灰铸铁初生奥氏体的形核

初生奥氏体的核心，首先在型壁处开始形成，因为型壁的快速传热可使铁液造成最大的过冷条件。当过冷度大于奥氏体生核所需的过冷度时，开始形核。固液界面前沿C、Mn、S、P元素富集引起的成分过冷进一步促进形核过程。温度波动及液体流动使部分枝晶自型壁脱落飘移至内部产生“晶体增殖”，成为新的奥氏体晶核。此外，添加形核物质也是诱发奥氏体形核的有效措施。

影响初生奥氏体形核的因素有：

1．过冷条件实验证明，当铸铁的化学成分一定时，快的冷却速度、高的过热温度以及长的保温时间均使初生奥氏体形核困难。因为随冷却速度增大，初生奥氏体的形核温度下降(即过冷度变大)，导致核心数减少。另一方面，加大过热或延长保温时间，能使熔液内已有的异质核心消失或功效下降，使奥氏体晶粒数目变少。

但是，Stefanescu得出相反的关系：

N=2.45△T^0.93

式中N——奥氏体晶粒数(个/mm²)；

△T——过冷度(K)。

即随过冷度增大，奥氏体晶粒数增多。

2．添加异质晶核能成为奥氏体异质晶核的物质不仅要满足相互问结晶的相容性(即晶格失配度)，还需满足二者之间的界面能关系。经计算，石墨可作为奥氏体形核的有效基底；钛对灰铸铁有细化初生奥氏体的作用，因为Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物可作为奥氏体形核的基础。图1示出奥氏体枝晶中所存在的TiC核心，因为在(001)_TiC//(110)_奥氏体晶面以及<110>_TiC//<111>_奥氏体晶向上，原子问的距离只相差1.5％，有很好的共轭对应关系(见图2)，所以，Ti可增加奥氏体的核心，细化奥氏体晶粒。另方面，当铁液中存在多余的Ti时，铁中的S会和Ti而不是和Mn反应，生成TiS颗粒。TiS的石墨核心作用比不上MnS有效，因此，延缓了共晶石墨核心的形成，从而增加了初生奥氏体的析出时间。钒、铬、铝、锆与钛相似易形成碳化物、氮化物和碳氮化物，可成为奥氏体核心。

图1  奥氏体枝晶中的TiC核心(紫红色)

图2  TiC-奥氏体的共扼对应关系