截面球墨鑄鐵件中易于產生碎塊狀石墨，這種缺陷大多出現在鑄件的熱節部位，生產現場用超聲探傷等無損檢測方法難以察覺，往往發現于機械加工之后，這種缺陷會導致鑄件本體的力學性能惡化，抗拉強度、屈服強度、伸長率和沖擊性能等全面下降。

碎塊狀石墨的形態，粗看起來有點類似于灰鑄鐵中的D型、E型石墨，但是，形成的機制和晶粒的結構都與之不同。在光學顯微鏡下觀察，碎塊狀石墨的形態見圖；將其與金屬基體分離后，置掃描電子顯微鏡下觀察，形態如圖所示。

             碎塊狀石墨在光學顯微鏡下形態

                                 碎塊狀石墨在掃描電鏡下的形態

無論是亞共晶或過共晶球墨鑄鐵，球狀石墨都在共晶溫度以上生核，且在共晶溫度以上有一快速生長的過程，然后逐漸減緩，到1090℃左右共晶凝固終止。球墨鑄鐵中，石墨的成長過程不同于灰鑄鐵，石墨球是在被奧氏體殼完全包覆的條件下長大的，在其長大的過程中，奧氏體殼逐漸增厚，碳通過奧氏體殼向石墨球擴散。

碎塊狀石墨，不是由石墨球破碎而形成的，其生成的機制大致與球狀石墨相同，但長大的過程受到他種因素的影響，未能成為球狀，而類似有分枝相連的蜂窩狀。

關于碎塊狀石墨的形成機制，我國、美國、加拿大、英國、德國、日本以及印度等國家，都有人從不同的方面進行研究，發表過大量的研究論文，但是，迄今為止，對其具體的形成原因和影響因素，都尚未建立確切的認識。在這里，我想提一下加拿大R. K. Buhr的觀點，供大家參考。

Buhr認為：厚截面球墨鑄鐵件中出現碎塊狀石墨，是由于石墨球長大過程中，在其外表包覆的奧氏體殼還很薄時，因受熱對流作用而發生多處破裂，破裂處石墨在與鐵液接觸的條件下長大，形成圖2所示的形狀。

上世紀80年代，美國鑄造師學會（AFS）的熔融金屬處理委員會，曾對此前已發表的相關文獻進行研究、評述。從凝固特性、石墨球數、碳當量和硅含量、稀土元素含量、干擾元素含量、合金元素含量、孕育處理以及澆注溫度等方面進行了分析。

最近，日本東北大學的系藤春喜，又對1950～2010年間各國發表的相關文獻共92篇進行了分析和評述，就文獻中論及的碎塊狀石墨產生原因和提出的防止措施，歸納、區分為以下7個方面，并計算了各種影響因素在文獻中所占的比重：

    稀土元素含量的影響               占24.1 %；

    鑄件壁厚和凝固過程中溫度梯度的影響    占22.4%；

    碳當量和硅含量的影響              占19.1 %；

    球化處理和孕育處理的影響          占18.2 %；

    鐵液的純度和硅鐵帶入的Al、Ca的影響   占 8.3 %；

    鑄型的影響                  占 5.3 %；

    鐵液過熱的影響            占 2.6 %。

    以下，就幾個主要的方面，對影響碎塊狀石墨形成的因素和防止措施作簡要的評述，供參考。

    1、Ce和稀土元素的含量

制造球墨鑄鐵件時，如果原鐵液中含有少量B、Ti、Pb、As、Te、Sb等干擾元素，對于薄壁鑄件或壁不太厚的鑄件，由于石墨球數量較多，凝固較快，其對石墨球化的影響并不很明顯；隨著鑄件壁厚的增加，干擾元素的偏析加劇，以致某些部位的濃度相當高，就將導致球狀石墨畸變，惡化球墨鑄鐵件的性能。

1952年，Henton Morrogh提出，在以Mg為主要球化元素的條件下，在球化劑中適當配加少量稀土元素，可以有效地抑制干擾元素的負面作用，改善石墨形態，與主球化劑Mg有很好的互補作用。如：在原鐵液中加入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的負面影響。此后，各國都廣泛采用含Mg和稀土的復合球化劑。

但是，稀土元素在石墨球狀化方面的作用是一把雙刃劍，如果稀土元素的加入量過多，超過了抵消干擾元素負面作用所需的量，則剩余的稀土元素反倒是導致石墨球形狀畸變的重要因素。按照系藤春喜對大量文獻所作的統計、分析，過量的稀土元素是促使析出碎塊狀石墨的主要原因，相關的文獻報告為量最多，占24.1%。

因此，對于厚截面球墨鑄鐵件，如果需要加入稀土元素，就必須根據所用爐料中干擾元素的實際含量，嚴格控制其加入量。處理后殘留稀土元素的含量應低于殘留鎂量，一般不得高于0.03%。

制造高鎳奧氏體球墨鑄鐵件時，其負面影響尤為顯著。

近年來，高純生鐵的應用日益廣泛，在這種條件下，原鐵液中干擾元素的含量很低，加入稀土反而可能是有害無益，宜通過試驗采用不含稀土的球化劑。而且，各國在采用不含稀土的球化劑方面，也有20多年的經驗了。

在這方面，特別應該提到的是：多年來我國一直是世界市場上稀土元素的主要供應國，供應量約占全世界需求量的97%，有的國家有資源也不開采。我國不僅珍貴的資源大量外流，而且，在一些主要稀土產區，由于開采過量而致嚴重破壞了生態環境。2011年起，我國遵循可持續發展的方針，部署了促進稀土行業健康發展的政策措施，控制產量和優化存量。在這種情況下，國際市場上稀土元素的價格快速上漲，一些國家還對我們頗有微詞。

看來，生產球墨鑄鐵件時，力爭少用、或不用稀土，還有更深層次的意義。

如果現場確認產生碎塊狀石墨的原因是稀土元素過量，則有效的對策是加入抑制稀土作用的元素，常用的是Sb，以含Sb的硅鐵，加入原鐵液中，或在球化處理時加入，加入的Sb的質量分數大致是0.005～0.010%。應該注意的是，采取這種措施時，回爐料中的Sb的富集，對后續生產有多種負面的影響。此外，加入Sb會使球墨鑄鐵中珠光體量增多，生產鐵素體球墨鑄鐵件時則不宜采用。

2、石墨球數量

從球墨鑄鐵的冷卻曲線和微觀組織的對比得知，石墨球的數量與冷卻速度成正比，與產生畸形石墨的概率成反比。

厚壁球墨鑄鐵件的熱節部位，凝固緩慢，保持液態的時間較長，石墨球的數量也就較少。多年來，很多研究工作都表明，隨著石墨球數量的減少，出現碎塊狀石墨的概率增高。這種情況，可能與石墨球的面積增大、易于受熱對流作用的影響有關。

D.H.Withey，C.R.Loper從對實驗研究數據的分析得知，厚大鑄件中，石墨球數量在60個/mm2以下，就可能生成碎塊狀石墨。

正確地采用冷鐵，是使石墨球數量增多的有效措施。R. K. Buhr于上世紀60年代曾鑄造一個250×250×250㎜的立方體球墨鑄鐵試驗件，采用水冷銅質激冷器，造成方向性冷卻的條件，以減輕熱對流的作用，結果，鑄件中石墨為球狀，未見碎塊狀石墨。 

3、碳當量

很多研究工作表明，球墨鑄鐵中，碳當量對石墨球的數量和形態都有重要的影響。隨著碳當量的提高，石墨球的數量增加，畸形石墨減少。碳當量在4.3～4.5%之間，石墨球數量較多，形態圓整。

但是，對于厚大鑄件，提高碳當量要受到石墨漂浮的制約，很多經驗表明，雖然碳當量高可使石墨球數量增多，但從防止碎塊狀石墨考慮，只能控制在4.2～4.3%之間，不宜太高。

4、Si含量

Si含量高，也是促成碎塊狀石墨的因素。據文獻報道，對于厚大球墨鑄鐵件而言，Si含量超過2.0%，就可能出現碎塊狀石墨，因而，必須嚴格控制鑄鐵中的Si含量。當客戶要求較高的Si含量時，可加入適量的Ni或Sn，以抑制其負面影響。 

5、孕育處理

球墨鑄鐵的孕育處理，可以改善球墨鑄鐵中石墨球的圓整度，增加石墨球的數量，并防止碳化物的生成。

處理時，由于所用的孕育方法、孕育劑的品種以及鑄件截面尺寸不同，孕育劑的用量應該有所不同。鑄件的截面增厚，孕育劑的用量就要相應減少。對于防止碎塊狀石墨而言，涉及的都是厚大鑄件，孕育劑的用量本來就應該少一些，而且還受到Si含量不能很高的制約，因而，必須嚴格控制孕育劑的用量，避免孕育過量。

孕育過量往往會導致碎塊狀石墨析出，一般說來，初始孕育時孕育劑加入量不宜超過0.4%，生產現場應該通過試驗優化孕育劑的用量。

有報道說，采用含Sr、Zr的孕育劑也有使石墨球數量增加的效果。

球墨鑄鐵孕育衰退的表現之一是：石墨球數量明顯減少、石墨球徑相應增大。對于厚大鑄件，孕育衰退當然易于導致碎塊狀石墨產生。因此，防止孕育衰退至關重要，初孕育終了之后，最好在8 min之內澆注，而且必須采取二次孕育工藝。

后期的二次孕育，孕育劑用量不宜超過0.1%。

有報道說，鑄造100×100×100㎜的立方體鑄件時，以0.06%的硅鐵進行型內處理，可使石墨球數量增加一倍。

采用電爐熔煉時，球化、孕育處理之前，先在爐內予原鐵液以預處理（preconditioning），也是提高鑄鐵冶金質量、防治碎塊狀石墨的有效措施。預處理的要點是：熔煉后期在爐內加入碳化硅，加入量約為鐵液的0.5～1.0%，且應通過試驗求得最適當的數據。