球墨铸铁金相实验样品制备流程及质量控制要求

球墨铸铁因石墨球化处理大幅提升了强度、韧性及抗疲劳性，广泛应用于汽车、工程机械等领域。金相分析是评估其石墨形态、基体组织（铁素体/珠光体）及缺陷（渗碳体、缩松）的核心手段，而样品制备的质量直接决定结果准确性——若存在划痕、热影响区或侵蚀不当，会导致石墨球计数错误、基体组织误判。因此，规范的制备流程与严格的质量控制，是球墨铸铁金相分析的基础。

样品截取：代表性与热影响区管控

样品需选取能反映铸件整体质量的位置：如汽车曲轴取曲柄与轴颈结合处，液压缸体取壁厚均匀中段；分析缺陷时需包含缺陷及周边正常组织，以观察其起源与扩展。

截取工具优先选线切割（电火花），无热输入可避免石墨球畸变或基体相变；若用砂轮切割，需选120#细粒度砂轮，持续冷水冷却——冷却不足会形成1-2mm热影响区，表现为石墨球边缘模糊、基体出现马氏体，严重干扰分析。

截取后用角磨机去毛刺，需控制打磨时间（≤5秒/次）并冷水冷却，避免热量积累导致组织变化。

样品镶嵌：形状规整与界面密封

尺寸过小（＜10mm×10mm）或形状不规则的样品需镶嵌，便于研磨抛光操作，防止边缘崩裂。

热镶嵌常用酚醛/环氧树脂：将样品放入模腔，加入150-180℃树脂，施加15-20MPa压力保持5-10分钟。需注意温度——超过200℃会导致树脂分解，界面产生缝隙；压力不足则镶嵌体有气孔，研磨时树脂易脱落。

薄壁件选冷镶嵌：环氧树脂与固化剂按10:1混合（缓慢搅拌防气泡），倒入模腔淹没样品，室温固化24小时。虽硬度低，但能保留原始组织。

镶嵌后需检查界面：若树脂与样品间有缝隙，研磨时水或抛光剂渗入会导致样品边缘翘起，影响平整度。

粗研磨：去除切割痕迹与平整表面

粗研磨用120#、240#、400#干磨砂纸，目的是去除切割痕迹并磨平表面。

操作时砂纸固定在研磨机平台，样品做圆周/直线运动，压力以不滑动为宜——压力过大易留深划痕，过小效率低。每换砂纸需旋转样品90°，用新划痕覆盖旧划痕，便于观察进度。

持续用自来水冲洗：冷却样品防组织变化，冲去铁屑避免二次划痕。

终点判断：表面反光均匀，无局部发亮/发暗区域，说明表面平整。

精研磨：细化划痕与提升平行度

精研磨用600#、800#、1000#砂纸，将粗研磨划痕细化，为抛光做准备。

需减小压力，用手指轻压样品，以30-40次/分钟频率往复运动。每换细砂纸，需完全去除旧划痕——否则抛光后旧划痕会显现。

关键是保持平行度：若样品倾斜，抛光时仅部分区域接触抛光布，形成“抛光斑”。可将样品放在平板玻璃上检查，无明显缝隙则平行度良好。

终点：表面呈均匀亚光，肉眼无明显划痕；10倍放大镜下划痕细而均匀，无深沟。

机械抛光：获得镜面表面的核心

机械抛光用金相抛光机，配帆布（粗抛）、丝绒布（精抛）及5μm金刚石膏（初始）、0.5μm氧化铝粉（最终）——球墨铸铁硬度HB180-300，帆布去除精研磨划痕，丝绒布做镜面抛光。

参数控制：转速200-300转/分钟（过高易发热变形），压力1-2N（样品不滑动）。操作时轻压样品做圆周运动，持续滴加抛光剂与水（保持湿润无积水）。

终点判断：酒精冲洗吹干后，表面呈镜面反光，无划痕或雾状——若有雾状，用细抛光剂再抛1-2分钟；若有划痕，回到精研磨重新处理。

化学侵蚀：显现组织的关键操作

球墨铸铁组织反光率相近，需用4%硝酸酒精（4ml硝酸+96ml乙醇）侵蚀：硝酸与铁素体/珠光体反应形成氧化膜，石墨球不反应，显微镜下石墨球呈白色，基体呈灰/黑色。

方法用擦拭法：脱脂棉蘸侵蚀剂擦5-10秒（硬度高则延长，低则缩短），立即用无水乙醇冲洗，冷风吹干（热风会改变组织）。

程度控制：侵蚀不足则基体组织不清，无法区分铁素体与珠光体；过度则石墨球边缘腐蚀，圆度测量错误。可通过显微镜调整——若组织不清，再擦2-3秒至对比度适中。

制备过程的质量核查

每步完成后需核查，避免后续无效劳动：

截取后：100倍显微镜观察，若有热影响区（石墨边缘模糊、马氏体），重新用线切割截取。

镶嵌后：检查镶嵌体有无气孔、缝隙或样品倾斜——气孔会导致树脂脱落，缝隙导致边缘翘起，倾斜导致抛光不均，需重新镶嵌。

研磨后：10倍放大镜看表面，若有深划痕或局部不平整，回到上一道砂纸重新研磨。

抛光后：500倍显微镜观察，若有划痕、雾状或麻点，重新抛光——划痕干扰观察，雾状是抛光剂残留，麻点是抛光布杂质。

侵蚀后：200倍显微镜看组织，石墨球边缘清晰、基体对比度适中则合格；若边缘腐蚀或基体模糊，重新抛光后用稀释侵蚀剂（2%硝酸酒精）缩短时间。

常见缺陷的成因与修正

1. 研磨深划痕：因砂纸粒度跳跃大（如240#→800#）或压力大。修正：回到上一道粗砂纸，逐步递进，减小压力。

2. 抛光雾状：因抛光剂残留或时间不足。修正：用乙醇彻底冲洗，再用0.5μm氧化铝抛1-2分钟。

3. 石墨边缘不清：因侵蚀时间长或浓度高。修正：重新抛光后，用2%硝酸酒精擦3-5秒。

4. 表面麻点：因抛光布有杂质或抛光剂未搅匀。修正：更换抛光布，充分搅拌抛光剂。