C:球化因素和墨化因素对共生共 共生共晶区依球化因素和墨化因素两者的影响 晶区及离异共晶区移动的影响 而决定其位置。即球化因素增长将使离异共品 36

的 。 根据分布特征国 内常把这种石 墨称 为晶 间石 墨 根据 其形状 特征 国外 又称 之为 “ 碎 块 状石 墨 ” 。 名称不同反 映 了对这 种石 墨形成机 构 的不 同认 识 ， 国 外 比 较 流行的看 法认为碎 块石墨 是 球墨解体的 结果 ， 引起 球墨解体的 原 因一种认为是 由于 包 围 球墨 的奥 氏体外 壳被 铁水热 流 冲蚀 〔 〕 另一 种认 为是 由 于石 墨 结 晶涨破奥 氏体外 壳所 致 〔 〕 。 国 内则 有人 把这 种蠕虫状石墨看 成 类 似 、 型 石 墨一 样 的 晶间石 墨 。 现 在 已 有许 多实 验证 明 ， 试 样经 深腐蚀 后 ， 这 种石 墨 在扫描 电镜 观 察 下 的立体图 象显示 出它们 是 互相连 系而 不是 弧立的碎 块 ， 碎 块石 墨 之说 根据不充 分 。 晶间石 墨主 要是 在一次奥 氏体枝 晶 间形成 ， 一 次奥氏体枝 晶是粗 大树 枝状的 ，而 球墨铸铁 中的 黑斑如 前所 述多为球形 结构而 且 分布很均 匀 ， 奥 氏体枝晶不可 能是这种 分布状态 ， 所 以 枝 晶石 墨 之说 根据也不充 分 。 图 ， 上 无石 墨 的 白色区域 业不 是一次 奥氏体 晶的切 面 而是 图 ， 上 石 墨 球 周 围的共 晶奥氏体外壳 ， 只 是 因 为磨片未 切 过石 墨 之故 。 作者 认为 黑 斑是 球铁 的共晶 晶粒 或称 共 晶团 。 因 为只 有共 晶 晶粒才是 球形 品体 ， 只 有 共 晶 晶粒 的 结构 才包括 两个相 一石墨和 共 晶奥氏体 。 至 于这 两个 相 的相 互关系 又分 两种 洁 况 一种是 两 相相 互交错 ，石 墨 在空 间上 是 联 在丫起 的 花朵形 结构 ， 在平面 上 则 呈片状 结 构 ， 这就是灰 口 铸铁 的 共晶 晶粒形态 。 在球墨铸铁 中因球 化元素影 响 ， 石 墨 尖端 变钝呈厚片形 ， 但其结构仍和灰 口 铸铁 一样 。 这 种 两 相共生 ， 相 互交错 的结构 叫做等牛等暑 。 另一种是 两 相 彼此独立 ， 石 墨 在空 间上 是 弧立 的 球形结构 ， 而且处 在共 晶奥氏体 的 包围 之 中 ， 这 、 是 球 墨铸 铁 的 结构 。 这 种彼此 分离 的 结 构称为 离 异共 晶 。 球 化元素 的影响归纳为 未加 入 球化 元素 时铸铁共 晶转 变 的 结果是 尖 片形石 墨 的共生 共 晶 球 化 元素加 入量不 足 时是厚 片形石 墨 的共 生共 晶， 球 化元素加入 足够 时是 球形石 墨 的 离 异 共 晶 。 其 它球 化因素的影 响和 球 化剂作用方 向是 一 致的 。 大 断面 球 铁件的黑 斑是 一种 墨 化 因素 作用 优 于球 化因素而形成 的共生共 晶和 离 异 共 晶的 混 合 结 构 ， 即共 晶 晶粒 的 内部同 时存 在两 种共 晶石 墨 的形态 。 根据这 个观点 ， 黑斑 形成 的动 力学机 构可 以 描 述如 图 。 图 表示 未加 球 化剂的灰 口 铸铁 ， 在过 冷情况下存在一 个片形结构 的 共生 区 ， 如 阴 影 区所示 。 图 表示 石 墨 化因 素把共生共 晶区 向左 低 碳方 向 移 动 ， 反石 墨 化因素 的 作用 方 向相反 。 图 表示加入 球 化剂 后 相应 地存 在一个 离异共晶区如 图 中区域 所示 。 但是 即使 在加 入 球 化剂以 后 ， 若 墨 化因素 碳 当量 较高 较强 时 ，图 的右边 也 还存 在一个共生 共晶区 ， 此 区域 内的石 墨 形状因受 球 化剂影响而 呈厚 片形 。 球 形石 墨 的 离异 共 晶区和厚 片形石 墨 的 共生共 晶区依 球 化因素和墨 化因素 两者 的影 响 而 决定其 位置 。 球 化因 素增长将使 离异 共 品 刀 尸 乙达 醚 些峰鹅爵熟三吵 洛 球 化 因素 图 球化 因素和 墨化 因素对 共生共 晶 区及 离异 共 晶影 响示意 图 共生共 晶 区 石 墨 化 因素和 反 石 墨化 因素对 共生共 晶 区 移动 的影 响 球化 因素和 墨化 因素对 共 生共 晶 区及 离异 共 晶 区移动 的影 响

区向右（高碳方向）移动，墨化因素增长将使共生共晶区向左（低碳方向)移动。两个区或 的重迭区域就是两种石墨形态同时共存的共晶组织，这就是黑斑的结构。在图12，C中，区域 2结晶的共晶晶粒就是黑斑。它的宏观和微观结构如图11所示。 运用图13，C,可以对大断面球铁件由于断面效应而导致黑斑形成，又由于增强球化因 素而消除黑斑的动力学机构作如下描述：在某-一碳当量的铁水中，加入某一适量球化剂浇注 某个直径的试样，正好获得球化良好的石墨，即这种情况下的动力学条件正好相当于图12，C, 1区。若用同样的铁水，同样的球化剂加入量浇注增大了直径的试样，将因由于直径增加， 共晶转变时停留时间延长，石墨化因素增长，共晶结晶的动力学条件左移至2区，结果试样上 出现变态石墨一黑斑。如欲使增大了直径的试样获得球化良好的石墨，可以增加球化剂用量， 即增强球化因素使区域1右移，也可以降低铁水成份的碳当量即减弱墨化因素使区域3右移， 或两种措施同时采取则更能保证增大直径的试样的共晶结晶动力学条件在区域1进行.从而获 得良好的球化效果。可见图12所示的动力学机构和图9表述的宏观现象一致的。 结 論 1.大断面球铁件发生石墨变态的原因不是由于球化元素衰减而造成的球化衰退，而是 由于球铁的断面效应所引起。断面效应的实质是共晶转变时停留时间过长，冷速过慢，致使 石墨在异常的平衡条件下结晶。 2.引起石墨变态的因素除了铸件断面尺寸增大之外还有化学成份及球化剂等方的因 素，本文把各有关因素解析为球化因素和墨化因素两组，並且指出，石墨变态是由于墨化因 素相对地优于球化因素的结果。由于铸件断面尺寸增加而增强的石墨化因素可以通过增加球 化剂用量和降低碳当量的办法进行抵偿，而且这是防止石墨变态的主要途径。 3.黑斑是变态石墨的典型，它是共晶转变时形成的共晶晶粒（共晶团），它的金相结 构是由球墨和空间上相互连系的厚片形石墨混合组成。本文为黑斑形成的动力学机构描述了 一个共生共晶和离异共晶的双重共晶区。增强球化因素，抑止墨化因素可以使大断面球缺件 的结晶条件离开双重共晶区，从而消除黑斑，获得球墨组织。 本文的实验部分是与北京有色金属研究院302室，北京重型机械厂铸铁车间，鞍钢轧辊厂 协作进行的。毕业班部分同学及铸工实验室的一些同志参加了部分工作。对给予的大力支持， 在此特表感谢。 37

区向右 高碳方 向 移动 ， 墨 化因素增长将使共生共晶区向左 低碳方 向 移动 。 两个区域 的重迭 区域就 是 两种石 墨形态 同时共存的共晶组织 ， 这 就是 黑斑 的结构 。 在 图 ， 中 ， 区域 结晶的共晶晶粒就是 黑斑 。 它 的宏 观 和 微观 结构如 图 所示 。 运用 图 ， ， 可 以 对大 断面 球铁 件 由于断面效应而导致黑斑形成 ， 又 由于增 强 球 化因 素而 消除黑斑的动 力学机 构作如 下描述 在某一碳 当量 的铁 水 中 ， 加 入某 一适量 球 化剂浇注 某个直 径的试 样 ， 正好 获得 球 化良好 的石墨 ， 即这种 情况 下 的 动力学 条件正好 相 当于 图 ， 区 。 若用同样的铁 水 ， 同样的球 化剂加入 量 浇注增大 了直 径 的试 样 ， 将 因 由于直 径增加 ， 共 晶转变 时停 留时间延长 ， 石 墨 化因素增长 ， 共 晶结 晶的 动力学 条件左移 至 区 ， 结果试 样上 出现 变态石 墨一 黑斑 。 如欲使增大 了直 径的试样获得 球 化 良好 的石 墨 ， 可 以 增加 球 化剂用量 ， 即增强 球化因素 使区域 右 移 ， 也可 以降低 铁 水成份 的碳 当量 即 减弱 墨 化因素使区域 右移 ， 或两种措施同时采取 则更能保证增大直 径的试 样的共晶结 晶动 力学 条件 在区域 进 行 从而获 得 良好 的球化效果 。 可见 图 所示 的动 力学机 构和 图 表述的宏 观现象一 致的 。 结 箫 大 断面球铁件发生石 墨 变态 的原因不是 由于球 化元素衰减而造成的 球化 衰退 ， 而是 由于球铁的断面效应所 引起 。 断面效应 的实质是 共 晶转 变时停 留时间过长 ， 冷速 过慢 ， 致 使 石墨在异 常的平衡条件下 结鼎 。 引起石 墨变态 的 因素除 了铸件 断面尺 寸增大 之外 还 有化学成份及 球 化剂等方 面 的因 素 ， 本文把 各有关因素解析为球 化因素和 墨化因素 两组 ， 业且 指 出 ， 石墨变态是 由于墨 化因 素相对地优于 球化因素的 结果 。 由于铸件断 面 尺寸增加而增 强的石 墨 化因素可以通过增加 球 化剂用量 和降低碳 当量 的办 法进 行抵偿 ， 而 且这是 防止石 墨 变态 的主 要途 径 。 黑斑是变态石 墨 的典型 ， 它是 共 晶转 变 时形成的 共 晶 晶粒 共 晶团 ， ‘已的 金相 结 构是 由球墨和 空 间上 相互连 系的厚 片形石 墨混 合组成 。 本文为黑斑形成的动 力学机构描述 了 一个共生共晶和 离异共晶的 双重 共 晶区 。 增 强 球化 因素 ， 抑止墨 化因素可 以 使大 断面 球 铁件 的结 晶条件离开 双重 共晶区 ， 从而消除黑斑 ， 获得 球 墨组织 。 本文的实验部分是 与北 京 有色金属研究院 室 ， 北京重型机械厂 铸铁 车间 ， 鞍钢 轧辊厂 协作进 行的 。 毕业 班部分 同学 及 铸 工实验 室 的一些同志参加 了部分 工作 。 对给予的大 力支持 ， 在此 特表感 谢