石墨形态

共晶石墨(A、D、E、B型及珊瑚状石墨)的形成

在共晶结晶阶段生长的片状石墨依分布及形态特点可分成A、D、E、B型石墨，它们分别在不同化学成分及过冷条件下形成。

A型石墨是生长于早期形成的共晶晶粒内的片状石墨。在过冷度不大、成核能力较强的熔液中生成。由于分枝不很发达，故石墨分布较为均匀。A型片状石墨是非正常共晶反应条件下形成的，石墨片超前生长几乎像初生相。

D型石墨又称过冷石墨，大的过冷造成强烈的石墨分枝是生成这种石墨的主要原因。石墨分散度大，比A型石墨更细更短。尺寸在20%26mu;ml以下，大部分在2～%26mu;gm范围内。在奥氏体枝晶问呈无方向性分布。石墨端部曲率半径小，近似尖形。根据共晶系的分类，D型过冷石墨是在石墨与奥氏体高度共生的正常共晶条件下形成的。石墨与奥氏体以相同的生长速度同时伸入液体，从而限制了它的长大。石墨呈极度弯曲的短片，低倍率下观察几乎是小点状。

根据D型石墨的生长机制，凡是增加过冷度使石墨加剧分枝的因素均有利于A 型石墨向D型石墨的转变。例如：激冷铸型灰铸铁、连铸制品、低硫

(w(S)%26lt;0.01％)铸铁件、真空熔炼、高温过热都容易生成D型石墨。

生产上制取D型石墨常用的方法是向高碳当量的铁液中加Ti。铸铁的钛含量依碳当量变化而变化，碳当量偏低时，Ti量可少，碳当量增高时Ti量随之增高。例如：CE=4.0％时，对应加入w(Ti)=0.10％～0.15％；CE=4.3％时，

w(Ti)=0.15％～0.20％；当CE=4.7％时，w(Ti)=0.20％～0.25％。文献[54]指出，为使过共晶铸铁用金属型铸造得到D型石墨，铸铁的含Ti量是重要条件。在CE=4.5％时w(Ti)=0.085％；CE=4．44％时，w(Ti)=0.075％则可得到最优的强度。为获得所需的显微组织，以及抗拉强度与良好的切削性能的最佳结合，钛的质量分数不宜超过0.1％。

钛降低铁液的共晶温度，提高自身的过冷倾向，促使石墨大量分枝。众多的短小、弯曲D型石墨缩短了碳的扩散距离，使石墨附近的奥氏体在铸件冷却过程转化成铁素体(见图1)，导致力学性能降低。但是由于：①奥氏体枝晶多。②D型石墨短小，对基体的割裂作用小。③D型石墨共晶团有良好的团球状外形(见图2)等原因，与相同基体的铸铁相比，D型石墨铸铁往往具有较高的强度。

图1

图2 型石墨的共晶团

E型石墨是一种比A型石墨短小的片状石墨。与D型石墨一样均位于枝晶问，统称为枝晶石墨。容易在碳当量较低(亚共晶程度大)、奥氏体枝晶多而发达的铸铁中产生。此时，共晶团与枝晶交叉生长(见图3)，由于枝晶问的共晶液数量较少，析出的共晶石墨只好沿枝晶方向分布，故有明显的方向性(见图4)。形成E 型石墨的过冷度比A型石墨大，但小于D型石墨，它的粗细、长短皆处于A、D 型石墨之间。尽管E型石墨不属于过冷石墨，但经常与D型石墨伴生，如图5所示。

图3 共晶团与枝晶交叉生长

B型石墨形状似菊花又称菊花状(或蔷薇状)石墨。菊花心部是点状(或短片状)石墨，外部由卷曲的片状石墨包围。这类石墨常在碳、硅含量较高，冷却速度较大的近共晶或共晶灰铸铁(如活塞环、离心铸造气缸套)铸件中形成。由于过冷度大，石墨在心部的大量分枝，引起B型石墨心部呈过冷点状。释放出的结晶潜热减慢了过冷石墨向外生长的分枝倾向，使石墨由D型过渡到A型。

珊瑚状石墨是由许多纤维状石墨组成的丛生体，酷似海中的珊瑚。显微镜观察时二维形态呈点状，并带有少许短柱，彼此不太连接，端头多呈圆形。具有这种石墨的铸铁，在我国称之为点状石墨铸铁。扫描电镜观察，珊瑚状石墨的三维结构是高度分枝的细小纤维形态，

图4 E型石墨的方向性生长

图5 E、D型石墨伴生

纤维的横截面多为圆形，直径小于1%26mu;m。纤维状石墨由石墨的基面层片自身绕成的圆锥螺旋体所构成(见图6)。常常盘绕纤维轴旋转以不稳定生长方式形成不规则的扇形旋涡体，盘旋频繁而又相互连接。

图6

Minkoff根据它的生长机制将其连同蠕虫状石墨一道划入片状和球状之间的一种中间石墨。

形成珊瑚状石墨的条件，要求过冷度大或极低的含S量，例如州(S)%26le;0.001的纯Fe-C-Si系中可形成这种石墨。当硫的质量分数提高到0.002％时，需要增加冷却速度(石墨型浇注)或在成分中加w(Zr)=0.5％，此时也可在%26Phi;25mm 的砂型铸铁试样上获得100％珊瑚状石墨。在真空条件(0.133Pa)下熔炼，只要

)=0.015％～冷却速度达0.9℃/s，硫的质量分数可放宽到0.01％。对含w(M g

残

0.030％的铁液用含硫变质剂处理，或对w(M g残)=0.005％～0.010％的铁液用铁屑(已含有均匀的石墨粒子)进行遗传处理均可生产珊瑚状石墨。

作者发现，在厚壁蠕墨铸铁的不均匀组织中也可存在这种石墨。

珊瑚状石墨铸铁由于石墨十分细小，尽管基体组织多为铁素体，仍具有极好的力学性能，抗拉强度可达到(%26sigma;b=400MPa，断后伸长率%26delta;=2％的水平。