铸铁中开花状石墨的微观结构

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1998.02.035 第20卷第2期 北京科技大学学报 VoL.20 No.2 1998年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1998 铸铁中开花状石墨的微观结构 方克明)白元强2) 1)北京科技大学应用科学学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院 摘要用透射电子显微镜和扫描电镜研究了铸铁中开花状石墨的微观结构，结果表明，开花状石 墨是石墨沿[0001]方向生长速率增大的过程.因而它是1种过球化石墨，而不是铸铁过程中球化不 良造成的 关键词石墨；微观结构；铸铁 分类号N234 随着变质剂含量的不同或熔炼工艺的变化，铸铁中的石墨具有不同的形态这一现象引 起了铸造工作者的浓厚兴趣.几十年来，许多研究工作者为了探讨铸铁中石墨的变态机理做 了大量的工作迄今为止，已有许多观点对铸铁中石墨的变态原因进行解释，但均不完善 为了探索铸铁中石墨的变态机理，首先应该对铸铁中各种形态石墨的微观结构有清楚的 认识透射电子显微镜是研究物质微观结构的重要仪器之一，用透射电镜研究铸铁中石墨的微 观结构，它的困难是必须把又软、又脆的石墨制成电子束可以穿透的薄膜作者已成功地实现 了这一制膜技术，从而用透射电镜对铸铁中球状石墨，蠕虫状石墨的微观结构进行了初步研 究1~本文着重研究了开花状石墨的微观结构，并对开花石墨的变态特征进行分析. 1实验方法 实验用铸铁试样的成分（质量分数）为4.16%C,3.44%Si,0.75%Mn,0.065%P,0.037%S, 0.073%Mg和微量其他元素. 实验方法如下： 1)将试样制成金相样，在光学显微镜下观察开花状石墨的形貌， 2)用电解浸蚀的方法溶去试样中的铁基体，使开花状石墨完全暴露出来，用扫描电镜观 察石墨的立体形貌 3)用非水溶液电解的方法把试样中的开花状石墨无损伤地完全萃取出来，在室温下单 层地镶置在金属中，然后两面磨抛，最后用离子减薄仪进行减薄，得到开花状石墨中心附近的 薄膜，用H-800透射电镜研究石墨的微观结构在透射电镜下，配以能谱仪，检测外来夹杂物 核心的元素组成 2实验结果和讨论 图】为试样的光学显微镜照片，由图可见，在光学显微镜下，石墨为花瓣状.图2为扫描电 1997-12-24收稿 方克明男，57岁、教授 ·国家自然科学基金资助课题

第 2 0卷 19 9 8年 第 2期 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f Sc i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g V 0 1 . 2 0 A P r . N 0 . 2 1 9 9 8 铸铁 中开花状石墨的微观结构 ’ 方 克 明 ` ) 白 元 强 2) )l 北京科技 大学 应用科学学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 北京科技 大学材料科学与 工程 学院 摘要 用 透 射电子显微镜和 扫描 电镜研究 了铸铁 中开花状石墨的微观结构 , 结 果表明 , 开花状石 墨是石墨沿 0[ 0 01 ] 方 向生长速率增大的过程 . 因而它是 1 种过球化石墨 , 而不是铸铁过程 中球化不 良造成的 . 关键词 石墨 ; 微观结构 ; 铸铁 分类号 N 2 34 随着 变 质 剂含 量 的不 同或熔炼工 艺 的变 化 , 铸铁 中的石 墨具 有 不 同的形 态 . 这一 现象 引 起 了铸 造 工作 者 的 浓 厚兴 趣 . 几 十年来 , 许 多研 究 工 作 者 为 了探 讨 铸铁 中石 墨 的变态 机理 做 了大 量 的工作 . 迄今为止 , 已有许 多观 点对铸铁 中石 墨的变 态原 因进行解 释 , 但 均不完 善 . 为 了探索铸铁中石墨 的变态机理 , 首先应 该对铸铁 中各 种形 态石墨 的微观 结构有 清楚 的 认识 . 透射 电子显微镜是 研究物 质微 观结构 的重要 仪器 之一用透 射 电镜研究 铸铁 中石墨 的微 观 结 构 , 它 的 困难是 必 须把 又 软 、 又脆 的石 墨制成 电子 束可 以 穿透 的薄膜 . 作 者 已成 功地 实现 了这 一制 膜技术 , 从而 用 透射 电镜 对铸铁 中球状 石墨 , 蠕 虫状石 墨的 微观 结构 进行 了初 步研 究 l[ 一 4] . 本文着 重研究 了开花 状石 墨的微观 结 构 , 并 对开花 石墨 的变态 特征 进行分 析 . 1 实验方法 实 验 用 铸铁 试 样 的成 分 (质 量 分 数 ) 为 4 . 16 o,O C , 3 . 4 4 0, 5 1 , o . 7 5 o,O M n , o . o 6 5o,o P , 0 . 0 3 7 0, 5 , .0 07 3% M g 和微量其他元 素 . 实验 方法 如下 : l) 将 试样 制成金 相样 , 在光 学显微 镜下观 察 开花状 石墨 的形貌 . 2) 用 电解 浸蚀 的方 法溶 去试样 中 的铁基体 , 使开花状 石墨完全暴露 出来 , 用 扫描 电镜观 察石 墨 的立体形 貌 . 3) 用 非水 溶 液 电解 的方法 把 试样 中 的开花 状石 墨无 损 伤地 完全 萃取 出来 , 在 室温 下单 层地镶 置 在金 属 中 , 然后 两面磨 抛 , 最 后 用离子减 薄 仪进行 减薄 , 得到 开花状 石墨 中心 附近 的 薄膜 , 用 -H 80 O透 射 电镜 研 究石 墨 的微 观 结构 . 在透 射 电镜 下 , 配 以 能 谱 仪 , 检 测外 来 夹杂 物 核心 的元 素组成 . 2 实验 结果 和讨论 图 1 为试样 的光 学显 微镜照片 . 由图可见 , 在光 学显微 镜下 , 石 墨为花瓣状 . 图 2 为扫描 电 19 9 7 一 12 一 2 4 收稿 方克明 男 , 57 岁 , 教授 * 国家 自然科学基金 资助 课题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 02. 035

小。小 4 菌汽熟冒翁：罪氧紫香

第2 0 卷 1 9 9 8 年 第2 期 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f Sc i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g V 0 1 . 2 0 A P r . N 0 . 2 19 9 8 铸铁 中开花状石墨的微观结构 ’ 方 克 明 `) 白 元 强 2) l) 北京科技 大学 应用科学学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 北京科技 大学材料科学与 工程 学院 摘要 用 透 射电子显微镜和 扫描 电镜研究 了铸铁 中开花状石墨的微观结构 , 结 果表明 , 开花状石 墨是石墨沿 0[ 0 01 ] 方 向生长速率增大的过程 . 因而它是 1 种过球化石墨 , 而不是铸铁过程 中球化不 良造成的 . 关键词 石墨 ; 微观结构 ; 铸铁 分类号 N 2 34 随着 变 质 剂含 量 的不 同或熔炼工 艺 的变 化 , 铸铁 中的石 墨具 有 不 同的形 态 . 这一 现象 引 起 了铸 造 工作 者 的 浓 厚兴 趣 . 几 十年来 , 许 多研 究 工 作 者 为 了探 讨 铸铁 中石 墨 的变态 机理 做 了大 量 的工作 . 迄今为止 , 已有许 多观 点对铸铁 中石 墨的变 态原 因进行解 释 , 但 均不完 善 . 为 了探索铸铁中石墨 的变态机理 , 首先应 该对铸铁 中各 种形 态石墨 的微观 结构有 清楚 的 认识 . 透射 电子显微镜是 研究物 质微 观结构 的重要 仪器 之一用透 射 电镜研究 铸铁 中石墨 的微 观 结 构 , 它 的 困难是 必 须把 又 软 、 又脆 的石 墨制成 电子 束可 以 穿透 的薄膜 . 作 者 已成 功地 实现 了这 一制 膜技术 , 从而 用 透射 电镜 对铸铁 中球状 石墨 , 蠕 虫状石 墨的 微观 结构 进行 了初 步研 究 l[ 一 4] . 本文着 重研究 了开花 状石 墨的微观 结 构 , 并 对开花 石墨 的变态 特征 进行分 析 . 1 实验方法 实 验 用 铸铁 试 样 的成 分 (质 量 分 数 ) 为 4 . 16 o,O C , 3 . 4 4 0, 5 1 , o . 7 5 o,O M n , o . o 6 5o,o P , 0 . 0 3 7 0, 5 , .0 07 3% M g 和微量其他元 素 . 实验 方法 如下 : l) 将 试样 制成金 相样 , 在光 学显微 镜下观 察 开花状 石墨 的形貌 . 2) 用 电解 浸蚀 的方 法溶 去试样 中 的铁基体 , 使开花状 石墨完全暴露 出来 , 用 扫描 电镜观 察石 墨 的立体形 貌 . 3) 用 非水 溶 液 电解 的方法 把 试样 中 的开花 状石 墨无 损 伤地 完全 萃取 出来 , 在 室温 下单 层地镶 置 在金 属 中 , 然后 两面磨 抛 , 最 后 用离子减 薄 仪进行 减薄 , 得到 开花状 石墨 中心 附近 的 薄膜 , 用 -H 80 O透 射 电镜 研 究石 墨 的微 观 结构 . 在透 射 电镜 下 , 配 以 能 谱 仪 , 检 测外 来 夹杂 物 核心 的元 素组成 . 2 实验 结果 和讨论 图 1 为试样 的光 学显 微镜照片 . 由图可见 , 在光 学显微 镜下 , 石 墨为花瓣状 . 图 2 为扫描 电 19 9 7 一 12 一 2 4 收稿 方克明 男 , 57 岁 , 教授 * 国家 自然科学基金 资助 课题

·154· 北京科技大学学报 1998年第2期 石墨晶体的[0001]方向为球的径向，圆周方向为[1010]方向.开花状石墨的石墨锥体沿 [0001]方向生长的速度与沿[1010]方向生长的速度的比值比球状石墨大，球状石墨的角锥体 之间紧密接合，组成一个致密球体，而开花状石墨的角锥体之间沿径向距离越来越大 铸铁中石墨的球化过程单从晶体生长速率分析，它是右墨沿[0001]方向生长速率增大的 过程因此，开花状石墨是】种过球化石墨，而不是铸铁熔炼过程中球化不良造成的 参考文献 1 Fang Keming,Shen Anxin,Yuan Guilian.Observation of Spheroidal Graphite Nuclei in Cast Iron under the Transmission Electron Microscope.Giesserei Forschung,1986,2:55 2 Fang Keming,Wang Min,Yu Zongsen.Beitrag aur Graphitausbildung im Kem von Dickndigen GuBteilen aus GuBeisen mit Kugelgraphit.Giesserei,1995,17:597 3 Fang Keming,Wang Min,Yu Zongsen.Seltenerdmetalle in GuBeisen mit Kugelgraphit.Giesserei, 1996,13:21 4方克明，袁逸，余宗森蠕墨铸铁中石题微观结构的研究.铸工，1992，I:74 Microstructure of the Exploded Graphites in Cast Iron Fang Keming Bai Yuangiang? 1)Applied Science School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Material Science and Engineering School,UST Beijing ABSTRACT The microstructure of the exploded graphites in cast iron were investigated by using Transmission Electron Microscope and Scanning Electron Microscope.Experimen- tal results show that the exploded graphite is the process in which the growth of the graphite increased.So it does not result from poor nodulizing during the melting of cast iron,but is a kind of graphite with excess nodulizing. KEY WORDS graphite;microstructure;cast iron

· 15 4 · 北 京 科 技 大 学 学 报 19 98 年 第2期 石 墨 晶体 的 [ 0 0 10 ]方 向 为 球 的 径 向 , 圆 周 方 向 为 【10 1 0] 方 向 . 开 花状 石 墨 的石 墨 锥体沿 0[ 0 01 ]方 向生长 的速 度 与沿 【10 10] 方 向生 长 的速度 的 比 值 比 球状 石 墨大 , 球状 石墨 的角锥体 之间 紧密接 合 , 组成 一个致 密球体 , 而 开花状 石墨 的角锥 体之 间沿 径 向距 离越 来越大 . 铸铁 中石 墨 的球 化过 程单从晶体生 长速率分 析 , 它是石 墨沿 [0 0 1] 方 向生 长速率 增大的 过程 . 因此 , 开花状石 墨是 1 种 过球 化石墨 , 而不 是铸铁 熔炼 过程 中球化 不 良造成 的 . 参 考 文 献 1 Fh ll g 众m ign , S h e n A nx i n , Y uan G u i 】i an . 0 bs e vr a it o n o f S Ph e or idal G ar Phi et N u c l e i i n G 巧 t lor n un d e r ht e T . nL s而s s i o n E l e e otr n iM e or s c o pe . G e s s e er i oF sr e h un g , 19 86 , 2 : 5 5 2 Fb l l g eK 而n g , W an g 诵 n , Y u oZ n g s e n . B e i lat g a ur G 厂 I hiP at us ib ld un g im eK m v o n 以e kn di g e n C 明et i l e n aus G z岭e i s e n m i t uK g e ig即hi L O e s s e er i , 19 9 5 , 1 7 : 5 97 3 aF ll g eK 而gn , W a n g 珑 n , Y u oZ ng s e n . S e let n e记m e alt l e i n G 叻e i s e n m i t K u g e ig arP 瓦L G e s s e er i , 19 9 6 , 1 3 : 2 1 4 方克 明 , 袁逸 , 余宗森 . 蠕 墨铸铁 中石墨微观结构的研究 . 铸工 , 19 92 , 1 : 74 M i e r o s恤 e ut r e o f ht e E x P l o d e d G r ap h it e s i n C a s t I r o n aF n g eK m in g l ) A P P li e d S c i e nc e S e ho l l ) 枷i 玩a n 叮ia n g Z ) U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 00 8 3 C ih an 2) M a te ir al S e i e cn e an d nE g i n e e ir gn S e h o l , U S T B e ij i飞 A B S r R A C T T b e 而 e or s tr u c ut er o f ht e e x P lod e d g ar Phi et s i n e as t i or n w e er i n v e s it g aet d Us l fl g 比 Sl lst T ar n s而 s s i o n E l e e otr n 肠 e or s e o pe an d S e an in n g lE e e tr ’o n 珑 e or s e o pe . xE pe ir m e n - S h o w g ar Phi et bo t i n C er as e .d ht a t het e x lP od e d 5 0 it d oe s n o t g . LP hi et 1 5 ht e p ocr e s s i n er s ul t for m 户〕o r n od ul i z i n g w hi e h het g r o w ht o f ht e d iur n g het me lit n g o f e as t byalt l or n , K E Y 1 5 a ik n d o f g ar Pih et w iht e x e e s s n do u li z i n g . W O R D S g ar Ph i et : 而e or s仃” c ot er : c as t i or n