中加入球化剂和孕育剂，而获得具有球状石墨的铸铁。
球墨铸铁的成分中，C、Si的质量分数较高，Mn的质量分数较低，S、P质量分数限制很严，同时含有一定量的Mg和稀土元素。球墨铸铁常见的基体组织有铁素体、铁素体＋珠光体和珠光体三种。通过合金化和热处理后，还可获得下贝氏体、马氏体、托氏体、索氏体和奥氏体等基体组织的球墨铸铁。
在石墨球的数量、形状、大小及分布一定的条件下，珠光体球墨铸铁的抗拉强度比铁素体球墨铸铁高50%以上，而铁素体球墨铸铁的伸长率是珠光体球墨铸铁的3～5倍。铁素体＋珠光体基体的球墨铸铁性能介于二者之间。经热处理后以马氏体为基的球墨铸铁具有高硬度、高强度，但韧性很低；以下贝氏体为基的球墨铸铁具有优良的综合力学性能。石墨球越细小，分布越均匀，越能充分发挥基体组织的作用。
球墨铸铁的金属基体强度的利用率可以高达70%～90%，而普通灰铸铁仅为30%～50%。同其它铸铁相比，球墨铸铁强度、塑性、韧性高，屈服强度也很高。屈强比可达0.7～0.8，比钢约高一倍，疲劳强度可接近一般中碳钢，耐磨性优于非合金钢，铸造性能优于铸钢，加工性能几乎可与灰铸铁媲美。因此，球墨铸铁在工农业生产中得到越来越广泛的应用，但其熔炼工艺和铸造工艺要求较高，有待于进一步改进。
a）铁素体球墨铸铁 b）铁素体+珠光体球墨铸铁 c）珠光体球墨铸铁
图3 球状石墨
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3、蠕虫状石墨铸铁
这是一种新型的铸铁材料。在浇铸前加入稀土硅铁（蠕化剂），使石墨结晶成蠕虫状。蠕虫状石墨是介于片状石墨和球状石墨之间的石墨形态。这种过渡形 态极象“蠕虫”，片短而厚，头部较圆。如图4所示。
蠕虫状石墨铸铁的强度、塑性、韧性远比普通灰口铸铁好，且具有良好的热传导形，抗热疲劳性，铸造工艺简单，成品率锆，主要用作内燃机上的缸盖、缸套和排气管等耐热构件。
(a) 金相组织 (b)扫描电镜下的蠕虫状石墨
图4 蠕虫状石墨铸铁
4、可锻铸铁
首先浇注成白口铸铁件,然后经可锻化退火(可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨)而获得可锻铸铁。
可锻铸铁中的石墨呈团絮状，如图5所示，大大减轻了石墨对基体金属的割裂作用，使其强度、塑性和韧性比灰铸铁高，接近同样基体的球墨铸铁，而且成本比球铁低，质量稳定，但退火时间长、生产效率低。主要用来制造要求强度较高并承受一定冲击载荷的薄壁零件。可锻铸铁的组织有二种类型：铁素体(F)+团絮状状石墨(G)；珠光体(P)+团絮状石墨(G)。
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a）铁素体可锻铸铁 b）珠光体可锻铸铁
图5 可锻铸铁的显微组织
5、白口铸铁 含碳量在2.11～6.69%范围内的铁碳合金为白口铸铁。根据含碳量的不同又分为亚共晶白口铸铁，共晶白口铸铁，过共晶白口铸铁三类。 1）亚共晶白口铸铁
碳的质量数为2.11～4.3%，室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体，见图6 。黑色树枝状为初生奥氏体转变的珠光体，其周围白色网状物为二次渗碳体。其余为莱氏体，莱氏体中的黑色粒状或短杆状物为共晶珠光体。
图6 亚共晶白口铸铁显微组织
2）共晶白口铸铁
碳的质量分数为4.3%。室温组织为单一的莱氏体，见图7。图中黑色的粒状短杆状为珠光体，白色基体为渗碳体。
图7 共晶白口铸铁组织
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3）过共晶白口铸铁
碳的质量分数为4.3～6.6%之间。室温组织为一次渗碳体和莱氏体，见图8。一次渗碳体呈白色长条状，贯穿在莱氏体基体上，其余为共晶莱氏体。
图8 过共晶白口铸铁组织
四、实验内容
观察下表所列铸铁试样的显微组织，画出所观察组织的示意图，注意石墨形态。 编号 1 材料 普通灰铸铁 显微组织 片状石墨 基体P+F;P 2 球墨铸铁 球状石墨 基体P+F;P 3 蠕虫状铸铁 蠕虫状石墨 基体P+F 4 可锻铸铁 团絮状石墨 基体P+F;P 5 亚共晶白口铸铁 珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体 6 共晶白口铸铁 莱氏体(珠光体+渗碳体) 7 过共晶白口铸铁 一次渗碳体和莱氏体 4％硝酸酒精 400 4％硝酸酒精 400 4％硝酸酒精 400 4％硝酸酒精 400 4％硝酸酒精 400 4％硝酸酒精 400 腐蚀剂 4％硝酸酒精 放大倍数 400 五、实验报告要求 1、实验目的
2、画出所观察的组织示意图，注明组成物名称、特征。
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实验八 碳钢金相试样的制备、组织观察
及力学性能的测定
一、实验目的
（1）熟悉金相显微镜的光学原理和构造。 （2）初步掌握金相显微的使用方法。 （3）了解金相试样的制备过程。
（4）初步掌握金相试样制备、浸蚀的基本方法。 （5）观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 （6）掌握铁碳合金成分、组织、性能之间的变化规律。 （7）了解硬度测定的基本原理及常用硬度试验法的应用范围。 （8）学会正确使用硬度计。
二、实验相关知识
（一）金相显微镜的构造和使用 1、实验仪器
金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。将专门制备的金属试样放在金相显微镜下进行放大和观察，可以研究金属组织与其成分和性能之间的关系；确定各种金属经不同加工及热处理后的显微组织；鉴别金属材料质量的优劣，如各种非金属夹杂物在组织中的数量及分布情况，以及金属晶粒度大小等。因此，利用金相显微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料研究中的一种基本实验技术。简单地讲，金相显微镜是利用光线的反射将不透明物件放大后进行观察的。下面分别介绍金相显微镜的基本原理、构造和使用方法。
图1 单目与双目光学金相显微镜
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