影响球墨铸铁偏析的因素

1、溶质元素的种类与浓度各种元素在球墨铸铁中的偏析倾向是不同的。形成碳化物强烈的元素，正偏析倾向大，V>Cr>Mn。石墨化元素在球墨铸铁中依然呈现出反偏析属性，可Ks并非按石墨化能力的排序（Si>Ni>Cu）变化。而是Cu、Ni的ks值比Si大，在奥氏体中的相对含量比Si高。这也许与原子半径大小有关，Si为0.134nm，Cu为0.128nm，而Ni是0.124nm。从众多的测试数据看出，正偏析元素Mo、Cr、Mn的偏析程度比反偏析元素Cu、Ni、、Si更为强烈。含量对偏析的影响显示：随质量分数增加，偏析加重。例如67的质量分数由1.5%增到2.0%时，晶界处Mn的质量分数由3.2%升高到4.5%。当铸件壁厚加大，浓度的影响变得更为强烈。

2、冷却速度提高冷却速度可明显增多石墨球数，缩短石墨球间的距离，使最后凝固区变小。于是，被排斥至最后凝固区的碳与其他正偏析元素也相应减少。另外，球数多使奥氏体壳接触界面增多，从而稀释分布到界面上的正偏析元素浓度。所以，石墨球多时微观偏析明显减弱。相同成分但不同球数的两个试样，晶界宽度及Ni、Si、Mo、C在晶界区的浓度不同。球数少的试样，晶界区宽，其中含Mo量明显高；同时，晶界区的Ni、Si量却偏低。

薄壁铸件或用激冷铸型浇注的铸件，球数明显提高，偏析程度大为改善。含-1高的球墨铸铁，Mn的晶间偏析会显著降低力学性能，剧烈削弱韧性。但是，采用金属型将使球数从200/mm²提高到1100/mm²后，克服了高Mn(w=1.5%)球墨铸铁中偏析对性能的不利影响。

3、热处理热处理可以减轻偏析，但短时间加热保温不会对元素的分布状况有明显改变。因为Si、Ni、Cu、Mo、Cr、Mn等元素的原子半径都较大，在奥氏体中的扩散迁移困难。当形成碳化物时即使980℃匀化10h，形成的碳化物也难完全消除。

4、其他因素加强孕育、提高碳当量、添加微量Bi、Sb均可增加石墨球数，从而减小偏析。为提高铸态球墨铸铁的强度及伸长率可使用含Bi的复合孕育剂在型内孕育，对25mm厚的试块，石墨球数可超过300/mm²，直径小至20um，大大减轻Mn在共晶团周界处的偏析，即许锰量高达w(Mn)=1.16%，铸态下仍可形成45%-70%铁素体，伸长率δ>10%。另外，文献［140］提出：壁厚为50mm的铸件球数必须大于125-150/mm²，球径必须小于40um，以便最大程度地减少偏析对塑性与韧性的负面影响。

图1    石墨球数与Si、Mn、Ni、C偏析程度的关系