稀土铸铁中蠕虫状石墨空间组织的基本形态

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1986.02.003 北京钢铁学院学报 1986年6月 Journal of Beijing University No.2 第2期 of Iron and Steel Technology June 1986 稀土铸铁中蠕虫状石墨空间 组织的基本形态 杨文英 宋维锡于丹 郑国昱 (金相教研室) 捕 要 采用定向凝固方法研究了蠕虫状石墨空间组织的基本形态。结果表明，蠕是的主 杆部分是一个以棱柱为基础且在其四周有花瓣形或星影分叉的复合柱体，由偏光金 相显微镜对蠕是主杆横藏面的分析并结合透射电策的分析结果，对蠕透在偏振光下 不时出现的“中脊线”现象作出了初步的解释。 关键词：石感铸铁。稀土、空间结构。 Elementary Special Structure of CV Graphite in RE-Treated Cast Iron Yang Wenying,Song Weixi,Yu Dan;ZhengGuoyu Abstract The elementary morphology of c/v graphite has been studied with unidirectional solidification specimens.The results indicate that the basic part of the branches of c/v graphite is essentialy a compound prism.The "spine line"often revealed under polarized light as the microstructure of the c/v graphite could be explained through our analysis of the structure 1985-07-10收到 31

声沪 年 月 第 期 北 京 钢 铁 学 院 一 学 报 诚 。 自侧攀护翻欲 稀土铸铁 一 中蠕虫状石墨空间 一 组织的基本形态 一 ， 一卢 杨文英 宋维锡 于 丹 郑 国星 ‘金相教研室 卜立舞 摘 要 采用定向凝固方法研究了蠕虫状石墨空间组织 的基本形态 结果表明 ，蠕墨的主 一 杆部分是 个以棱柱为基础且在其四 周有花瓣形或星影分叉的复合柱体 · 由偏光金 相显微镜对蠕墨主杆横截面的分析并结合透射电镜的分析结果 ，对蠕墨在偏振光 卞 不时出现的 ‘ 中脊线 · 现象作出了初步的解释 关镇词 石墨铸铁 、 稀土 空 间结构 憋傀票拿 户七 滋 妞 即 一 ， 肚 。 。 盯 ， 二 即 脚 知威熟 五 ‘ ， ” ’ ” “ ， “ ‘ 。 ， 一 心 一 收至 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．02．003

on the transverse section of the c/v graphite branches by means of pola- rized light microscopy and TEM, Key words:graphite cast iron;BE;spacial structurc 引 言 随着蠕墨铸铁生产和应用范围的扩大，人们对蠕虫状石晏的理论研究也在不断地扩 展和深化，特别是在石墨的形态、结构和生长模式等领域的研究更受到重视，并已取得 了一定的进展14)。例如蠕墨是共晶转变的产物：在一个共晶团蠕墨互相连接在一 起1-3)，蠕虫状石墨的端部具有螺旋形台阶的痕迹3,8)，经热氧腐蚀或离子轰击后在蠕 墨端部具有和球墨相似的年轮状纹理(5)。这些研究结果对于揭示蠕墨形成机理都是十分 有益的。但是，目前对蠕墨真实的空间组织形状以及蠕墨的生长方式等方面可说仍不十 分清楚，有的还存在着较大的争议。例如，有些研究者认为蠕是空间形态接近于圆柱 形(6)，另一种观点则认为蠕墨的主体应更接近于片形)，而文献〔8〕又把蠕墨分成三 种类型：螺旋形、层迭形和卷筒形。产生这些分歧的原因主要是由于用一般金相法观察 蠕最形貌的局限性，有的只是一些推测，尚缺少可靠的实验来证实。 鉴于上述原因，为了比较真实地揭示蠕墨的空间形态，本试验采用定向凝固的方 法，用以控制蠕墨的生长方向，以便于对蠕墨空间形态的观察和对其他一些与石墨生长 方向密切相关的问题的分析，有助于进一步揭示蠕虫状石墨的形成机理。 1实验方法 定向凝固试验装置及控制系统如图1所示，直流电机通过减速箱带动机械传动机 Crucible Thermocouple Furnace body Apparatus of Moving controlling D.C.motor 6yste的 temperature Support of crucible Reduction D.C.mains 昌 g gear 图1定问凝固试验装置及控制示意图 Fig.1 Schematic illustratioa of unidireetional solidification spparatus and its contrn! 32

” 。 讨 让 引 言 随着蠕墨铸铁生 产和应用 范 围的扩大 ， 人们对蠕 虫状石墨的 理论研究也在不 断地扩 展 和深化 ， 特别 是在石墨的形态 结构和生长模式等领域的研究更受到重视 ， 并已取得 了一定的进展〔卜 ’ 。 例如蠕墨是 共晶转变的产物 ， 在一个 共晶团蠕 墨 互 相 连 接 在 一 起 一 ” ，， 蠕虫状石墨的端部具有螺旋形 台阶的痕迹〔 叭 经热氧腐蚀 或离子轰击后在蠕 墨端部具有和球墨相似的年轮状纹理旧 。 这些研究结果对于揭示蠕墨形成机理都是 十分 有益的 。 但是 ， 目前对蠕墨真实的空 间组织 形状以及蠕 墨的生长方式等 方面可说仍不十 分清楚 ， 有 的还存在着较大的 争议 。 例如 ， 有些研究者认为蠕墨空间形态接近 于 圆 往 形 ’ ， 另一种观 点则 认为蠕墨的主体应更接近 于片形 巾， 而文献 〕 又把蠕墨分成三 种类型 螺旋 形 、 层迭 形和卷筒形 。 产生这些分歧的原 因主要 是由于用 一般金相法观察 蠕墨形貌的局 限性， 有 的 只是 一些推测 ， 尚缺少可靠的实验来证实 。 鉴于上述原 因 ， 为 了比较真实地揭示 蠕 墨的空 间形态 ， 本试验采用 定向凝 固 的 方 法 ， 用 以控制蠕墨的生长方向 ， 以便于对蠕墨空间形态的 观察和对其他一些与石墨生长 方 向密切相关 的 问题的分析 ， 有助 于进一步揭示蠕虫状石墨的形 成机理 。 实 验 方 法 定向凝 固试验装置及控制系统 如 图 所示 ， 直流电机通 过减速 箱带动机 械 传 动 抓 几 矛 刀 ‘ 材 。 。 己 仑甲 该” 份 汉 乞 奋 良 及 。 。 恤 二几二了二 召 图 定同凝固试验 装置及控制示意 图 住 吕 ， 。 丘 份

构，使炉体能相对于试样平稳匀速上升，以达到熔体定向凝固的效果。炉温由TDK-702 精密控温柜控制在1450±1℃。在炉料加热熔化及定向凝固期间不断向炉内通入氩气以 减少稀土元素的烧损。 取表1所示成分预制合金碎块约60g,放入预熔坩埚，加热熔化后注入高为150mm,直 径为10mm的定向凝固坩埚，保温约15min后加入0.5g混合稀土，待均匀后起动炉体，开始 表1预制合金的化学成份（wt%) Tabe 1 Chemical composition of pre-prepared alloy (wt) Si Mo s RE 3.95 2,15 0.52 0.007 0.003 0.41 定向凝固。炉体上升速度为0.8μm/s,定向生长时间为90min。 凝固后将试样按图2所示方法截取纵剖面和横截面。再按要求制成各种金相分析试 样，借正、偏光金相显微镜和扫描电镜等手段进行观察分析。 2实验结果与讨论 图8为试样横藏面上一些蠕墨形貌的低倍照片，由于定向生长的缘故，图中的蠕墨 形貌基本上反映了蠕墨枝杆横截面的形貌。 Longitudinal section sec 图2.金相观祭面截取示意图. Fig.2 Schmatie illuatration of taking metallographic specimes. 120 图3，试样横截面上的蠕硒形貌 Fig.3 Morphology of c/v graphite on the transverse seetion (X50 unetched) 33

构 ， 使炉体能相对于试样平稳匀速上升 ， 以达到熔体定 向凝固的效果 。 炉温由 一 精密控温柜 控制在 。 士 ℃ 。 在炉料加热熔化及定向凝 固期 间不 断向炉内通 人氖气以 减少稀土元素的烧损 。 取表 所示成分预 制合金碎块约 ， 放人预熔柑祸 ， 加热熔化后注人高为 。 。 。 ，直 径为 。 的 定 向凝 固柑塌 ， 保温约 加后加入。 混 合稀土 ， 待均匀 后起动 炉体 ，开始 表 预 制合金 的化学 成份 一 上 · · ， 。 。 · ， 习 。 · 。 定 向凝 固 。 炉体上升速度为 邸 ， 定向生 长时 间为 。 凝 固后将试样按图 所示方法截取纵剖面和横截面 。 再按 要求制 成各 种 金相分析试 样 ， 借正 、 偏光金相显微镜和扫描电镜等手段进行观察 分析 。 实验结果 与讨论 图 为试样横裁面上一些蠕墨形貌的低 倍照 片 ， 由于定 向生长的缘故 ， 图 中的蟠蚕 形貌基本上反 映 了蠕 墨枝杆横截面的形貌 。 甘臀 口廿娜卜扣协砂口 图 金相观察面截取示意 图 ‘ 全 ， 山 王 。 玄 图尔 试样横截面上的蠕墨形貌 士 。 ， 卜 。 一 五。 。 。 火 皿

图4a为试样纵截面上定向生长的蠕墨形貌，.图4b为同一合金非定向凝固的另一-个 试样上的蠕墨形貌。比较图3与图4，可以清楚地看到定向凝固试样纵、横截面上蠕墨 的特征以及与普通金相磨面上蠕墨形貌之间的差异。横截面上的蠕墨共长宽比都比较小， 并大多呈絮状或团状，而纵剖面上的蠕墨则较长，其长宽比较大。普通金相截面上的蠕 墨形态刚好处于两者之间，且长短不一（图4b所示），其长宽比的变化范围较大，显然 这是由于金相观察面与各蠕墨枝杆之间的夹角不同所造成的。 a)×50纵捻面 b)X50普通金相敝面 图4，纵栽面和普通金相战面上的墨形貌（未浸蚀） Fig.4 Mpr)hology of e/graphite on general motallographic section and on longitudinal section anidirectional solidificaticn(X50 unetehed) 34

图 为试 样纵截面上定向生 长的 蠕墨形貌 ， 图 为 同一 合金非定 向凝固的另一个 试祥上的蠕 墨 形貌 。 比较 图 容与 图 ， 可 以清楚地看到定向凝 固试样纵 、 横截面上蠕墨 的 特征 以及与普通 金 相磨面 上蠕 墨 形貌 之间的差异 。 横截面 上的蠕墨其长宽比都比较小 ， 并大 多呈絮状或 团状 ， 而纵剖面 上的蠕墨则较长 ， 其长宽比较大 。 普通 金相截面上的蠕 墨形态刚好处于两者之间 ， 且长短不一 图 所示 ， 其长宽 比的 变化范围较大 ， 显然 这是 由于 金 相观察面与 各蠕墨 枝杆 之 间的夹角不 同所造 成的 。 黔物 瞩渺姗 娜鲜 井龙讲犷 豢姗 潇蒙淞 摹经月沦藻禅 纂 卿 娜翼 犯 鑫 篓麦 鬓 耀 寡燕淮 娜 寒熟黑黔 黝 火 巍 纵藏 面 输噢 只 普 通金相 截面 图峨 。 纵截面和普通金相截面上的 蠕墨形 貌 未浸蚀 呱 户 。 吕了 。 艺 。 皿 。 。 改 。 一 。 、 。 。 。 王了 ‘ 。 只 蒙馨寿姗徽娜 舞瀚瑙撰 段璐绍龙娜淞 溯娜

d 图5纵.横面交界处的烯题形貌(X400未浸蚀)a.b:纵藏面，c.d.:横裁面 Fig.5 Morphology of c/v graphite near the boundary of the longitudinal and 'cross seetion.(X400 unetched 图5为纵、横藏面上靠近交界处的一组蠕墨形貌的金相照片。它们更清楚地反映了 蠕墨枝杆纵横截面形貌的差别。把两者结合起来，则就可以对蠕墨的主体形状有一个较 为清晰的认识了。 将试样横截面上的组织进行深腐蚀后，可以更进一步地显露蠕墨枝杆的立体形状（见 图6)。从中可以看到：蠕墨枝杆的横截面沿长度方向变化并不大，因而在一个不太长 的区域内可以把蠕墨枝杆看作一些以试样横截面上蠕墨形貌为底面的复合棱柱体。 通过对试样进行离子轰击后的观察并配合薄膜试样的透射电镜分析，已直接证明了 蠕虫快石墨的主要生长方向确为石墨晶体的〈0001〉方向9)。同时从图6b、d中可以 a)X600 b)X2000a的局部放大 35

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