黄志伟， 胡闯开， 李志辉

（长春师范大学， 吉林 长春 130032）

摘 要：通过优化球墨铸铁金相试样在预磨、磨光、抛光、侵蚀等制备过程中的制备方法，将更加清晰观察球墨铸铁的金相组织结构。在与传统制备球墨铸铁金相试样相比，强化了细节，制定了标准。经过实验总结，提出可快速稳定制备球墨铸铁金相试样的方法，大大提升了球墨铸铁金相试样制备的质量和效率。

关键词：球墨铸铁；金相组织；试样制备

球墨铸铁的金相试样清晰的金相组织结构可更好地判断球墨铸铁的力学性能。球墨铸铁的金相组织中的石墨常以球状、团状、开花、蠕虫、枝晶的形态而存在，其中球形为最具有代表性的形态，在金相光学显微镜低倍下观察球状石墨时，外形相似圆形；高倍时，为不规则多边形，呈散射状^[1]。优秀的制备方法能让球墨铸铁的金相组织结构完整呈现出来。经试验总结，采用机械预磨垣手工磨制的制备手法为佳。

1 制备试样的设备及材料

金相试样的制样设备通常选用 M-2 型金相试样预磨机与 P-2G 型抛光机，磨光的砂纸通常选用180 号、400 号、800 号、1000 号、1200 号、2000 号的水磨砂纸。抛光时采用金刚石抛光膏，侵蚀液用含量为 4%的硝酸酒精溶液。

预磨前应选取合适的试样, 试样通常在具有有代表性的部位进行截取。球墨铸铁试样最佳截取的面积为 10 mmX10 mm 左右，这样磨制、抛光效果较佳，可更好对金相组织进行分析。

2 机械预磨试样

1）首先确认预磨机是否能正常运行，检查机器有无异常现象，去除潜在因素，并清楚预磨机的旋转方向（一般为逆时针旋转）。

2）根据预磨机的研磨盘尺寸，将 180 号的水磨砂纸剪裁同样大小，裁好后浸湿并安装固定在预磨机的研磨盘中。

3）将自来水管与预磨机连接，将水龙头放置研磨盘中心，打开预磨机水龙头，调节好水龙头水流的大小（水流直径以 3~6 mm 为宜）。

4）接通电源，打开预磨机开关，研磨盘开始运转。

5）用食指、拇指、中指握紧球墨铸铁试样，将试样边缘以水平面 45毅方向放入研磨盘磨倒角，轻轻用力按压试样并利用手腕力量旋转试样边缘 10°~30°，球墨铸铁质地较软，每次磨制时间 3~6 s 应将试样提起，及时观察试样磨制程度，顺时针或逆时针旋转30毅继续磨制，重复操作 5-10 次直至试样倒角外观圆润并满足（0.5~1.0 mm）X45°即可。

6）磨制倒角后，将试样角度调整回水平，在距研磨盘中心 1/3 处位置握紧试样缓慢放下磨制，在试样与砂纸之间接触润滑并无跳动时，适当施加压力磨制，每次球墨铸铁试样在研磨盘上的时间不可以超过 25 s，当试样磨制表面平整，磨痕方向一致且完全消除试样表面原有加工痕迹时，即可关闭水龙头，关闭预磨机，经过粗磨后的在显微镜下金相组织如图 1 所示^[2]（注意整个预磨环节总时间控制在 3~5 min，关闭预磨机后及时将 180 号水磨砂纸拆卸下，并擦干研磨盘的水分）。

3 手工磨制试样

1）为防止对球墨铸铁试样造成意外划痕，将工作台面清理整洁，无颗粒或灰尘存在。将砂纸按照从细到粗的顺序从上到下依次叠放并放置一侧。

2）首先将 400 号水磨砂纸横着平铺在工作台面，一手按住砂纸底部，另一只手的中指与拇指夹住试样，食指压在试样上方，让试样的上一道磨痕方向与磨制方向垂直并和砂纸紧密接触，拇指食指用力，让试样从砂纸左侧平稳推进至砂纸右侧，接着提起试样重新回到起始位置，进行二次磨制。（球墨铸铁硬度较低，稍稍用力即可），经 400 号砂纸磨制后的显微镜下的金相组织如图 2 所示。

3）重复磨制步骤直至试样磨制表面平整，磨痕方向一致且完全消除上一道划痕（磨制要点为快，稳，准）。

4）按照从粗到细的顺序换上砂纸并重复步骤 2 和步骤 3 的操作，经 800 号、1000 号、1200 号、2000 号砂纸磨制后在显微镜下金相组织分别为图 3、图4、图 5、图 6 所示（400 号、1000 号砂纸磨制时间稍久）。

5）每更换一道砂纸前，用嘴轻轻吹掉试样表面存在的磨屑颗粒，并及时清理工作台面整洁，以无肉眼可见金属颗粒和灰尘为标准，接着放上下一道水磨砂纸，将试样旋转 90°让磨痕方向与磨制方向垂直进行下一道砂纸的磨制^[3]。

6）最后一道砂纸磨制之后，在光线下仔细观察试样是否存在过深划痕或者方向不统一的划痕，如有存在应及时返工磨制。

4 试样抛光

1）首先确认抛光机是否能正常运行，检查抛光布是否完整无破损的平整安装在抛光机上（抛光布安装方法：将湿润的抛光布平整的铺在抛光盘上，将固定箍环压紧抛光布套在抛光盘上，套在抛光盘上后可用手指捏着抛光布边缘向下拽紧，让抛光布更加平整的贴在抛光盘上），然后清楚抛光机的旋转方向（一般为逆时针旋转）。

2）正式抛光前，需用清水将手和试样进行冲洗，将手和球墨铸铁试样表面存在的金属磨屑和颗粒冲去除，消除存在的影响因素。

3）冲洗过后，将抛光膏挤出绿豆大小，均匀涂抹抛光盘上，留少许抛光膏固定在抛光盘中心（抛光膏不易过多，否则后期观察试样，金相组织较脏）。

4）开启抛光机，左手拿装有冷却水的滴瓶，控制力度让水滴缓慢均匀的滴在抛光盘上，由于球墨铸铁含有球状石墨，滴落水滴不应过大(水流较大，金相组织中石墨易扩散，形状不规则，易产生石墨“拖尾”现象，如产生此现象，将试样反方向或旋转 90°抛光 15~25 s 即可消除^[4]。)右手的拇指、食指、中指用力夹住试样将试样抛光面放置离抛光盘中心 2/3处，缓慢放下试样，力度从大到小，使试样紧密贴合在抛光盘上。

5）试样抛光共分为三个阶段：第一阶段：将试样在离抛光盘中心 2/3 处磨制，此阶段用力稍大，主要抛光球墨铸铁试样在 2000 号砂纸产生的粗大划痕，按四个方向相同力度进行抛光，计算时间 15~30 s， 每次每个方向抛光结束后，用适量清水冲洗，仔细观察试样表面有无划痕。第二阶段：待试样表面无明显粗大划痕可将试样向抛光盘中心缓慢移动，间隔性的将中心处留有的抛光膏粘附出来，此阶段主要消除试样在抛光盘上产生的细小划痕，力度稍稍降低，同样四个方向进行抛光，可使试样在抛光盘上上下短距离移动，直至划痕消除为止。第三阶段：将试样缓慢移动至抛光盘中心，控制滴瓶调大水滴滴落速 度，但不能成股流出，此阶段主要洗清试样表面残留抛光膏。

6）最终，关掉抛光机电源，用清水冲洗试样表面，抛光结束后试样在显微镜下金相组织如图7所示。

5 金相试样的侵蚀

抛光结束的球墨铸铁试样在光学显微镜下观察，只能看到大大小小的黑点，仅可以观察铸铁中的石墨和非金属金属夹杂物等，不能观察金相组织及结构特征。所以利用化学试剂的溶液借化学或电化学的作用下显示金相组织。

常用侵蚀剂为 3%~5%硝酸酒精溶液，侵蚀方法常用“擦拭法”与“浸入法”：“擦拭法”利用棉球蘸取硝酸酒精溶液，将试样倾斜 45毅，按同一方向擦拭 4~ 8 次；“浸入法”利用夹子夹取试样，将试样表面完全浸入侵蚀溶液中（不可将试样表面触碰容器壁或容器底部），等待 8~15 s，将试样夹出。

侵蚀过后，快速用清水冲洗试样表面残留侵蚀液，在用酒精溶液冲洗^[5]，最后用吹风机按同一方向吹干即可。

经侵蚀后，试样在显微镜下金相组织如图 8 所示。

6 结语

金相试样的显微组织图是观察球墨铸铁的力学性能重要判断依据，快速稳定制备球墨铸铁金相试样，关键要掌握好磨制，抛光和侵蚀这几个阶段的重要操作，根据制备出现的问题及时采用对应措施，从而制备高质量的球墨铸铁金相试样。

参考文献

[1] 盛达.球墨铸铁工业生产 60 年的发展[J].现代铸铁，2009（2）： 51-55.

[2] 刘艳英，臧金旺，李宪武.金相试样制备过程概述[J].工艺装备， 2010（1）：46-48.

[3] 李满.金相试样的制备[J].天津市经理学院学报，2014（3）：93-94.

[4] 吕红巧.球墨铸铁金相试样的制备[J].理化检验 - 物理分册， 2009（6）:355-373.

[5] 燕样样.浅谈铸铁金相试样制备方法[J].金属热处理，2007，32 （3）：104-105.