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球墨鑄鐵的微觀凝固過程
從20世紀80年代開始,很多學者對球墨鑄鐵的微觀凝固過程提出新的認識,包括:①亞共晶球墨鑄鐵,先析出初生奧氏體。共晶球墨鑄鐵,在非平衡凝固條件下,先析出初生奧氏體。過共晶球墨鑄鐵則先析出初生石墨球。②共晶結晶時,發生離異共晶。共晶奧氏體與石墨球分別獨立形核。③初生枝晶和暈圈枝晶交替生長,促成石墨球周圍奧氏體殼形成。奧氏體以石墨生長面(0001)為襯底形核、生長,在初生石墨球周圍形成環狀封閉奧氏體殼。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔體對流等原因,石墨球與奧氏體發生碰撞,形成共晶晶粒。基于這些新的認識,可以將球墨鑄鐵的微觀凝固過程近似表述為,當溫度下降到液相線溫度以下某一溫度時,亞共晶球墨鑄鐵有初生奧氏體枝晶、共晶和過共晶球墨鑄鐵有初生石墨球在液相中析出。共晶結晶時,共晶奧氏體與石墨球分別獨立形核。
石墨球在液體中自由長大到 尺寸后,在石墨球外圍形成奧氏體暈圈。同時奧氏體按枝晶狀方式生長,并逐漸在枝晶旁析出石墨球。石墨球與奧氏體枝晶的碰撞與接觸形成共晶晶粒,石墨球被奧氏體包圍。碳原子通過奧氏體殼向石墨球擴散,石墨球顯著長大。隨著溫度降低,石墨-奧氏體共晶晶粒不斷長大,游離奧氏體也會自由生長。當所有液相變成固相后,凝固結束。對球墨鑄鐵凝固過程的認識建立在球墨鑄鐵屬于離異共晶以及熔液內存在運動兩個事實的基礎上,強調奧氏體枝晶的單獨存在和它在凝固過程中的作用。采用著色腐蝕技術,金相顯示了球墨鑄鐵縮松區中奧氏體枝晶的組織形貌,分析了球鐵縮松的形成機制。研究表明,奧氏體枝晶對縮松缺陷的類型及形成機制具有顯著影響。可見,縮松形成于上述形成過程的階段,枝晶形成骨架后,凝固較早的區域對熱中心的異地抽吸液體流動是球鐵縮松形成的主要原因。并且,隨冷卻速度增大,枝晶析出量增大,而石墨析出量減小,共晶前期凝固收縮增大,縮松傾向也增大。指出宏觀縮松常常出現在枝晶晶簇間隙,產生于共晶凝固前期樹枝晶骨架形成后,是異地凝固收縮造成對熱節中心(厚壁處)鐵液抽吸流動的結果;微觀縮松是于凝固末期,晶簇間隙中的凝固收縮得不到補償而產生的微小孔洞;枝晶數量增多,形態趨于發達,液態金屬異地抽吸作用增強,易于形成宏觀縮松;反之,枝晶數量減少,形態粗壯,傾向于形成顯微縮松。