球墨铸铁球化率检测-研磨金相分析检测

核心概念：什么是球化率？

球墨铸铁：通过在熔化的铁水中加入球化剂（通常为镁、铈等），使石墨在凝固过程中长成球状或近似球状，从而极大地提高了铸铁的强度、塑性和韧性。

球化率：在显微镜下，并非所有石墨都能完美成球。球化率 定义为视场中球状石墨和团状石墨的数量占总石墨数量的百分比。它直观地反映了球化处理工艺的成功程度。

石墨形态分类（根据国家标准GB/T 9441）：

球状石墨

团状石墨

团絮状石墨

蠕虫状石墨

枝晶状石墨

通常，前两类（球状、团状）被认为是“球化良好”的石墨，计入球化率。

为什么要检测球化率？（目的与意义）

性能预测与控制：球化率与球墨铸铁的力学性能（尤其是伸长率和冲击韧性） 有极强的正相关性。球化率越高，材料的塑性和韧性越好。

工艺评定与优化：球化率是检验球化处理工艺（如喂线法、冲入法）是否有效、球化剂加入量是否合适的直接依据。

产品质量判定：根据产品要求（如风电铸件、汽车曲轴等），对球化率有明确的等级要求（通常要求≥80%或更高）。球化率不合格可直接判定产品不合格。

失效分析：如果铸件发生早期断裂，低球化率往往是首要怀疑的原因之一。

检测标准与方法

中国和国际上对此有非常明确和统一的标准。

核心标准：

GB/T 9441-2021 《球墨铸铁金相检验》（中国现行标准）

ISO 945-1:2019 《铸铁微观结构 第1部分：石墨分类的视觉描述》（guojibiaozhun）

检测方法主要分为 【图谱对比法】 和 【图像分析法】。

方法一：图谱对比法（Zui常用、Zui传统的方法）

这是标准规定的基准方法，依靠检验人员在显微镜下与标准评级图进行比对。

操作流程：

取样与制样：

取样位置：必须在铸件的关键部位或有代表性的部位（如单铸试块、附铸试块或本体）取样。

制样：与一般金相样品制备相同（取样 → 镶嵌 → 磨抛 → 轻微腐蚀）。注意：观察石墨形态时通常在未腐蚀 状态下进行，以清晰观察石墨；腐蚀则用于观察金属基体（如珠光体、铁素体含量）。

显微镜观察：

使用未腐蚀的样品，在光学金相显微镜下观察。推荐使用100倍 物镜进行评级。

评级与计算：

将显微镜下看到的视场与GB/T 9441-2021 标准中的石墨形态标准评级图进行对比。

标准图将石墨分为6个类型，对应不同的球化级别：

球化率1级：球状石墨 ≥ 95%

球化率2级：球状石墨 ≈ 90%

球化率3级：球状石墨 ≈ 80%

球化率4级：球状石墨 ≈ 70%

球化率5级：球状石墨 ≈ 60%

球化率6级：球状石墨 < 60%

检验人员需要评估整个视场，判断其Zui接近哪个级别，从而确定该视场的球化级别。

特点：快速、直观，但存在一定的主观性，依赖于检验人员的经验。

方法二：计算机图像分析法（现代、客观、趋势）

随着技术进步，计算机辅助的图像分析系统已成为主流，尤其是在大型和正规的铸造企业。

操作流程：

前段流程相同：取样、制样、显微镜观察。

图像采集：通过高分辨率的数字摄像头采集金相图像。

软件分析：

软件通过灰度阈值自动识别并分割出视场中的所有石墨颗粒。

对每个石墨颗粒的形状参数进行测量计算，Zui核心的参数是形状因子。

形状因子 = (4π × 面积) / (周长)²

完美圆形的形状因子 = 1。

形状越不规则、越偏离圆形，形状因子越小于1。

自动判定与计算：

软件根据预设的形状因子阈值（通常基于国家标准），自动将每个石墨颗粒判定为“球状石墨”或“非球状石墨”。

球化率 = （球状石墨个数 / 总石墨个数）×

特点：

优点：客观、重复性好、可批量处理、能给出石墨大小、数量、分布等更多数据。

缺点：对样品制备质量要求高（划痕、污点可能被误判为石墨），软件阈值设置需要校准。