二次石墨

二次石墨是鑄鐵石墨化第二階段形成的產物，產生於過共析成分鐵碳合金的冷卻過程。該物質在1154℃至738℃溫度區間內從奧氏體中析出，屬於碳溶解度變化的直接結果。其形成過程對應複線鐵碳相圖中的A→A+GII轉變，與滲碳體分解路徑形成對比。在冶金學領域，二次石墨的析出行為被用於區分Fe-G相圖與Fe-Fe3C相圖的石墨化路徑差異。

中文名稱	二次石墨
英文名稱	secondary graphite
定　　義	過共析成分的鐵碳合金中，共析反應前從奧氏體中析出的石墨。
套用學科	材料科學技術（一級學科），金屬材料（二級學科），鋼鐵材料（三級學科），鋼鐵材料基礎及組織和性能（四級學科）

基本介紹

• 所屬階段：鑄鐵石墨化第二階段 
• 形成溫度：1154℃至738℃  
• 相圖表征：Fe-G複線相圖
• 析出條件：奧氏體碳過飽和 
• 冶金定位：共析反應前形成 

形成機制

在過共析鐵碳合金冷卻過程中，當溫度降至1154℃時，奧氏體中碳的固溶度逐漸降低，碳原子以石墨形式開始析出。這一過程持續到738℃（共析反應溫度），析出的石墨即被定義為二次石墨。

析出受兩種機制影響：直接石墨化路徑中碳原子自行聚集形成石墨；間接路徑則通過滲碳體分解產生石墨。其中直接析出途徑更符合二次石墨的主要形成方式。

相圖依據

複線鐵碳相圖清晰地展示了二次石墨的形成規律。虛線的Fe-G相圖中，鑄鐵冷卻時直接經歷液態→初生石墨（GI）→二次石墨（GII）→共析石墨（G共析）的轉變序列。與之對應的實線Fe-Fe3C相圖則顯示滲碳體形成路徑，兩者差異直接決定了石墨析出行為。

相圖分析表明，二次石墨的形成溫度區間位於共晶反應溫度（1154℃）與共析反應溫度（738℃）之間，對應奧氏體單相區的冷卻過程。

析出條件

二次石墨的析出需要滿足三個核心條件：

• 合金成分處於過共析範圍（碳濃度高於0.77%但低於4.3%）
• 冷卻速率需低於臨界值以保證碳原子的充分擴散
• 溫度梯度維持在偽平衡狀態，避免發生滲碳體形核

實踐中，通過控制鑄造工藝參數（如澆注溫度、冷卻介質）可調節二次石墨的形態與分布密度。

冶金學意義

作為鑄鐵組織調控的關鍵要素，二次石墨的存在直接影響材料性能：

• 力學性能方面，片狀二次石墨會降低材料強度，球狀或蠕蟲狀形態可改善機械性能
• 熱傳導特性與石墨形態密切相關，均勻分布的二次石墨提升導熱效率
• 耐磨性能受石墨析出位置影響，晶界處析出可能引發應力集中

在工業套用中，通過合金元素添加（如Si、Mg）可促進二次石墨的球化，進而獲得高性能球墨鑄鐵。這一改性技術已成為現代鑄造領域的常規工藝手段。