2.5　凝固过程中的元素偏析

球墨铸铁凝固过程中，各元素在固相和液相中的分布并不是均匀的。通常大多数石墨化元素（硅、镍、铜等）偏聚于固相，促进碳化物形成元素（锰、铬、钒等）大多数偏聚于液相。常以分配系数（k）表示元素的这种不均匀分布状况。分配系数是元素在奥氏体中的平均质量分数与该元素在整个合金中平均质量分数的比值。例如硅的分配系数大于1，表明硅在奥氏体中的质量分数高于球墨铸铁中硅的平均质量分数。碳化物形成元素锰与此相反，锰在凝固过程中大部分进入液相，残余液相中锰的质量分数高于整个铸铁中锰的平均质量分数。因此锰的分配系数小于1。磷更显著地偏析于液相，存留于奥氏体枝晶间的液相中，在球墨铸铁凝固的最后阶段，残余熔液中磷的质量分数成百倍增加。

元素偏析也发生在奥氏体枝晶内部，说明奥氏体枝晶内化学成分也不是完全均匀的。这是因为奥氏体枝晶是在一个温度范围内逐渐成长。在不同的温度下，各种元素都有与温度相对应的固溶度。因此，奥氏体枝晶心部元素浓度和存在于边缘的元素浓度通常都会出现差别（晶内偏析）。通常以枝晶内偏析系数ki表示枝晶内元素偏析程度。

ki表示奥氏体枝晶心部某元素质量分数与奥氏体枝晶边缘该元素质量分数的比值。铸铁类合金凝固过程中，碳在奥氏体中的溶解度将随温度下降而加大。因此，就单个奥氏体枝晶而言，晶体心部含碳量最低，由内向外，含碳量逐渐增加。

硅及一些石墨化元素，如镍、铜、铝、富集于枝晶心部，ki>1。促进碳化物形成元素，如锰、钼、铬、钒、钨则在枝晶表层含量高于心部，ki<1。

奥氏体枝晶内部的元素偏析可以用于使铸铁产生特定的金相组织。例如，利用碳、硅、锰在晶内分布的不均匀性，可以通过热处理产生破碎铁素体基体。

一些合金元素在铸铁中的分配系数和偏析系数列于表2-9。