大断面球墨铸铁石墨变态问题的探讨.pdf_大学文库

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

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

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

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