冷却过程中的共析分解对球墨铸铁组织的影响

球墨铸铁冷却时，奥氏体中的碳将处于过饱和，随着冷却速度的不同，或析出石墨，或析出渗碳体。从热力学分析，在由共晶温度到共析温度的整个温度范围内，碳在奥氏体中的过饱和部分只能以石墨形式析出。此时析出的石墨生长在铸件凝固时已形成的球状石墨上，使石墨球增大，但不改变原有的球状特征。

共析分解是球墨铸铁另一个重要的组织转变，由此决定了球墨铸铁的最终组织。由于化学成分和冷却条件不同，奥氏体按照不同的方式分解：第一种情况是γ→α+G反应，此时形成铁素体基体；第二种情况是γ→α+Fe3C反应，这时形成珠光体基体；第三种情况是，上述两个反应同时进行，此时则形成铁素体—珠光体混合基体。

在共析转变正常进行时，奥氏体不仅与铁素体接触，还与石墨接触，也可能由奥氏体析出石墨。另外，也可通过包围球状石墨的铁素体壳，由奥氏体析出石墨输送给石墨球表面，这是因为碳在铁素体中的扩散速度要比在奥氏体中的扩散速度高出几个数量级。

在同一个铸件内通常是：一些区域在共析转变开始时就没有奥氏体—石墨的直接接触；而在另一些区域，直到共析转变的最后阶段，奥氏体—石墨仍保持接触。在这两种情况下，共析转变均导致了铁素体和石墨的形成。

在稍许加快冷却速度时，奥氏体已经过冷到A温度以下，共析转变奥氏体→铁素体+渗碳体便开始进行，形成了珠光体组织。开始时，在～温度范围内，奥氏体中的大部分是按奥氏体→铁素体+石墨转变进行，只有小部分转变为珠光体。加快冷却速度，会减少奥氏体→铁素体+石墨转变的数量，而转变为珠光体的部分增加，由此形成了铁素体—珠光体混合基体组织。当冷却速度进一步加大，使奥氏体→铁素体+石墨转变完全受到抑制时，则全部奥氏体转变成铁素体+渗碳体。在这种情况下，球墨铸铁的基体组织是珠光体。

除了铁素体基体、铁素体—珠光体混合基体和珠光体基体外，还可能有珠光体—渗碳体的球墨铸铁。此时，在很快的冷却速度情况下，石墨从奥氏体中的析出不仅在共析转变时受阻，而且在共析转变温度以上二次高碳相析出时也受阻。在由共晶温度到共析转变温度进行冷却时，与析出二次石墨的同时，还可能析出二次渗碳体，而后，奥氏体转变成珠光体，其中除石墨外，还有网络状和针片状的共析渗碳体。在球墨铸铁热处理时，如果奥氏体化温度过高和冷却速度过快就会出现这种二次（共析）渗碳体。

奥氏体→铁素体+石墨转变的动力学与球墨铸铁凝固时获得的石墨球数量相关。石墨球数量越多，则这个转变进行得就越完全、越快。因此，熔炼条件、球化与孕育处理等状况对共析转变过程具有重要影响。(www.xing528.com)

球墨铸铁中奥氏体的共析转变是扩散型的相转变。它是通过奥氏体晶格的改组和溶解在奥氏体中的碳在各相间的扩散重新分布形成的。晶格的改组是原子通过扩散在界面进行，这种转变是在温度高于550℃时进行的。

在更低的温度时相转变是滑移机制，此时晶格进行有序的改组即γ→α转变，在这种改组过程中，原子的热运动不起多大作用。此时原子移动的距离比原子间距离还小。这种移动的机制是位错，它与奥氏体共析转变的分解是由于扩散机制是迥然不同的。

当球墨铸铁冷却到200～550℃温度范围时，在奥氏体基体中发生贝氏体转变，铁晶格的滑移改组γ→α与碳的重新分布同时进行。一般是在石墨球附近开始转变，这显然与奥氏体稳定性的降低有关，因为奥氏体在这里贫碳。贝氏体经由针状α相形成的途径生长，包围针状α相的γ固溶体中富碳，因此发生碳化物的析出 （在含硅量大于2．5%时，此过程受到抑制。高碳相将以石墨形式析出，聚集在已有的石墨球上）。当贝氏体转变温度降低时，针状α固溶体中碳的过饱和度增大，致使碳化物质点变得更小，故贝氏体分成高温的上贝氏体和低温下贝氏体。

当过冷到200℃和更低一些时，则进行不带有碳重新分布的γ→α滑移转变，碳化物质点的析出受阻，奥氏体转变为马氏体。无扩散过程的马氏体转变是在一个温度区间进行。因为在凝固后继续冷却的球墨铸铁中，碳在奥氏体中的浓度不小于共析点的浓度，而马氏体转变的终止温度低于室温。所以，冷却到室温，铸件中仍能保留部分奥氏体，从而使马氏体基体中总保留一部分残留奥氏体。

用稳定奥氏体的合金元金（Ni、Mn等）可使球墨铸铁件获得在室温时也稳定的奥氏体基体。在这种情况下，在铸件冷却时不仅共析转变受阻，而且贝氏体转变和马氏体转变也都受阻。