【理论探讨】球铁共晶团与石墨球

老翻砂匠

castengineer 发表于 2018-4-7 20:34
在原文中提到两种类型:
1:初始球墨奥氏体晕圈对液体中次生小石墨的吞没模式.
2:液体中初晶氏体枝晶对液体 ...

5 Q+ x- H6 [8 T9 W% ?" H分析的太漂亮了，完全同意！初始成球就是就是一个晶粒一个球，这是符合金属学的原理的。为老董工的分析点赞！

castengineer

$ a4 ^) _) w/ r9 b在灰铁中.石墨外的奥氏体在石墨上的形核长大后的晶体位向.铝硅合金合金中.共晶体中的铝固溶体的形核和长大.固溶体均无法保持其晶体的位向保持一致.
+ J  N" u( p3 E3 [
  X( x" s1 y9 i! W$ h9 J所以在谈共晶合金的共晶结晶时.使用共晶团概念是合理的.
6 @9 {9 g% ?# B7 V5 x; B# n
& K/ k1 Z; ?* b  p; w! \: Z一个共晶团和一个共晶体及一个晶粒的金属学概念是不一样的.

6 R7 B9 ?1 K9 E8 M- a: N( }- q! X" ~所以说.在球铁中,一个共晶团中有一个球的谈法是科学的.但,也不能定义成一个共晶团中有几个球.
# K% ^7 s+ b$ `, [7 U, c
晶粒:结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状，称晶粒,晶粒的内部晶胞方向与位置基本一致而外形不规则
4 ^$ Y  D) U( l6 J0 m* P
. \3 c$ V, y3 _, }3 B* @, Z+ q) w　

njrzm

castengineer 发表于 2018-4-14 08:05
1 d8 ~4 u' o  h3 [0 k( O7 l7 \$ N在灰铁中.石墨外的奥氏体在石墨上的形核长大后的晶体位向.铝硅合金合金中.共晶体中的铝固溶体的形核和长大. ...

% P, ]% B7 U* @绝对是资深的老师，比中铸协的专家不知要高多少！中铸协的专家有几个务实、务学术的？

castengineer

4 \( d" u5 T7 n, j) w4 X; W9 k- p& u% R

njrzm 发表于 2018-4-14 10:33
绝对是资深的老师，比中铸协的专家不知要高多少！中铸协的专家有几个务实、务学术的？ ...

我们都是普通铸造工程师.中铸协的专家都是我们的老师.
# x0 F6 T: P9 p8 N, Q谈点看法而已.仅供参考.

njrzm

castengineer 发表于 2018-4-14 11:43
0 N; ^/ q& G% T8 o4 V; m我们都是普通铸造工程师.中铸协的专家都是我们的老师.
谈点看法而已.仅供参考. ...

, S; b6 l1 p, p' w% R; ~- S关键的问题是，中铸协的专家现在也无心踏踏实实地再研究专业了，一心扑在到处做报告、做指导、做评审、做论证上！

, L0 k% g' l7 ^7 r孰不知，不与时俱进，还抱着老观点是不行的，基本上没什么新的东西，就像前一阵子论坛在讨论的有几个热点问题，很明显的错误，不都是出自这些专家之手吗？当然，有几个还是很佩服的。像孙国雄老师就是的，学一辈子、研究一辈子！

njrzm

castengineer 发表于 2018-4-14 11:43
/ }# [9 h+ c9 _我们都是普通铸造工程师.中铸协的专家都是我们的老师.
谈点看法而已.仅供参考. ...

最近，春暖花开了，中铸协的专家们都四处活动了，其中的钱立教授，好像很频繁，中铸协铁合金分会的筹备会议、ADI铸件分会的筹备会议、... ...，钱教授不就是在引导四元磷共晶的老师吗？害的铸造泰斗们和铸造大师盲目地跟从，且，再批发给年轻人；还有，我真不明白，钱教授为什么把 Sn 和 Ni 列入稀有金属？

这些大佬们。该歇歇，安度晚年了，不要再这么折腾！
& y2 E8 S) r! {# G

castengineer

# H- v9 }' @+ o3 n

njrzm 发表于 2018-4-15 10:48
2 ^) q/ @" n2 b1 q最近，春暖花开了，中铸协的专家们都四处活动了，其中的钱立教授，好像很频繁，中铸协铁合金分会的筹备会 ...

  t9 |! C5 W: }, m- @他们这么折腾是市场和个人的需要.但,.一些跟着他们后面背包当书童的"专家"."泰斗",也跟着折腾,这可是一批害群之马. 滥竽充数之类.

也是奇怪.这些跑江湖的竟成了中国铸造理论和实践的中坚力量.不能不说是中国铸造业的一个怪现象.
) [' g7 U# |6 G, _& b" }) x同时也说明.实现中国的铸造强国之梦的遥远.

看了些大师最近的文章和著作.大都是历来理论的再编辑.没有新意.有多少能像周继杨老师系统的研究成果.孙国雄老师的实践和研究....
; q* M' x1 A7 Z; h% W" Y不得已再提一下那个荒唐的均衡凝固理论,那些大师们也不是在跟着大肆推崇么?！
他们应当是中国铸造理论和实践的指导者.有的人现在却成了误导者.这不能不说是一个学风问题.
2 ]' ~+ D/ t" ?+ X) ]7 G1 L% o

我赞成老翻砂匠的观点:不懂和没做过的事情,决不乱说

jingdizhiwa

老翻砂匠 发表于 2017-10-22 09:56

                               
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对，只要只要球状一旦石墨形成，奥氏体的外壳也就形成（由于石墨产生之后周围的贫碳导致），并伴随着长大 ...

郝石坚好像有这种说法，我有他的书。个人同意他的说法。
: ^, v2 ?4 Q8 h/ ]. a! b1 `

HSJ

讨论球铁共晶晶粒所含球数问题，首先需要了解球墨铸铁共晶转变机制与正常共晶（领先相生长促使第二相形核生长，产生层状组织）转变机制的区别。球墨铸铁是按照离异共晶机制转变的。离异共晶转变的特点是各组成相的形核和生长在空间和时间上都是分开的，即领先相形核并不促使第二相形核和生长。导致球墨铸铁离异共晶转变的主要原因是共晶相（领先相石墨和第二相奥氏体）成分差别大，生长方式差异显著；球状石墨领先析出不能启动或诱发奥氏体开始结晶；碳在液相中的扩散速度很低，相间浓度不能达到平衡状态，可能被随后生成的奥氏体所包围。 石墨首先在铁液中单独形核，晶体三维辐射状生长后形成球状石墨。其周围液相中碳浓度降低·，奥氏体优先在这些地方按固溶相自身的模式形核和生长，在球周围出现诸多奥氏体等轴晶粒，这些晶粒生长并互相接触，形成环状。成为所谓“晕圈“的母体。如果凝固体缓慢降温，这些晶粒可能互相熔合，界面消失。也可能由环状区域继续向外生长并互相熔合。 晕轮（圈）以外的液相中存在许多奥氏体异质形核位置，奥氏体将按照自己的形核生长方式析出等轴晶粒。由于是离异共晶转变，奥氏体晶粒生长速率和生长范围基本上不受液相中已存在的石墨球数量和尺寸的影响。在这种凝固条件下，奥氏体生长过程中将会经过一些（一个或多个）石墨球并将它们包覆起来。包覆着一些石墨球的奥氏体晶粒生长到一定程度时与另外的晶粒接触，形成的接触面包含著石墨-奥氏体共晶范围。各个共晶范围内都存在多个石墨球·。 考虑到球墨铸铁共晶范围的实际形成机制和过程与一般正常共晶团形成过程不同，这篇简短叙述中没有采用“球铁共晶团”一词。 人们早已在扫描电镜下从深腐蚀试样中清楚看到了共晶范围的形貌。 本文对所讨论的问题只做了极其简略的叙述。为了介绍这方面的知识，国内外已在一些文献中展示过这些资料。国内出版的 “球墨铸铁”专著（化学工业出版社2014年出版）第13页中展示的图像（第1-16图及第1-17图），可供读者参考。 网友如对球墨铸铁共晶转变问题有兴趣，也可以参阅国外诸多有关文献，例如： B.Lux，: On the Theory of  Nodular  Graphite  Formation in Cast  Iron , AFS Cast  Metal Research  Journal  Mar. 1972 & June 1972  (文献综述) Ruxan R.，et at.: On  the  Eutectic Solidifacation  of Spheroidal graphite  founndamental and  Methematical  Modeling Approach ， AFS  Trans,  2001;  1037-1048

老翻砂匠

HSJ 发表于 2018-5-12 11:11
讨论球铁共晶晶粒所含球数问题，首先需要了解球墨铸铁共晶转变机制与正常共晶（领先相生长促使第二相形核生 ...

首先感谢郝老师的热情回帖，您的学术精神让人敬佩！

我在想，在研究这个问题时，如果用共晶团的概念去解释，会不会更好一点？毕竟在共晶反应时是共晶团再起直接的作用，再次讨教，谢谢！

njrzm

HSJ 发表于 2018-5-12 11:11
讨论球铁共晶晶粒所含球数问题，首先需要了解球墨铸铁共晶转变机制与正常共晶（领先相生长促使第二相形核生 ...

感觉还是用共晶团的观点解释比较贴切，想继续听郝老师的指点！

HSJ

有幸在这里和网友交换学习心得。感谢论坛提供的平台。
上次帖子极其简要地叙述了球铁共晶转变机制以及随后的凝固过程，显示出离异共晶转变对球铁共晶范围中的球数产生决定性的影响。
# c* `" c! S1 I在铸铁合金系统中发现并引入离异共晶转变机制是球墨铸铁冶金学的重要进步。1972年Lux博士在著名的铸造学术刊物AFS Cast Metal Research Journal分两部分发表了有关球铁凝固过程的共长28页的长篇综述，可能是最早全面介绍球铁离异共晶转变机制。此后40多年间，世界各国陆续发表的许多科研报告，曾经引用了“离异共晶”概念。可以说，球铁的共晶转变属于“离异共晶”转变似已被学术界普遍确认。但是，为什麽球铁不按正常规律转变？而是按照离异共晶规律转变？
' ]  ~9 \: Q! L/ T( f& u( [2 h! s我认为产生这种现象的基本原因是：
3 C, s- a+ v% S5 m" p" `2 M（1）参予共晶转变的两个相（石墨与奥氏体）含碳量相差很大，形核和生长方式有显著差异。石墨相在奥氏体开始形核生长之前已经大量析出，没有条件形成正常共晶两相交迭存在的组织形态;
0 g$ f1 C+ \1 x  {8 {* k1 G* c(2) 球铁熔液经过球化处理后，过冷度显著提高，碳原子在过冷熔液（有些文献称这种低于平衡温度产生相变的区域为“共生区“）中的扩散速度急剧降低，使石墨和奥氏体两者的成分不可能达到平衡状态。
基于以上原因，石墨领先析出后不能启动或诱发形核滞后的奥氏体相析出。导致奥氏体只在石墨球周边低碳区按自己的形核生长方式产生等轴晶粒。这与传统金属学·教科书所讲正常共晶团的形成机制是完全不同的。虽然球铁凝固组织中石墨与奥氏体（固态相变后为铁素体）呈现紧密交联状态，但是不应把这种没有经过真实共晶转变的组织称为共晶团，也难以判断每个共晶团只含有一个石墨球。
晕圈形成过程已在上个帖子里谈过。晕圈形成后球铁凝固体中奥氏体枝晶按本身形核生长模式扩大自身体积，最终形成包覆多个石墨球的组织。这种组织如何定义，也是值得讨论的。
$ S( r; R. [( Q还有一个问题应说明，为什麽在光学金相中常看到的是单个石墨球外有晕圈，难以看到两个或多个石墨球同时存在？这是因为石墨球是在基体内三维（立体）分布的。体视金相学的计算表明：三维分布的个体存在于一个平面（两维）内的数量是很少的。一般是需借助扫描电镜来观查。
以上简短叙述，难以全面说清所讨论的问题。而且限于个人水平，错误在所难免。盼望网友給予批评指正。
* \0 H1 X, p" ~3 C

castengineer

; R; b8 O, }+ ~# l% Y
晕圈形成后球铁凝固体中奥氏体枝晶按本身形核生长模式扩大自身体积，最终形成包覆多个石墨球的组织-----这是奥氏体晕圈吞没说.有几点是否要搞清楚,
这种情况下,必需有一个已成型的奥氏体晕圈.在其长大的过程中遇到两个球墨晶核:
1:这两个球是否在其成球后.没有形成自身的奥氏体晕圈.如果没有形成.显然不符合球铁的结晶原理.
2:这两个球是否在其成球后.有形成自身的奥氏体晕圈.也可能很小.但其已经在其球外的奥氏体晕圈形成的最初,奥氏体晕圈生成后,有原子层厚度时.就形成了成一个共晶团.也就是说.尽管这两个球及球外奥氏体晕圈被吞没的过程中.就已经是三个共晶体的组合相.(首先设定一个球和其外的奥氏体晕圈,为一个共晶团)
如上.是否是一个球铁的共晶团里有几个球是不准确的呢?

% p1 v" v& _( c0 ~. ~+ A从图中可以看出.这几个球的球外晕圈是由著多奥氏体晶粒长大后.晶粒间界闭合的多晶粒组合体.并不是一个奥氏体晕圈的长大过程中的吞没组织.
+ N& C& e# Z$ r" I8 J

HSJ

  球铁中每个凝固单元中包含多个石墨球
; L2 S3 _, B* g4 z
1.讨论球铁共晶凝固单元内石墨球数需要了解球墨铸铁凝固过程。
) N( K/ k# U# f球墨铸铁凝固过程：合金熔液凝固开始后，球状石墨首先从液相析出（初生石墨）。球体周围的熔液中碳浓度显著降低，按照金属学原理，在共晶温度范围（共生区）内奥氏体与石墨应按正常结晶规律进行共晶反应，但是在球铁中共晶反应却悖离了人们曾在金属学里学习过的正常共晶组织的形成规律和特点。并未实现一个相生长促进或诱发第二相形核生长。也就是说，石墨和奥氏体在结晶时间上和空间上都是分开的，两者分别单独形核生长，。我们把这种反应方式称为离异共晶转变。形成被奥氏体晕圈紧紧包围着球状石墨的凝固产物，可被称为“离异共晶凝固单元”。为了避免与正常共晶可能的混淆，这里没用”共晶团“名称。
2 c0 O* n2 r9 p0 Z, L% h3 @   按离异共晶方式转变的合金，自身必需具备一定条件。球墨铸铁中的石墨和奥氏体中的碳和熔点相差很大；熔液中含有球化元素增大了凝固过冷度；两相中原子扩散速率不同，奥氏体结晶时石墨相已生长到较大尺寸；奥氏体依附于石墨表面生长并能将其覆盖。
# O* r3 x- O/ a6 A( W* h2.石墨晶体生长速率远高于奥氏体，只当球体生长到接近最终尺寸时，其表面附近熔液的碳浓度显著降低，奥氏体在球体表面按自身的形核生长规律开始结晶，形成许多由等轴晶粒组成，覆盖球体表面呈壳状分布的晶体链。这就是所谓“晕圈“的初始状态。
* V0 z- ^9 L% L2 H. o' W3.构成晕圈的小晶体尺寸不断长大。当长大的晶体前端与熔液的碳浓度和热环境处于相同水平时，晶体停止向外生长。这表明石墨球附近的碳浓度梯度越陡峭，熔液冷速越高，晕圈停止生长越提前，晕圈越薄。并表明晕圈不会在它依附的某个石墨球位置上作整体移动，也不会无限制地长大。
4.在晕圈形成的同时或之后，晕圈以外的熔液析出离异奥氏体枝晶。枝晶臂根部聚集着奥氏体结晶时排出的碳，使这些碳浓度高的区域产生新的球状石墨。只是球尺寸相对较小。这些石墨完全处在奥氏体的包围之中。形成奥氏体紧密包覆石墨球的凝固单元。也有与上述过程类似的晕圈形成。
5.由于离异共晶机制的影响，球状石墨晶体的存在对奥氏体体积扩展的影响较小，奥氏体较为容易地包覆多个石墨球体。这些含有奥氏体枝晶与多个球状石墨共同形成的凝固体不断长大并互相接触，使整个凝固体中形成一个一个凝固单元，每个凝固单元中包含多个球状石墨。（其中有初生石墨球，也有枝晶根部出现的石墨球）在扫描电镜下可以清楚看到这种凝固单元的三维形貌。
/ P( O: M0 o) S2 o6.由于离异共晶机制在起作用，符合传统意义的“共晶团”已不存在。合理的表达方式应该是：球铁中每个凝固单元中包含多个石墨球。
以上观点是否合适，恳请网友指正。

老翻砂匠

HSJ 发表于 2018-5-28 19:42
: f: B' F5 Y6 V: K: m球铁中每个凝固单元中包含多个石墨球
# q* `' n' d' e8 w% d
& o: D1 J0 N0 r) E7 u1.讨论球铁共晶凝固单元内石墨球数需要了解球墨铸铁凝固过程。

5.由于离异共晶机制的影响，球状石墨晶体的存在对奥氏体体积扩展的影响较小，奥氏体较为容易地包覆多个石墨球体。这些含有奥氏体枝晶与多个球状石墨共同形成的凝固体不断长大并互相接触，使整个凝固体中形成一个一个凝固单元，每个凝固单元中包含多个球状石墨。（其中有初生石墨球，也有枝晶根部出现的石墨球）在扫描电镜下可以清楚看到这种凝固单元的三维形貌。
6.由于离异共晶机制在起作用，符合传统意义的“共晶团”已不存在。合理的表达方式应该是：球铁中每个凝固单元中包含多个石墨球。

讲解的太漂亮了，谢谢郝石坚老师！

再咨询一下郝老师，既然”符合传统意义的“共晶团”已不存在。合理的表达方式应该是：球铁中每个凝固单元中包含多个石墨球。“，那要获得多石墨球（例如：石墨球数大于800、1000、甚至1200/mm2），在理论上讲应该控制什么环节呢？谢谢！

  a  m' D, J3 h4 K% ?( i* A" S

castengineer

老翻砂匠 发表于 2018-5-28 21:43
: y, I  Y$ h/ V$ `; f0 [, o讲解的太漂亮了，谢谢郝石坚老师！

5 [/ u" K) @% ^" A再咨询一下郝老师，既然”符合传统意义的“共晶团”已不存在。合理的 ...

8 O3 H* n0 ^0 N+ J但如何界定这个"凝固单元",的物理特征.是以球铁的最后凝固区边界划分,还是以不同结晶位向的珠光体晶界还是以不同结晶位向的铁素体晶界呢划分呢?.

老翻砂匠

castengineer 发表于 2018-5-29 08:32
但如何界定这个"凝固单元",的物理特征.是以球铁的最后凝固区边界划分,还是以不同结晶位向的珠光体晶界还 ...

感觉越来越抽象了，怎么去判断这”凝固单元“？能不能也用类似于衡量共晶团那样，去分析、去评判其”凝固单元“的数量？

castengineer

+ @  \+ W$ s+ F2 C4 Y" f

老翻砂匠 发表于 2018-5-29 09:01
) M/ p, i4 i+ A0 U感觉越来越抽象了，怎么去判断这”凝固单元“？能不能也用类似于衡量共晶团那样，去分析、去评判其”凝固 ...

2 {2 l9 K5 s' N
应当这三种状态都是可以界定的.因为把凝固单元做为一个大的"共晶团".致于"共晶团"的晶粒边界的金相的组织状态就顺其自然吧.这样球铁的共晶团里有几个球的问题.就演化成大的"共晶团"里有几个球的问题.而偏离了金属学定义的共晶结晶型式.这很正常.乌鸦换有白色的呢?
8 X! W2 `/ e- u0 e$ i' y; L) B1 [那球铁的共晶团里有几个球的结论.就成为准确的论述了.
% W* x; b% S1 D% b
也只能这样了.因为牛角尖已经钻透了.

youjie5678

HSJ 发表于 2018-5-28 19:42
球铁中每个凝固单元中包含多个石墨球
- V) \6 Y) u9 `0 U
1.讨论球铁共晶凝固单元内石墨球数需要了解球墨铸铁凝固过程。

+ s5 `% M9 k  n$ g0 J我对郝老师这段论述的理解是：共晶团的概念存在的条件是两项共生生长。共晶团的概念不适用于离异共晶的球铁！

castengineer

youjie5678 发表于 2018-5-29 09:49
我对郝老师这段论述的理解是：共晶团的概念存在的条件是两项共生生长。共晶团的概念不适用于离异共晶的球 ...

( h  a9 n3 o- f- A/ S" k0 q! `
" @  G2 S& E2 d$ \8 v' u一个共晶团里只有一个石墨球.....但有些专家认为一个共晶团里可以有几个石墨球。

/ L0 B2 R2 U- |+ d难道一个共晶团里有一个球和有几个石墨球的论点都不适合。如此。那球铁的共晶结晶过程如何定义及其共晶结晶过程如何描述为好。