张永军等：石墨化钢石墨化过程的金相分析及其动力学方程 231· 图5所示.由此可确定此时试样中的碳化物以渗 在后续的石墨化过程中，渗碳体分解出石墨， 碳体为主 如图6(a)所示的石墨化等温50min处理试样组织 1800 中的石墨粒子，该石墨粒子的形态及其结构的场 1600 发射扫描电子显微镜(FESEM)图像如图6(b)所 1400 示，该图更加清晰地显示了石墨粒子的团状形态， 1200 (OD 1000 (1D) 及其片层状的结构特点.图6(c)和6(d)显示的是 利用电子探针EPMA测试分析的各元素计数强度 800 曲线，由该曲线可见，出现C峰的位置为石墨，其 600 附近出现了铁素体微区，其碳含量低于基体其他 400 位置（如图6(d)所示）：Fe元素在石墨粒子位置上 200 呈现谷值，这也反映了石墨位置的主要成分是 2M) C元素. 图5石墨化处理30min时试样电解萃取产物的XRD衍射曲线 Fig.5 XRD diffraction curve of electrolytic extraction products from 随着石墨化等温处理时间的延长，也即随着 the samples graphitized for 30 min 马氏体分解的进行，逐渐呈现出针叶状的α相，如 6 500nm s um 180000 10000 (c) 160000 140000 8000 号120000 6000 telo 100000 80000 4000 60000 40000 2000 20000 Fe 0 0 0 10203040506070 20 25 30 35 Distance/μm Distance/um 图6石墨化处理50min时试样的微观组织及其元素分布曲线.(a)金相组织：(b)石墨粒子的形态：(c)C、Fe元素分布（基体）：(d)C、Fe元素分布 (铁素体微区) Fig.6 Microstructure and element distribution curve of samples graphitized for 50 min:(a)metallographic structure;(b)morphology of a graphite particle;(c)distribution of C and Fe in the matrix;(d)distribution of C and Fe in a ferrite region 图7(a)所示的1.0h等温石墨处理试样中的组织 (a) (b) 在石墨化等温处理时间的进一步延长过程中，针 叶状α相发生再结晶，铁素体经形核、长大逐步代 替将针叶状α相而趋于等轴状，如图7(b)所示的 3.0h等温石墨处理试样中出组织中出现了铁素体 20 um 20μm 核心，预示着铁素体再结晶在后续的等温过程中 图7石墨化处理1h(a)和3h(b)试样的微观组织 将开始进行 Fig.7 Microstructures of the samples graphitized for 1 h(a)and 3 h(b)图 5 所示. 由此可确定此时试样中的碳化物以渗 碳体为主. 1800 42 1600 43 1400 44 1200 45 1000 46 800 47 600 400 200 Intensity (counts) 2θ/(°) Fe C(211) 3 Fe C(102) 3 Fe C(220) 3 Fe C(031) 3 Fe C(112) 3 图 5    石墨化处理 30 min 时试样电解萃取产物的 XRD 衍射曲线 Fig.5     XRD  diffraction  curve  of  electrolytic  extraction  products  from the samples graphitized for 30 min 在后续的石墨化过程中，渗碳体分解出石墨， 如图 6（a）所示的石墨化等温 50 min 处理试样组织 中的石墨粒子，该石墨粒子的形态及其结构的场 发射扫描电子显微镜 (FESEM) 图像如图 6（b）所 示，该图更加清晰地显示了石墨粒子的团状形态， 及其片层状的结构特点. 图 6（c）和 6（d）显示的是 利用电子探针 EPMA 测试分析的各元素计数强度 曲线，由该曲线可见，出现 C 峰的位置为石墨，其 附近出现了铁素体微区，其碳含量低于基体其他 位置（如图 6（d）所示）；Fe 元素在石墨粒子位置上 呈现谷值 ，这也反映了石墨位置的主要成分是 C 元素. 随着石墨化等温处理时间的延长，也即随着 马氏体分解的进行，逐渐呈现出针叶状的 α 相，如 图 7（a）所示的 1.0 h 等温石墨处理试样中的组织. 在石墨化等温处理时间的进一步延长过程中，针 叶状 α 相发生再结晶，铁素体经形核、长大逐步代 替将针叶状 α 相而趋于等轴状，如图 7（b）所示的 3.0 h 等温石墨处理试样中出组织中出现了铁素体 核心，预示着铁素体再结晶在后续的等温过程中 将开始进行. (a) (b) 20 μm 20 μm 图 7    石墨化处理 1 h（a）和 3 h（b）试样的微观组织 Fig.7    Microstructures of the samples graphitized for 1 h (a) and 3 h (b) 180000 0 10000 15 160000 10 8000 20 140000 20 6000 25 120000 30 4000 30 100000 40 2000 35 80000 50 0 60000 60 40000 70 20000 0 Count of element Count of element Distance/μm Distance/μm C Fe C Fe 15 μm 500 nm (a) (b) (c) (d) 图 6    石墨化处理 50 min 时试样的微观组织及其元素分布曲线. （a）金相组织；（b）石墨粒子的形态；（c）C、Fe 元素分布（基体）；（d）C、Fe 元素分布 （铁素体微区） Fig.6     Microstructure  and  element  distribution  curve  of  samples  graphitized  for  50  min:  (a)  metallographic  structure;  (b)  morphology  of  a  graphite particle; (c) distribution of C and Fe in the matrix; (d) distribution of C and Fe in a ferrite region 张永军等： 石墨化钢石墨化过程的金相分析及其动力学方程 · 231 ·