1.4　球墨鑄鐵鑄態(tài)組織的形成

球墨鑄鐵經(jīng)過兩個(gè)階段形成鑄態(tài)組織。首先是凝固階段，這個(gè)過程包括：液相中析出球狀石墨、在液相線溫度開始析出初生相（奧氏體或滲碳體）、進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變、晶間碳化物析出，過程結(jié)束后出現(xiàn)凝固組織。第二階段發(fā)生固態(tài)相變，包括先共析相由奧氏體中析出、發(fā)生共析轉(zhuǎn)變等，過程結(jié)束后產(chǎn)生鑄態(tài)組織。固態(tài)相變決定球墨鑄鐵鑄態(tài)組織和鑄件性能。

1.4.1　球狀石墨在鐵水中析出

球狀石墨在兩種情況下形核、生長(zhǎng)。一種情況是在液相線以上的溫度，球狀石墨通過形核、生長(zhǎng)由鐵液中析出。另一種情況是共晶轉(zhuǎn)變時(shí)析出共晶球狀石墨。前一種情況析出的球體較大、數(shù)量較少；后一種情況發(fā)生在液相中已存在初生奧氏體時(shí)，析出的球狀石墨尺寸小而數(shù)量多。因此在球墨鑄鐵金相視場(chǎng)中?？煽吹匠叽缦嗖詈艽蟮膬煞N球體共同存在（圖1-13）。

一般球墨鑄鐵件中，球狀石墨尺寸（直徑）在0.015～0.5mm之間。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9441—2009中把球狀石墨大小分為6級(jí)。各等級(jí)的尺寸范圍見表1-1。通常在光學(xué)顯微鏡下放大100倍觀察石墨球尺寸，但是觀察6～8級(jí)球體時(shí)，因球的尺寸太小，放大倍率可改為200倍或500倍。

穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生大量共晶球狀石墨，其數(shù)量遠(yuǎn)超過初生石墨。球狀石墨的數(shù)量是影響球墨鑄鐵組織、力學(xué)性能、物理性能、工藝性能和使用性能的重要因素。本書以后章節(jié)將陸續(xù)談到這些問題。

通常所說的球狀石墨數(shù)量是指光學(xué)金相磨面上每1mm2內(nèi)所含有的球狀石墨數(shù)。（在100倍視場(chǎng)中的100mm2范圍內(nèi)測(cè)出石墨球數(shù)）。被測(cè)定區(qū)域邊界切割的石墨球，按1/2個(gè)計(jì)數(shù)。尺寸在7μm以下（100倍視場(chǎng)中顯示的尺寸為0.7mm）的顆粒不計(jì)入球數(shù)。因?yàn)檫@種細(xì)小的顆粒大多數(shù)是細(xì)小的夾雜物，或是鑄件冷卻時(shí)產(chǎn)生的二次石墨覆蓋在細(xì)小夾雜物上形成的異質(zhì)物。但是實(shí)際影響球墨鑄鐵各種性能的是單位體積（1mm3）內(nèi)的石墨球數(shù)。我們通常根據(jù)光學(xué)顯微鏡或圖像分析儀掌握的是單位面積上的石墨球數(shù)，可以由下式計(jì)算出單位體積內(nèi)的石墨球數(shù)：

NV=10.6×NA1.35

（1-1）

λA=0.5×NA-1/2

（1-2）

λV=0.71λA

（1-3）

式（1-1）、式（1-2）中NA為平面金相視場(chǎng)中的石墨球數(shù)（個(gè)/mm2）；NV為單位體積內(nèi)的石墨球數(shù)（個(gè)/mm3）；λA為平面金相視場(chǎng)中石墨球平均間距（μm）；λV為單位體積內(nèi)的石墨球平均間距（μm）。

一般球墨鑄鐵件中，球狀石墨的數(shù)量都在20～1200個(gè)/mm2范圍內(nèi)。

1.4.2　初生滲碳體析出

滲碳體是鑄鐵合金組織中的高碳硬質(zhì)相。含碳6.67%，硬度950～1050（HV）。

滲碳體是碳原子和鐵原子構(gòu)成的間隙化合物。在單元晶格中，每個(gè)碳原子被6個(gè)構(gòu)成八面體的鐵原子所包圍，相鄰的6個(gè)八面體共用一個(gè)鐵原子，因此，滲碳體中鐵、碳原子比為3∶1。滲碳體的化學(xué)式為Fe3C。

滲碳體中的鐵原子和碳原子均能被一些尺寸和化學(xué)性質(zhì)相近的原子部分取代，即化合物中可溶入一些合金元素。例如，碳化物形成元素鉻、鉬、釩、錳能溶入化合物。合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定限度后，化合物的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成合金碳化物，如（Fe、Cr）7C3。

球墨鑄鐵中的滲碳體包括初生滲碳體、共晶滲碳體、二次滲碳體。

初生滲碳體是指在共晶反應(yīng)之前由鐵水中析出的滲碳體。這種組織以游離狀態(tài)存在。如圖1-14所示金相組織中的板條狀物相。

1.4.3　初生奧氏體析出

亞共晶成分球墨鐵水以緩慢速度降溫到奧氏體液相線溫度，初生奧氏體開始形核、生長(zhǎng)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于凝固過冷現(xiàn)象，奧氏體析出溫度總是稍低于液相線溫度，而且共晶成分和過共晶成分的鐵水中也能在低于平衡溫度下析出初生奧氏體。

鐵水中的氧化物、氮化物微粒最可能成為奧氏體形核基質(zhì)。奧氏體最早形核部位是鐵水溫度最低的部位（通常是鐵水與型壁接觸部位）。

初生奧氏體以枝晶方式生長(zhǎng)，首先是在液相中出現(xiàn)一些八面體初生晶體，初生八面體錐頂部分由于結(jié)晶潛熱優(yōu)先與周圍溶液對(duì)流，使晶體中的溶質(zhì)易于擴(kuò)散到液相，導(dǎo)致錐頂部分較快生長(zhǎng)，形成桿狀晶體，此種晶體被稱為枝晶干或一次枝晶，如圖1-15所示。枝晶干生長(zhǎng)到一定程度，其表面出現(xiàn)一些突起，突起前端較快生長(zhǎng)而伸入熔液，形成二次枝晶。圖1-15是取自球墨鑄鐵件縮孔內(nèi)表面的初生奧氏體枝晶，顯示出凝固體生長(zhǎng)過程尚未完全結(jié)束時(shí)已形成的一次枝晶和二次枝晶。

二次枝晶生長(zhǎng)到一定程度后，在其上還可能產(chǎn)生三次枝晶，其生長(zhǎng)過程與二次枝晶相似。三次枝晶一般出現(xiàn)在奧氏體凝固溫度范圍較寬、而且晶體有足夠時(shí)間充分發(fā)育的情況下。近共晶成分鐵水在共晶轉(zhuǎn)變前析出的初生奧氏體中，很少見到二次以上的枝晶。

奧氏體枝晶的體積分?jǐn)?shù)和尺寸形態(tài)對(duì)球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變、鑄態(tài)組織和力學(xué)性能有一定影響。發(fā)育完全的枝晶在生長(zhǎng)過程中會(huì)互相碰撞，并在熔液中熔合而形成類似框架的固相。這種固相有助于鑄件強(qiáng)度提高。枝晶體積分?jǐn)?shù)較高的液相中已形成框架結(jié)構(gòu)固相的球墨鑄鐵件，強(qiáng)度的提高非常顯著。

鐵水碳當(dāng)量是影響枝晶體積分?jǐn)?shù)的主要因素，這是因?yàn)樘籍?dāng)量直接決定鐵水凝固溫度范圍。碳當(dāng)量較低時(shí)，枝晶生長(zhǎng)溫度范圍較寬，枝晶體積分?jǐn)?shù)相應(yīng)增加。碳當(dāng)量也是影響初生奧氏體形態(tài)和分布的主要因素。碳當(dāng)量低、硫量低、鐵水過熱度高、鑄件冷速高、枝晶呈方向性分布。反之，則枝晶細(xì)小，無(wú)方向性排列。在碳當(dāng)量相同情況下，硅與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比增大，則奧氏體枝晶體積分?jǐn)?shù)增加。這可能是因?yàn)榇媪粲谝合嘀械墓柙痈患谀探缑媲把?，相?duì)提高了枝晶生長(zhǎng)速度，而使枝晶體積分?jǐn)?shù)增加。合理的孕育處理可使初生枝晶干間距減小。一些合金元素對(duì)枝晶生長(zhǎng)也有影響。鉬、鈦和釩比較顯著地增加共晶過冷度，使凝固溫度間隔擴(kuò)大，提高奧氏體枝晶體積分?jǐn)?shù)。鋁和鎳則起相反作用。鎳抑制奧氏體產(chǎn)生分枝，增大奧氏體晶粒尺寸。鋁則有助于生成細(xì)小、不規(guī)則分布的枝晶。

提高鑄件冷速，枝晶停止析出的溫度隨相變過冷程度的增加而下降，擴(kuò)大枝晶生長(zhǎng)溫度范圍，導(dǎo)致枝晶析出量增加。生成的枝晶較細(xì)，分枝較多，枝晶臂間距相應(yīng)縮減。合金強(qiáng)度增加。

1.4.4　鐵碳合金共晶轉(zhuǎn)變

共晶成分的鐵碳合金以平衡冷速冷卻到共晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。按照共晶形成過程特點(diǎn)和共晶組織形態(tài)，共晶組織可以分為3類，即正常共晶、非正常共晶及離異共晶。

正常共晶組織中的某一相為共晶生長(zhǎng)期間的領(lǐng)先相。領(lǐng)先相生長(zhǎng)能促使構(gòu)成共晶組織的第二相形核和生長(zhǎng)。所生成的共晶組織多為兩相規(guī)則交疊排列的層狀組織。

非正常共晶的共晶相不呈層狀排列。其中有不規(guī)則排列的片狀、棒狀或其他不規(guī)則形狀的析出相。灰鑄鐵中片狀石墨與奧氏體形成的共晶組織屬于非正常共晶組織。

離異共晶與上述兩種共晶的生長(zhǎng)模式不同。最顯著的差別是離異共晶各組成相的形核和生長(zhǎng)在空間和時(shí)間上都是分開的。轉(zhuǎn)變有如下特點(diǎn)。

①共晶組成相之間成分差別很大（例如石墨與奧氏體的含碳量），形核和生長(zhǎng)方式也有顯著差異，領(lǐng)先相在其他相開始生長(zhǎng)之前可能已經(jīng)大量析出。

②形成共晶的兩個(gè)相中，首先析出的晶體不能啟動(dòng)或誘發(fā)形核滯后的相開始結(jié)晶。

③領(lǐng)先相生長(zhǎng)到一定程度后，液相中溶質(zhì)的擴(kuò)散速度很低，以致各相之間濃度不能達(dá)到平衡狀態(tài)。領(lǐng)先相可能被隨后生成的第二相所包圍，形成包覆狀態(tài)。例如球狀石墨析出后被奧氏體包覆就屬于這種情況。但在凝固期間，領(lǐng)先相的原子也能借助在第二相中擴(kuò)散而繼續(xù)生長(zhǎng)。

球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變屬于離異共晶轉(zhuǎn)變。

1.4.5　穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變和亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變

在鐵碳二元平衡圖上，產(chǎn)生石墨-奧氏體共晶（穩(wěn)定系共晶）的轉(zhuǎn)變溫度為1153℃，而產(chǎn)生滲碳體-奧氏體共晶（亞穩(wěn)定系共晶）的轉(zhuǎn)變溫度為1147℃。這表明在平衡條件下凝固時(shí)，亞穩(wěn)共晶溫度只比穩(wěn)定共晶溫度低6℃。而鐵碳二元合金中加入硅以后，兩種轉(zhuǎn)變的溫度差別大大增加。硅提高穩(wěn)定共晶轉(zhuǎn)變溫度，降低亞穩(wěn)共晶轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)ω（C）=3.5%、ω（Si）=2.5%時(shí)，穩(wěn)定共晶轉(zhuǎn)變溫度為1170℃。亞穩(wěn)共晶轉(zhuǎn)變溫度降低到1108℃。溫度間隔將增加到約60℃。當(dāng)鑄件冷速超過平衡冷速，硅的這種作用仍然保持。

球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變開始溫度和終了溫度與鐵水冷卻速度和成分等因素有關(guān)。球墨鑄鐵本身含有球化元素鎂，鎂使鐵水的凝固過冷度顯著增加。在鑄型中冷卻的鐵水凝固時(shí)的冷卻速度遠(yuǎn)高于平衡冷速，而且鐵水中除了鐵、碳、硅外，還有其他常存元素和為改善材料性能而添加的合金元素。這些元素也可能增加共晶過冷度并影響共晶轉(zhuǎn)變溫度。

共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生兩類共晶組織。這兩類共晶組織是穩(wěn)定系共晶（球狀石墨+奧氏體共晶）或亞穩(wěn)系共晶（滲碳體+奧氏體共晶）。在共晶過冷度較小的熔液生成穩(wěn)定系共晶，組織中有球狀石墨析出。如果鐵水過冷到低于穩(wěn)定共晶轉(zhuǎn)變終了溫度，則開始發(fā)生亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變，組織中出現(xiàn)共晶碳化物。

（1）穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變　當(dāng)鐵水中存在有效石墨晶核時(shí)，碳原子向晶核聚集，產(chǎn)生球狀石墨，并從鐵水中析出。碳原子集中導(dǎo)致石墨周圍的碳濃度發(fā)生變化。形成由球體表面向外逐漸減少的碳濃度梯度。這個(gè)濃度梯度與熔液過冷度有關(guān)。過冷度提高時(shí)，碳濃度梯度比較陡峭。當(dāng)鐵水中含有球化元素鎂時(shí)，過冷度提高，奧氏體將首先在比較接近已達(dá)到一定尺寸的球狀石墨邊緣獨(dú)立形核、生長(zhǎng)。在熱對(duì)流作用下，生長(zhǎng)著的奧氏體沿球體表面快速生長(zhǎng)。

奧氏體在石墨表面的生長(zhǎng)速度與石墨晶體（0001）晶向的生長(zhǎng)速度都因熔液過冷度增加而提高。研究表明，含有球化元素的鐵水，石墨球周圍奧氏體的生長(zhǎng)速度大于單獨(dú)生長(zhǎng)的球狀石墨的生長(zhǎng)速度。因此，一旦奧氏體在石墨表面生長(zhǎng)，它將會(huì)包覆石墨球體，并不斷擴(kuò)大包覆層厚度。

奧氏體包圍石墨球體后，兩相均將以離異共晶模式各自繼續(xù)生長(zhǎng)。奧氏體向外擴(kuò)展，石墨也因碳原子在奧氏體中擴(kuò)散而繼續(xù)生長(zhǎng)，球體尺寸增大。相鄰石墨球的包覆層可能在接觸后互相熔合或形成晶界，奧氏體枝晶的生長(zhǎng)與碳原子擴(kuò)散方式有關(guān)。由擇優(yōu)取向擴(kuò)散改為均勻擴(kuò)散后，奧氏體不再產(chǎn)生二次枝晶和三次枝晶，只是在晶體表現(xiàn)出現(xiàn)一些圓鈍的凸起，形成菜花狀共晶晶粒形貌，如圖1-16所示[7]。

當(dāng)凝固體的溫度達(dá)到穩(wěn)定共晶凝固終了溫度時(shí)，石墨和奧氏體的形核和生長(zhǎng)終止，共晶凝固結(jié)束。生成球狀石墨+奧氏體共晶。

這里需要說明一點(diǎn)。在球墨鑄鐵的鑄態(tài)組織中，常?？吹角驙钍珕为?dú)被等軸晶粒組成的鐵素體圈所包圍。據(jù)此認(rèn)為這是在各個(gè)單體球狀石墨上發(fā)生離異共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。但是對(duì)球墨鑄鐵凝固過程研究結(jié)果證實(shí)，絕大多數(shù)初始形成的奧氏體+球狀石墨共晶團(tuán)內(nèi)，包含著不止一個(gè)石墨球，而是大小不一的多個(gè)石墨球，如圖1-17所示[7，8]。尺寸較大的石墨球最早被奧氏體包圍，都存在于晶粒內(nèi)部，尺寸較小的石墨球是在奧氏體枝晶已生長(zhǎng)到一定程度后的較低溫度下析出并陷在奧氏體枝晶之中，因而大部分位于晶粒邊緣處。

在固態(tài)相變過程中，圍繞石墨球體的低碳區(qū)首先發(fā)生奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變。鐵素體的形成需要合適的位置，石墨表面被（0001）晶面包圍，而且存在許多晶體缺陷，碳原子向球狀石墨表面的擴(kuò)散距離比較短，脫溶原子易于到達(dá)石墨表面。正是鐵素體形核的合適位置。因此，降溫過程中，首先在單個(gè)石墨球周圍出現(xiàn)鐵素體等軸晶粒組成的包覆層。這種構(gòu)成包覆層的等軸晶粒鐵素體稱為牛眼狀鐵素體[圖1-18（a）]。

如果球墨鑄鐵的碳、硅含量較高，碳原子碳能夠順利擴(kuò)散或鑄件冷卻足夠緩慢，石墨球周圍的鐵素體區(qū)將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展，牛眼狀鐵素體將會(huì)互相接觸，形成鐵素體基體組織[圖1-18（b）]。

盡管厚大鑄件的含碳量高，石墨化比較充分，但是因?yàn)橛蓨W氏體析出的碳很難與球狀石墨所增加的碳達(dá)到平衡。因此，鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵組織中，常常不是100%鐵素體。為了獲得純鐵素體基體，常需要進(jìn)行石墨化退火處理。

（2）亞穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變　如果鐵水降溫速度較高，或含有較多增強(qiáng)鐵水過冷的合金元素時(shí)，共晶轉(zhuǎn)變將會(huì)在低于亞穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變溫度以下進(jìn)行。轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的共晶組織有兩種形態(tài)。圖1-19顯示最常見的亞穩(wěn)定系共晶組織，稱為萊氏體。如果鐵水降溫速度很高，或者含有某些強(qiáng)烈促進(jìn)碳化物生成的元素（如碲）時(shí)，能夠生成呈層狀排列的共晶碳化物，如圖1-20（a）所示。層狀共晶碳化物也可能與球狀石墨共同存在。例如圖1-20（b）所顯示的球狀石墨是在比較緩慢冷卻條件下在鐵水中析出，如果鐵水凝固時(shí)，冷速急劇提高，將會(huì)產(chǎn)生這種組織。

圖1-21顯示鑄件中接近冷鐵部位的金屬凝固時(shí)，首先產(chǎn)生碳化物共晶，但是結(jié)晶潛熱使尚未凝固的鐵水溫度回升，并在穩(wěn)定系共晶形成的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。最終也會(huì)產(chǎn)生球狀石墨、共晶碳化物和奧氏體共存的組織。

具有亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的鑄件斷面呈現(xiàn)麻口或白口。含有較多碳化物的斷面顯銀白色，稱為白口鑄鐵。僅有少量碳化物的鑄件斷面顯銀灰色或存在灰斑，稱為麻口鑄鐵。白口鑄鐵硬度較高，但韌性和塑性顯著下降。切削性差，難以進(jìn)行切削加工。

白口球墨鑄鐵適用于耐磨鑄件或耐腐蝕零件，在工業(yè)上有一定應(yīng)用價(jià)值。下面簡(jiǎn)要介紹促進(jìn)白口組織生成應(yīng)注意的一些問題。

①選用亞共晶成分　鐵水碳當(dāng)量較低時(shí)，碳活度下降，促使共晶轉(zhuǎn)變溫度降低，易于生成碳化物共晶。

②添加必要的合金元素　鐵水中的一些其他化學(xué)元素也影響亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變。影響的程度取決于該元素在碳化物和奧氏體中的相對(duì)溶解度。鉻、釩、錳、氧、硫、硒、碲等在碳化物中的溶解度大于在奧氏體中的溶解度，這些元素通過原子置換方式進(jìn)入碳化物，并提高碳化物的穩(wěn)定性，能促進(jìn)共晶碳化物生成。

圖1-22示意地顯示4種合金元素對(duì)兩種共晶轉(zhuǎn)變溫度的影響。其中石墨化元素硅和鎳提高穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變溫度、降低亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變溫度[圖1-22（a），（b）]，促使石墨析出，抑制共晶碳化物生成。隨著硅和鎳含量提高，兩種轉(zhuǎn)變溫度之間的間隔增大。會(huì)使石墨晶體的生長(zhǎng)發(fā)育更充分，穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變更完全。其他石墨化元素也有類似作用。

圖1-22（c）顯示鐵水中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高后，穩(wěn)定共晶轉(zhuǎn)變溫度降低，亞穩(wěn)共晶轉(zhuǎn)變溫度提高。兩類共晶轉(zhuǎn)變溫度的差別縮小。在這種條件下，石墨共晶團(tuán)形成的溫度范圍縮小，將會(huì)促進(jìn)碳化物共晶轉(zhuǎn)變。鉻的這種影響可以代表促進(jìn)碳化物形成元素的作用。釩是典型的促進(jìn)碳化物生成元素。含釩鐵水的兩類共晶轉(zhuǎn)變溫度曲線之間的溫度差隨釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而急劇減小。ω（V）<0.8%時(shí)，溫度高于亞穩(wěn)共晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，仍有石墨析出。但超過0.8%后，亞穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變溫度高于穩(wěn)定系共晶轉(zhuǎn)變溫度，鐵水下降到共晶轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，首先產(chǎn)生碳化物共晶[圖1-22（d）]。這表明，加釩到一定程度時(shí)，無(wú)需借助提高冷速等措施，鑄件也會(huì)產(chǎn)生白口組織。

③控制鑄件冷卻速率　這是影響亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變的重要因素。在同樣的化學(xué)成分和工藝條件下，斷面較薄的鑄件比斷面較厚的鑄件更容易出現(xiàn)共晶碳化物。這是因?yàn)殍T件冷卻速度較高時(shí)，鐵水過冷程度增大，降低共晶轉(zhuǎn)變溫度，促使亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變。

④控制殘留球化元素含量　鎂、鈰等球化元素都有降低鐵水共晶反應(yīng)溫度的作用。例如，當(dāng)鑄件中殘留鎂量超過0.03%就會(huì)提高鐵水過冷傾向。殘留鎂量越多，過冷量越大。如果過冷傾向超過孕育處理效能，鐵水共晶轉(zhuǎn)變溫度就可能降低到亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍，發(fā)生亞穩(wěn)系共晶轉(zhuǎn)變。

1.4.6　二次滲碳體

當(dāng)凝固組織中已經(jīng)存在共晶碳化物時(shí)，鑄件降溫過程中奧氏體析出的碳原子多數(shù)進(jìn)入二次碳化物。二次碳化物沿共晶團(tuán)邊界分布，也有些以棒狀或粒狀彌散分布于奧氏體晶粒中。如果析出的碳化物數(shù)量較少或鐵水受到變質(zhì)處理的影響，不能構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)狀，只能以斷續(xù)網(wǎng)狀沿晶界存在。

鑄件快速冷卻時(shí)，共析鐵素體和先共析鐵素體中的碳大多數(shù)處于過飽和狀態(tài)。如果鑄件在低于共析溫度停留，過飽和碳將以粒狀碳化物形式沿鐵素體或滲碳體界面析出。這種在低于共析溫度下析出的滲碳體，稱為三次滲碳體。三次滲碳體非常細(xì)小，在光學(xué)顯微鏡下難以識(shí)別，一般需借助電子顯微鏡觀察。

1.4.7　磷共晶

球墨鑄鐵凝固時(shí)，大部分磷存在于液相。由于凝固過程中的偏析作用，共晶團(tuán)形成后出現(xiàn)的共晶團(tuán)間隙中，存在高磷熔液。例如ω（C）=3.22%、ω（P）=0.10%的球墨鑄鐵中殘余熔液磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.21%～11.5%，為原始熔液磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的100倍。而含碳量不超過原始含碳量的40%。這種低碳，高磷熔液在凝固結(jié)束前通過發(fā)生在1005℃的包晶反應(yīng)生成二元磷共晶（奧氏體+Fe3P），或通過950℃的共晶反應(yīng)生成三元磷共晶（奧氏體+Fe3C+Fe3P）。

圖1-23顯示球墨鑄鐵組織中的磷共晶，在二元磷共晶的Fe3P上均勻分布著顆粒或棒狀?yuàn)W氏體分解產(chǎn)物[圖1-23（a）]。在金相組織中看到的單個(gè)磷共晶剖面形貌大多呈現(xiàn)凹面多邊形。三元磷共晶[圖1-23（b）]形貌的主要特征是在Fe3P上分布著顆粒狀?yuàn)W氏體分解產(chǎn)物以及粒狀、條狀滲碳體。當(dāng)鑄鐵中含有一些碳化物形成元素（如鉻、鉬）時(shí)，磷共晶中常常出現(xiàn)尺寸較大的塊狀碳化物。這些碳化物與磷共晶結(jié)合在一起，稱為復(fù)合二元磷共晶或復(fù)合三元磷共晶。

由于磷共晶是在共晶轉(zhuǎn)變完成后的殘留熔液中形成的晶間碳化物，其冷卻曲線如圖1-24所示。它只存在于共晶團(tuán)邊界上。在多個(gè)共晶團(tuán)交匯處，最容易出現(xiàn)孤立存在的塊狀磷共晶。隨著球墨鑄鐵中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，磷共晶相應(yīng)增加，形成沿共晶團(tuán)邊界的分散分布。磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步提高后，單體磷共晶成為鏈狀并在共晶團(tuán)邊界上形成網(wǎng)狀分布（圖1-25）。

凝固時(shí)偏析于殘留熔液中的碳化物形成元素，如鉻、鉬、釩等，均有促進(jìn)Fe3P生成的作用。Fe3P與熔有合金元素的碳化物都能使磷共晶質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，硬度提高。磷共晶使球墨鑄鐵脆性增加。高磷殘留熔液凝固時(shí)產(chǎn)生的晶間體積收縮難以通過鑄件補(bǔ)縮系統(tǒng)加以補(bǔ)充，容易造成顯微疏松。但是，磷共晶也有有利的一面，增加它的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定程度，可以成為硬質(zhì)抗磨骨架，提高鑄件抗磨損能力。另外，磷共晶凝固點(diǎn)低，可以降低鐵水停流溫度，改善鐵水流動(dòng)性。

磷共晶是球墨鑄鐵中的脆性硬質(zhì)相，其硬度與共晶中的奧氏體量有關(guān)。二元磷共晶的硬度為700～800（HV）。三元磷共晶的奧氏體量相對(duì)少些，硬度范圍為850～950（HV）。

球墨鑄鐵組織存在磷共晶會(huì)顯著降低材料的塑韌性，特別是鐵素體球墨鑄鐵中磷共晶的危害更嚴(yán)重。因此要嚴(yán)格限制鑄件中磷、錳和其他碳化物形成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。