球墨铸铁金相检验实验指导——金属材料工程实验三

一、实验目的

1. 掌握球墨铸铁金相试样的制备方法（取样、磨制、抛光、腐蚀）。
2. 熟悉球墨铸铁中石墨形态、球化级别、石墨大小及基体组织的金相特征与评定标准。
3. 学会使用光学显微镜观察并依据GB/T 9441—2021《球墨铸铁金相检验》对球化级别、石墨大小及珠光体数量进行评级。

二、实验原理
球墨铸铁的石墨呈球状析出，其金相组织由石墨球和金属基体（铁素体、珠光体或二者混合）组成。石墨的球化程度直接影响材料的力学性能，球化不良会显著降低塑性、韧性和强度。石墨大小以石墨球直径或单位面积内石墨球数量表示，基体组织则决定材料的强度与硬度匹配。通过金相显微镜可评定球化级别（1～6级，1级最佳）、石墨大小（3～8级）和珠光体数量（珠10～珠100）。

三、实验材料与设备

1. 材料：球墨铸铁试样（含不同球化级别与基体组织的对比试样）。
2. 设备：金相显微镜（带测微目镜或图像分析软件）、金相试样预磨机、抛光机、吹风机。
3. 耗材：金相砂纸（180#～2000#）、抛光织物、金刚石抛光膏（或Al2O3抛光粉）、4%硝酸酒精溶液、无水乙醇。

四、实验步骤

1. 取样：从铸件典型部位（如附铸试块）截取尺寸约15mm×15mm×15mm的试样，确保检测面能代表整体组织。
2. 磨制：依次使用180#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#砂纸粗磨至细磨，每道次试样旋转90°消除上一道磨痕。
3. 抛光：在抛光机上用金刚石抛光膏抛光至表面呈镜面无划痕，清水冲洗后无水乙醇脱水吹干。
4. 腐蚀：用4%硝酸酒精溶液浸蚀试样表面约5～10秒，待表面微黄后立即用清水冲洗并无水乙醇吹干。注意浸蚀时间不宜过长，避免石墨剥落。
5. 观察与评级：将试样置于金相显微镜下，先在100倍下观察石墨球分布，逐级评定球化级别；再用100倍（或对比图谱）评定石墨大小；最后在500倍下观察基体组织，评定珠光体数量并记录铁素体、珠光体形态特征。

五、检验项目与评定办法

1. 球化级别：参照GB/T 9441—2021标准图片，根据石墨球化率及非球状石墨的比例分为1～6级，1级球化率≥95%，6级球化率<60%。常规球墨铸铁件要求不低于3级。
2. 石墨大小：在100倍下按石墨球直径或单位面积石墨球数量评级（3～8级），石墨球越细小、分布越均匀，等级越高。
3. 珠光体数量：在500倍下选取5个视场，采用网格法或图像分析软件统计珠光体面积百分比，按珠10、珠20……珠100分级。同一试样不同视场偏差不超过10%。
4. 基体组织：描述铁素体与珠光体的分布形态，如“铁素体+珠光体（牛眼状）”“珠光体基体+少量铁素体”等。

六、实验报告要求

1. 简述实验目的、原理及操作流程。
2. 附金相照片（注明放大倍数、浸蚀剂）并标注石墨球、铁素体、珠光体等组织特征。
3. 按GB/T 9441—2021给出该试样的球化级别、石墨大小、珠光体数量及基体组织评定结果。
4. 分析球化不良或石墨漂浮等缺陷的可能原因及其对性能的影响。

七、注意事项

1. 磨制时需保证试样平整，避免倒角；抛光时间不宜过长导致石墨剥落或拖尾。
2. 浸蚀程度以基体组织清晰呈现、石墨球边缘完整为准。
3. 评级前应使用标准图谱在相同放大倍数、相同照明条件下进行对比。
4. 显微镜使用完毕应关闭电源，试样妥善保管防锈。