—球墨鑄鐵基礎理論的最新發展（一）
周繼揚摘要：石墨球的形成分兩個階段：形核與生長。
雖然形核不影響最終的形狀，但它是石墨球形成的重要過程。石墨的形核物質有石墨、硫化物、氧化物、碳化物、氮化物、金屬間化合物及氣體。各種物質的形核機制可以不同，但是都必須符合晶格匹配關係（失配度小於 6%時，形核能力強），以及滿足相互的介面能要求。
由於球鐵過冷傾向大，所以孕育是球鐵生產的必須工序。鑑於硫氧化物是球墨形核的重要組分，特介紹一種新型高效孕育劑，其特點在於孕育劑中含有一定的硫氧非金屬物質，可補充球化處理後鐵液硫、氧的貧缺。
0前言我國是最早生產球鐵的國家，早在兩千年前已能製造出球狀石墨鑄鐵。但是，由於製造條件苛刻，難以大量生產，這種古代的生產方法沒有延續流傳應用。2023年，美國的麥里斯（用 ni-mg合金在幾乎與目前類似的生產條件下生產出球鐵。
2023年以後，這種方法逐漸成熟，促使20世紀五六十年代，在世界範圍內球鐵生產的飛速發展。生產的發展推動了基礎理論研究的蓬勃進行，如：2023年我國召開了全國球鐵會議；2023年舉辦全國球鐵基礎理論座談會；1964,1974,2023年在三次國際鑄鐵冶金學會議上提出了大量有關球鐵基礎理論方面的研究**。
說明在那段時間，國內外學者對球鐵的基礎理論給予極大的投入，做了大量的研究工作。一些問題逐漸得到共識，如：球狀石墨直接從液態析出；石墨球存在核心，核心由硫、氧、碳、氮化合物組成；石墨球的形狀主要受生長過程影響；硫、氧是石墨球化的主要障礙，球化處理的首要問題是脫硫去氧；孕育是球鐵生產的必須工序；球鐵具有糊狀凝固特點，等等。
但是，由於球墨鑄鐵的熔液、結晶、凝固的特殊性與複雜性，球鐵的一些內在規律並非完全清楚。20世紀 80年代中期以來，對球鐵理論的研究雖不如以前那樣集中、強勁，但也從未停步，反而日趨深入
筆者綜合20世紀 80年代以來的最新文獻和自己的研究工作，分別就球狀石墨的形核與孕育、石墨的球狀生長、球墨鑄鐵中的奧氏體枝晶及球墨鑄鐵的偏析、球墨鑄鐵的凝固形貌四個題目向讀者介紹它們的近代發展。
球狀石墨經歷形核與生長兩個階段而形成，形核是石墨球形成的重要過程。
電鏡證實，每個石墨球中心都存在著夾雜物顆粒（核心），大多數為單粒，有時也看到複合體夾雜。形狀各異，尺寸在0.5-3μm之間。
1形核物質
鐵液在熔煉及隨後的球化、孕育處理中產生大量的非金屬夾雜物，初生的夾雜物非常小，在澆注、充型、凝固時相互碰撞、聚合變大，或上浮或下沉，但更多的夾雜物將成為鑄鐵石墨析出的核心。石墨的形核物質有石墨、硫化物、氧化物、碳化物、氮化物、金屬間化合物及氣體等。球墨核心比片墨共晶團的核心容易尋找與確定，普遍認為片狀石墨的晶核與球狀石墨沒有本質差別，略有區別的是球狀石墨的晶核都含了球化元素的反應產物罷了。
2 形核機制
石墨形核的基本條件是：（1）符合異質晶核與石墨之間的晶格匹配關係，失配度小於6%，形核能力強；失配度在6%-12%之間，存在形核能力；（2）滿足相互的介面能要求。任何形核物質必須遵循此共同規律，但不同夾雜物的具體形核機構卻可以不同。
2.1石墨
由於石墨的失配度為零，故是石墨結晶時的理想基底材料。鐵液中的石墨**如下。
(1)未溶石墨由於生鐵重熔時過熱溫度低、停置時間短，原有的粗片石墨來不及徹底熔解而遺留下來。實驗發現，隨爐料中的生鐵數量增多，生產出的球鐵含球墨數也相應增多。
(2)新增的晶體石墨外加的石墨只要是六方晶格的晶體而不是其他形式的碳都可促使石墨成核。球化處理前或與球化劑同時新增，石墨都能起到很好的形核作用。但球化後加入則導致石墨變壞、滲碳體增多，因為新增的石墨改變了球化後的鐵液介面效能 。
天然石墨中的灰分妨礙溶解能力，損壞成核的介面能條件，從而降低成核效力。
(3)非平衡石墨孕育劑中的si元素在鐵液中的不均勻分布導致微區 si量偏高，引起區域性形成過共晶成分，使 si微區附近出現「碳峰」，由此所析出的石墨稱非平衡石墨，這種新生的石墨有很高的活性。非平衡石墨也可產生於sic，碳化矽是一種矽基生核劑，熔點高達2700℃，在鐵液中不熔化，只融熔於鐵液。 sic中的si 與fe結合，餘下的 c生成非平衡石墨。
sic+fe→fesi+c(非平衡石墨)
2.2類鹽狀結構碳化物
週期表中第ⅰ、ⅱ、ⅲ族的一些金屬加入到鐵-碳-矽熔液中可以形成類鹽狀結構的碳化物。 表1 中第二族元素的碳化物可作為石墨核心，因為在碳和金屬之間有強的離子鍵，促使結合成不熔的質點，懸浮於鐵液中。這些碳化鈣與石墨晶格之間存在著良好的匹配關係。
實踐證明：含ca的fesi形核能力比不含ca 的fesi強烈。
表 １ 類鹽狀碳化物的種類
2.3 氧化物
鐵液與大氣接觸過程中，常為氧所過飽和。 由於鑄鐵含矽比鋼高3-5倍，所以，矽是鐵液自身極好的脫氧元素，脫氧產物（sio2）成為鐵液所含氧化物的主要成分。orths 認為sio2 的析出直接控制著灰鑄鐵中石墨的形成，石墨的結晶在很大程度上是由析出的 sio2 的數量和分布所決定的。
sio2 質點數受鐵液溫度、鐵液含氧量、爐氣成分、爐渣成分的影響。
很多試驗證明，石墨核心中的確存在有氧化物，也檢測到氧的存在，但以sio2為代表的單一氧化物是否能直接作為石墨結晶的基底，卻各有爭論。
2.4 硫化物 / 氧化物
mgs、mns 、cas 與石墨的失配度比較大，單一硫化物很難直接成為石墨沉積的有效基底。jacobs等人對1μm 夾雜進行能譜測定後提出，核心質點具有雙重結構，芯部為(mg、ca)s型硫化物，外殼是一層(mg、al、si、ti) 氧化物因形成硫化物的熱力學能位比氧化物更穩定，熔液中的新增元素首先形成硫化物，硫化物粒子接下來作為氧化物異質形核的基底。兩種化合物的晶體位向對應關係：
硫化物（110）//氧化物（111）
硫化物 //氧化物（111
石墨與氧化物的位向關係：
石墨（001）//氧化物（111
skaland 等在 1993 年對雙重結構形核物質深入研究後確定，氧化物外殼的具體成分為頑輝（火）石mgo·sio2及鎂橄欖石 2mgo·sio2，它們是複雜的斜方晶系。複式矽酸鹽與石墨（001）面之間的失配度大，形核勢壘高，石墨不易在其上形核。
skaland認為：儘管經mg處理後的鐵液產生很多 mgo·sio2 及2mgo·sio2 基底，但不能期望生成較多的石墨核心。只有經過孕育的鐵液，石墨才能大量析出。
在用含有ca、ba 、sr 及 al 的矽鐵進行孕育處理後，在夾雜物表面上產生下列反應：
mgo·sio2+x=xo·sio2+mg
2(2mgo·sio2)+x＋2al=xo·al2o3·sio2+4mg
式中： x 表示 ca 、sr 或 ba
反應產物 xo·sio2 和 xo·al2o3·sio2 等六方矽酸鹽在 mgo·sio2 及 2mgo·sio2 基底上形成晶面，其中的高指數晶面與低指數晶面的生長速率不同。晶體的（001）面與石墨形成偶合或半偶合低能介面狀況，相互的晶格失配度低，利於石墨形核。
用雙重結構不難解釋：孕育劑中少量的 ca、ba 、sr元素可改變夾雜物mgo·sio2， 2mgo·sio2 的表面成分，對石墨核心起重要的催化作用；孕育劑中微量的la、ce 並不增加新的核心，但同樣起著對已有夾雜物核心的啟用作用。
硫化物是雙重結構核心的發源地=所以，硫化物數量對成核數有重要影響。鐵液中過低的s量（<0.002%）不利於大量核心的形成。
單一的 sio2 與石墨晶格的失配度相當大（37.1%），不適於成為核心的基底。但在雙重結構中，它是複式矽酸鹽的組成部分，對形核起著重要作用。
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真核生物與原核生物轉錄與複製的區別 真核生物dna的複製基本上與原核生物相同，但比原核生物相同，但比原核要複雜。主要有以下幾方面的不同 1 真核生物dna的合成只是在細胞週期的s期進行，而原核生物則在整個細胞生長過程中都可進行dna合成 2 原核生物dna的複製是單起點的，而真核生物染色體的複製則為...
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