2.5　凝固過程中的元素偏析

球墨鑄鐵凝固過程中，各元素在固相和液相中的分布并不是均勻的。通常大多數石墨化元素（硅、鎳、銅等）偏聚于固相，促進碳化物形成元素（錳、鉻、釩等）大多數偏聚于液相。常以分配系數（k）表示元素的這種不均勻分布狀況。分配系數是元素在奧氏體中的平均質量分數與該元素在整個合金中平均質量分數的比值。例如硅的分配系數大于1，表明硅在奧氏體中的質量分數高于球墨鑄鐵中硅的平均質量分數。碳化物形成元素錳與此相反，錳在凝固過程中大部分進入液相，殘余液相中錳的質量分數高于整個鑄鐵中錳的平均質量分數。因此錳的分配系數小于1。磷更顯著地偏析于液相，存留于奧氏體枝晶間的液相中，在球墨鑄鐵凝固的最后階段，殘余熔液中磷的質量分數成百倍增加。

元素偏析也發生在奧氏體枝晶內部，說明奧氏體枝晶內化學成分也不是完全均勻的。這是因為奧氏體枝晶是在一個溫度范圍內逐漸成長。在不同的溫度下，各種元素都有與溫度相對應的固溶度。因此，奧氏體枝晶心部元素濃度和存在于邊緣的元素濃度通常都會出現差別（晶內偏析）。通常以枝晶內偏析系數ki表示枝晶內元素偏析程度。

ki表示奧氏體枝晶心部某元素質量分數與奧氏體枝晶邊緣該元素質量分數的比值。鑄鐵類合金凝固過程中，碳在奧氏體中的溶解度將隨溫度下降而加大。因此，就單個奧氏體枝晶而言，晶體心部含碳量最低，由內向外，含碳量逐漸增加。

硅及一些石墨化元素，如鎳、銅、鋁、富集于枝晶心部，ki>1。促進碳化物形成元素，如錳、鉬、鉻、釩、鎢則在枝晶表層含量高于心部，ki<1。

奧氏體枝晶內部的元素偏析可以用于使鑄鐵產生特定的金相組織。例如，利用碳、硅、錳在晶內分布的不均勻性，可以通過熱處理產生破碎鐵素體基體。

一些合金元素在鑄鐵中的分配系數和偏析系數列于表2-9。

表2-9　一些合金元素在鑄鐵中的分配系數和偏析系數