截面球墨铸铁件中易于产生碎块状石墨，这种缺陷大多出现在铸件的热节部位，生产现场用超声探伤等无损检测方法难以察觉，往往发现于机械加工之后，这种缺陷会导致铸件本体的力学性能恶化，抗拉强度、屈服强度、伸长率和冲击性能等全面下降。

碎块状石墨的形态，粗看起来有点类似于灰铸铁中的D型、E型石墨，但是，形成的机制和晶粒的结构都与之不同。在光学显微镜下观察，碎块状石墨的形态见图；将其与金属基体分离后，置扫描电子显微镜下观察，形态如图所示。

             碎块状石墨在光学显微镜下形态

                                 碎块状石墨在扫描电镜下的形态

无论是亚共晶或过共晶球墨铸铁，球状石墨都在共晶温度以上生核，且在共晶温度以上有一快速生长的过程，然后逐渐减缓，到1090℃左右共晶凝固终止。球墨铸铁中，石墨的成长过程不同于灰铸铁，石墨球是在被奥氏体壳完全包覆的条件下长大的，在其长大的过程中，奥氏体壳逐渐增厚，碳通过奥氏体壳向石墨球扩散。

碎块状石墨，不是由石墨球破碎而形成的，其生成的机制大致与球状石墨相同，但长大的过程受到他种因素的影响，未能成为球状，而类似有分枝相连的蜂窝状。

关于碎块状石墨的形成机制，我国、美国、加拿大、英国、德国、日本以及印度等国家，都有人从不同的方面进行研究，发表过大量的研究论文，但是，迄今为止，对其具体的形成原因和影响因素，都尚未建立确切的认识。在这里，我想提一下加拿大R. K. Buhr的观点，供大家参考。

Buhr认为：厚截面球墨铸铁件中出现碎块状石墨，是由于石墨球长大过程中，在其外表包覆的奥氏体壳还很薄时，因受热对流作用而发生多处破裂，破裂处石墨在与铁液接触的条件下长大，形成图2所示的形状。

上世纪80年代，美国铸造师学会（AFS）的熔融金属处理委员会，曾对此前已发表的相关文献进行研究、评述。从凝固特性、石墨球数、碳当量和硅含量、稀土元素含量、干扰元素含量、合金元素含量、孕育处理以及浇注温度等方面进行了分析。

最近，日本东北大学的系藤春喜，又对1950～2010年间各国发表的相关文献共92篇进行了分析和评述，就文献中论及的碎块状石墨产生原因和提出的防止措施，归纳、区分为以下7个方面，并计算了各种影响因素在文献中所占的比重：

    稀土元素含量的影响               占24.1 %；

    铸件壁厚和凝固过程中温度梯度的影响    占22.4%；

    碳当量和硅含量的影响              占19.1 %；

    球化处理和孕育处理的影响          占18.2 %；

    铁液的纯度和硅铁带入的Al、Ca的影响   占 8.3 %；

    铸型的影响                  占 5.3 %；

    铁液过热的影响            占 2.6 %。

    以下，就几个主要的方面，对影响碎块状石墨形成的因素和防止措施作简要的评述，供参考。

    1、Ce和稀土元素的含量

制造球墨铸铁件时，如果原铁液中含有少量B、Ti、Pb、As、Te、Sb等干扰元素，对于薄壁铸件或壁不太厚的铸件，由于石墨球数量较多，凝固较快，其对石墨球化的影响并不很明显；随着铸件壁厚的增加，干扰元素的偏析加剧，以致某些部位的浓度相当高，就将导致球状石墨畸变，恶化球墨铸铁件的性能。

1952年，Henton Morrogh提出，在以Mg为主要球化元素的条件下，在球化剂中适当配加少量稀土元素，可以有效地抑制干扰元素的负面作用，改善石墨形态，与主球化剂Mg有很好的互补作用。如：在原铁液中加入0.02%的Ce，就可以抵消其中含有0.11%的Pb、0.05%的Te和0.015%的Ti的负面影响。此后，各国都广泛采用含Mg和稀土的复合球化剂。

但是，稀土元素在石墨球状化方面的作用是一把双刃剑，如果稀土元素的加入量过多，超过了抵消干扰元素负面作用所需的量，则剩余的稀土元素反倒是导致石墨球形状畸变的重要因素。按照系藤春喜对大量文献所作的统计、分析，过量的稀土元素是促使析出碎块状石墨的主要原因，相关的文献报告为量最多，占24.1%。

因此，对于厚截面球墨铸铁件，如果需要加入稀土元素，就必须根据所用炉料中干扰元素的实际含量，严格控制其加入量。处理后残留稀土元素的含量应低于残留镁量，一般不得高于0.03%。

制造高镍奥氏体球墨铸铁件时，其负面影响尤为显著。

近年来，高纯生铁的应用日益广泛，在这种条件下，原铁液中干扰元素的含量很低，加入稀土反而可能是有害无益，宜通过试验采用不含稀土的球化剂。而且，各国在采用不含稀土的球化剂方面，也有20多年的经验了。

在这方面，特别应该提到的是：多年来我国一直是世界市场上稀土元素的主要供应国，供应量约占全世界需求量的97%，有的国家有资源也不开采。我国不仅珍贵的资源大量外流，而且，在一些主要稀土产区，由于开采过量而致严重破坏了生态环境。2011年起，我国遵循可持续发展的方针，部署了促进稀土行业健康发展的政策措施，控制产量和优化存量。在这种情况下，国际市场上稀土元素的价格快速上涨，一些国家还对我们颇有微词。

看来，生产球墨铸铁件时，力争少用、或不用稀土，还有更深层次的意义。

如果现场确认产生碎块状石墨的原因是稀土元素过量，则有效的对策是加入抑制稀土作用的元素，常用的是Sb，以含Sb的硅铁，加入原铁液中，或在球化处理时加入，加入的Sb的质量分数大致是0.005～0.010%。应该注意的是，采取这种措施时，回炉料中的Sb的富集，对后续生产有多种负面的影响。此外，加入Sb会使球墨铸铁中珠光体量增多，生产铁素体球墨铸铁件时则不宜采用。

2、石墨球数量

从球墨铸铁的冷却曲线和微观组织的对比得知，石墨球的数量与冷却速度成正比，与产生畸形石墨的概率成反比。

厚壁球墨铸铁件的热节部位，凝固缓慢，保持液态的时间较长，石墨球的数量也就较少。多年来，很多研究工作都表明，随着石墨球数量的减少，出现碎块状石墨的概率增高。这种情况，可能与石墨球的面积增大、易于受热对流作用的影响有关。

D.H.Withey，C.R.Loper从对实验研究数据的分析得知，厚大铸件中，石墨球数量在60个/mm2以下，就可能生成碎块状石墨。

正确地采用冷铁，是使石墨球数量增多的有效措施。R. K. Buhr于上世纪60年代曾铸造一个250×250×250㎜的立方体球墨铸铁试验件，采用水冷铜质激冷器，造成方向性冷却的条件，以减轻热对流的作用，结果，铸件中石墨为球状，未见碎块状石墨。 

3、碳当量

很多研究工作表明，球墨铸铁中，碳当量对石墨球的数量和形态都有重要的影响。随着碳当量的提高，石墨球的数量增加，畸形石墨减少。碳当量在4.3～4.5%之间，石墨球数量较多，形态圆整。

但是，对于厚大铸件，提高碳当量要受到石墨漂浮的制约，很多经验表明，虽然碳当量高可使石墨球数量增多，但从防止碎块状石墨考虑，只能控制在4.2～4.3%之间，不宜太高。

4、Si含量

Si含量高，也是促成碎块状石墨的因素。据文献报道，对于厚大球墨铸铁件而言，Si含量超过2.0%，就可能出现碎块状石墨，因而，必须严格控制铸铁中的Si含量。当客户要求较高的Si含量时，可加入适量的Ni或Sn，以抑制其负面影响。 

5、孕育处理

球墨铸铁的孕育处理，可以改善球墨铸铁中石墨球的圆整度，增加石墨球的数量，并防止碳化物的生成。

处理时，由于所用的孕育方法、孕育剂的品种以及铸件截面尺寸不同，孕育剂的用量应该有所不同。铸件的截面增厚，孕育剂的用量就要相应减少。对于防止碎块状石墨而言，涉及的都是厚大铸件，孕育剂的用量本来就应该少一些，而且还受到Si含量不能很高的制约，因而，必须严格控制孕育剂的用量，避免孕育过量。

孕育过量往往会导致碎块状石墨析出，一般说来，初始孕育时孕育剂加入量不宜超过0.4%，生产现场应该通过试验优化孕育剂的用量。

有报道说，采用含Sr、Zr的孕育剂也有使石墨球数量增加的效果。

球墨铸铁孕育衰退的表现之一是：石墨球数量明显减少、石墨球径相应增大。对于厚大铸件，孕育衰退当然易于导致碎块状石墨产生。因此，防止孕育衰退至关重要，初孕育终了之后，最好在8 min之内浇注，而且必须采取二次孕育工艺。

后期的二次孕育，孕育剂用量不宜超过0.1%。

有报道说，铸造100×100×100㎜的立方体铸件时，以0.06%的硅铁进行型内处理，可使石墨球数量增加一倍。

采用电炉熔炼时，球化、孕育处理之前，先在炉内予原铁液以预处理（preconditioning），也是提高铸铁冶金质量、防治碎块状石墨的有效措施。预处理的要点是：熔炼后期在炉内加入碳化硅，加入量约为铁液的0.5～1.0%，且应通过试验求得最适当的数据。