1、形成晕圈的热力学与动力学条件

石墨球生长到一定尺寸后，球墨外围常包着一定厚度的奥氏体层，见图1。石墨球外围容易形成晕圈的原因，一方面与碳的浓度有关，另方面受两相生长速度差异的影响。在石墨长大过程中，熔液中碳的分布发生变化，石墨周围熔液的碳向石墨方向迁移以维持石墨生长，于是石墨四周的熔液成为贫碳区。在贫碳区内碳的分布是不均匀的，靠近石墨处浓度最低，远离石墨的熔液含碳接近平均值（见图2）。石墨球周围的贫碳区为奥氏体的形核提供了浓度条件，熔液在过冷或异质核心的诱导下，容易在石墨球四周激发奥氏体形成。形核的机率与碳的逸减量（指碳在固#液界面上的浓度差）有关，而碳的逸减主要取决于过冷度。冷却速度快的铸件，过冷度大，碳逸减量也大，易促使奥氏体形核，加速晕圈形成。大断面球墨铸铁，过冷度不超过几度，石墨球周围碳的逸减量小，晕圈难以生成。

除浓度因素外，影响晕圈产生的另一重要条件是奥氏体与石墨的生长速度差。只有当奥氏体的生长速度大于石墨的生长速度，才可能包住石墨，围成晕圈。普通灰铸铁中片状石墨的尖端，在棱面[1010]方向上的生长速度大于奥氏体的生长速度，所以，奥氏体形不成封闭晕圈。加Mg、Ce处理后的球墨铸铁铁液，由于过冷度增大使奥氏体的生长速度比石墨[0001]生长快，为晕圈形成提供了动力学条件。

图1  球墨外围奥氏体晕圈形成时的液淬组织

（奥氏体变成马氏体，熔液变成莱氏体）

图2  球墨周围熔液中碳的逸减

2、晕圈形成过程

由于石墨球的表面(0001)与奥氏体(111)面存在良好的位相关系以及界面处有最大的碳逸减量，奥氏体容易紧贴球墨表面以石墨为基底形核。之后，奥氏体在碳的逸减区快速生长，形成一定厚度的奥氏体晕圈，即奥氏体壳。但是，奥氏体晕圈的形成机制、奥氏体在贫碳区的形核与生长方式未见文献讨论，本书作者借助多种实验方法，在大量金相观察的基础上，对晕圈的形成过程提出如图3所示的描述：

图3  石墨外围奥氏体晕圈形成过程模型

a)石墨球形成   b)形成贫碳区   c)奥氏体形核

d)按枝状生长、兼并与粗化   e)形成封闭晕圈

1)石墨球在熔液中形成并生长到一定尺寸。

2)四周形成贫碳区(该区同时富硅)。

3)奥氏体以石墨球的(0001)面为基底优先形核(见图4)。假如在石墨球界面外存在奥氏体异质核心，奥氏体也可能在界面外形核(见图5)。

a

b

c

图4  奥氏体在石墨界面形核

a) Ni-P 定迹法   b) 热碱液蚀显   c) 热碱液蚀显

(Ni-P 定迹法实验技术见文献[87] )

a

b

c

图5  奥氏体在石墨界面外形核

a) 定迹法   b) 热碱液蚀显   c) 热碱液蚀显

4) 奥氏体按非平面晶模式生长，本应按树枝晶方式发展，但因球墨附近熔液含Si高，使奥氏体界面前的过冷区较窄，奥氏体没有条件侧向分枝形成典型的树枝状，而是以条状(甚至包块状)向熔液方向生长，如图6所示。释放的结晶潜热及所处的高温环境使条状晶融合、兼并、粗化，圆整成奥氏体晶粒。

a

b

c

图6  奥氏体（蓝色）在晕圈内以条状或块状生长

a) 条状   b) 块状   c) 枝条状

5) 若干个奥氏体晶粒将石墨球包覆，然后扩散匀化，形成年轮状等成分晕圈。

石墨球外围奥氏体晕圈的形成过程各阶段的组织如图7所示。

a                                                                               b

c                                                                               d

图7  石墨球外围奥氏体晕圈的形成过程的组织显示

a) 奥氏体形核   b) 晕圈枝晶生长   c) 枝晶圆整化   d) 晕圈形成