奥氏体枝晶对球墨铸铁质量影响的研究

1961年I．Karsay首次提出，在厚大断面球墨铸铁中有奥氏体枝晶存在。但是长期以来，对球墨铸铁中奥氏体枝晶的研究远不及对灰铸铁中奥氏体枝晶的研究深入。随着球墨铸铁生产与技术的发展，对奥氏体枝晶的认识不断深化。对球墨铸铁作过长期研究的van deVelde提出，奥氏体枝晶的形态对石墨球的尺寸、存在的位置及其形状具有决定性的影响，这是因为存在于奥氏体枝晶间的铁液将析出石墨球和其他组织。该作者认为，控制奥氏体枝晶的数量与形态是获得高质量球墨铸铁的重要环节。我国学者周继扬教授对奥氏体枝晶作了深入研究。根据冷却速度的不同，可将奥氏体枝晶区分为：薄壁球墨铸铁快速冷却的奥氏体枝晶和厚壁球墨铸铁缓慢冷却的奥氏体枝晶。

（一） 薄壁球墨铸铁的奥氏体枝晶

一般认为，壁厚为3 ～6mm的球墨铸铁件称作薄壁球墨铸铁件。由于铸件壁厚减小，则其凝固过程加速。与壁厚15mm的相比，壁厚为3mm的球墨铸铁件的冷却速度要快10倍。由此导致凝固的特点就是后者具有发达的奥氏体枝晶。此外，在激冷的球墨铸铁件距表面一定深度范围（1～2mm）内，可看到垂直于激冷面的奥氏体枝晶。这种枝晶的一次轴细长，枝晶平直无分叉，枝晶内没有石墨球。

当铸件断面尺寸为3mm时，在凝固组织中除了有初生奥氏体枝晶 （这种奥氏体枝晶在共晶凝固阶段与石墨组成共晶团）外，还要生成不包含有石墨球的过冷奥氏体枝晶。随着铸件断面尺寸的增大，当铸件断面尺寸增大到10mm时，这种过冷奥氏体枝晶数量开始明显减少；当铸件断面尺寸大于10mm时，则独立存在的这种过冷奥氏体枝晶就不复存在。

在奥氏体枝晶与共晶团析出后，在其间的残留铁液在快速的凝固条件下很容易形成碳化物。这种在薄壁球墨铸铁中形成的晶间碳化物多呈长条状、呈一定方向的束状分布。

提高C、Si含量，减少形成碳化物的元素，增加共晶团数量 （加强孕育），减少晶间残留铁液的数量，以及减慢铸型的散热速度等措施，均可减少晶间碳化物的形成。

此外，石墨球数与凝固速度有直接的关系。随着凝固速度的加快，石墨球数也会增多。迄今为此，在快速凝固的条件下（如采用水冷金属型）可得到石墨球数达2000个/mm2或者更多。(www.xing528.com)

（二） 厚壁球墨铸铁的奥氏体枝晶

在壁厚为100mm以上的共晶、过共晶球墨铸铁，抛光蚀显后肉眼可看到图4-8示出的枝晶形貌，由于在缓慢冷却条件下形成，故叫缓冷枝晶，文献中称高温奥氏体枝晶。枝晶主干垂直型壁并随热流方向向上弯曲，最大长度可达70～80mm，二次枝晶臂比激冷枝晶发达，但仍以一次枝晶臂排列为主；断面中心热流方向不明显，呈等轴枝晶无规律分布。本书作者在6320型曲轴冒口中心部位曾发现了长达数厘米的等轴树枝晶体 （见图4-8）。

周继扬教授认为，如果熔液中石墨核心少或奥氏体的形核条件较好，离异的奥氏体便会较早地在高温下率先析出形成缓冷枝晶。厚壁球墨铸铁冷却慢、凝固时间长，球墨核心显著减少，从而增加枝晶析出倾向。C、Si含量高的球墨铸铁，如形成漂浮石墨，即使截面不太厚也可生成明显的奥氏体枝晶，因为析出的初生石墨上浮后，熔液内的含碳量减少，利于奥氏体成核，加速枝晶形成。缓冷枝晶是在共晶凝固早期阶段形成的离异奥氏体，析出时释放的结晶潜热使冷却曲线在1170～1190℃出现一高温平台，然后，进入共晶主反应阶段，形成共晶主平台。

图4-8　在6320型曲轴冒口（断面尺寸Φ350mm）中心部位出现的等轴奥氏体枝晶　2×

所以，在冷却曲线上会出现两个共晶平台，这是生成缓慢冷却的奥氏体枝晶的标志。缓慢冷却的奥氏体枝晶的另一特点是在奥氏体枝晶内有石墨球，石墨球沿奥氏体枝晶排列。这是由于离异奥氏体枝晶旁的铁液发生碳的过饱和，有利于石墨球在奥氏体枝晶附近的形核与长大，继而形成晕圈后，晕圈便与奥氏体枝晶接触并融成一体，使石墨球沿奥氏体枝晶排列。