石墨的形態如形狀、尺寸和分布實驗圖像顯微鏡
球墨鑄鐵中的片狀斷裂缺陷
像灰口鑄鐵中氮裂縫一樣，球墨鑄鐵中的片狀斷裂還從來沒有得到滿意地解釋。當
然球墨鑄鐵應該總是出現韌性斷裂，但有時候，鑄件在斷裂過程中表現出很低的斷裂強度
和延伸率，斷裂表面似乎由很多較大的脆性晶粒組成。
石墨的形核與生長
大多數球墨鑄鐵的性能由石墨的形態如形狀、尺寸和分布所決定。對球墨鑄鐵的強
度和韌性有重大影響的原因是石墨本身的強度為零以及石墨與基體的結合強度很弱，因
此石墨就像鑄鐵基體中的裂紋。裂紋的形狀、尺寸和分布決定著球鐵的性能(這就像輕合
金中含有高密度的雙層膜。對于球墨鑄鐵來說，石墨就像被回旋成球狀的雙層膜，而灰口
鑄鐵中的石墨與鋁合金中展開的雙層膜裂紋相類似)。
過去，人們很少去注意鑄鐵的枝晶結構和鑄態基體的晶粒尺寸。盡管這些問題有一
定的科學研究興趣，在這里，研究這些問題的方法總體來說還是比較有效和實用。在這種
情況下，鑄態基體結構不是相對重要的因素，重要的特征是：①決定延伸率和韌性等性能
的高密度缺陷(石墨粒子起裂紋作用)；②決定鑄鐵的強度和硬度的室溫下金屬基體的結
構，不管是鐵素體還是珠光體。
縱觀鑄鐵的大量研究工作和相關著作，似乎沒有必要將此內容再寫進本書。當然，這
里并不打算討論與鑄鐵性能有關的內容。但是，近來的一些思考有助于闡明幾個難以理
解的傳統問題，例如孕育問題。因此有必要總結出一些新的概念。
鑄鐵中有意地添加外來核心，促使石墨形核，叫作孕育。鑄鐵的孕育對于石墨的可再
生性和均勻分布非常有利，這對成功獲得具有可重復性的力學性能和良好的機加工性能
非常重要。
成功的孕育劑有硅鐵(Fe和si的合金，通常含75％si，記作FeSi)、硅酸鈣和石墨。
這些物質作為添加劑在澆注前加入到金屬液即可。有效孕育時間設計為15 20min的
孕育劑，一般為顆粒狀，直徑尺寸在5mm左右，如果添加得很晚(澆注隨流加入)，顆粒直
徑尺寸一般接近lmm。孕育實施得較晚通常是因為孕育效果在隨后會慢慢消失所致，這
個過程叫作衰退。
硅鐵是常用的首選添加劑，被稱為“潔凈的”孕育劑。而硅酸鈣被認為是“臟的”孕育
劑，因為Ca和空氣反應形成固態CaO表面膜(與硅鐵不同，它生成液態硅酸鹽膜)。在設
計良好的澆注系統中(能減少表面湍流)，選用CaSi添加劑更為合適，與球墨鑄鐵中用Mg
作為孕育劑球化一樣。應當清楚地認識到，普通的FeSi孕育劑本身不起形核作用，這是
因為鑄造時鐵水的溫度高于FeSi金屬間化合物的熔點，所以整個FeSi顆粒會熔化。
