黑铅球状化率的高效测量和评价

何谓延性铸铁

“延性铸铁（FCD材料）”是通过将黑铅（石墨）球状化来赋予较好的机械特性的一种铸铁，也称为球状黑铅铸铁或可锻铸铁。
作为代表性铸铁的灰口铸铁（FC材料）与延性铸铁的区别在于，灰口铸铁所含的黑铅呈片状，因此应力更容易集中，材料会比较脆（韧性低）。而延性铸铁的Mg（镁元素）含量为0.04%，Ce（铈）和Ca（钙）含量各超过0.02%，黑铅结晶成球形，因此具备耐摩擦性、高粘性（韧性）等较好的机械特性。
延性铸铁主要用于上下水道、煤气等各类配管材料。除此之外，在汽车部件等追求韧性和耐摩擦性的应用中也得到广泛使用。

黑铅球状化率、圆整度与机械特性

延性铸铁等球状黑铅铸铁件的黑铅分布比例（黑铅球状化率）和黑铅的球形程度（圆整度）与耐摩擦性、韧性、拉伸强度、延性等机械性质有很大关联。
因此，在评价延性铸铁时，黑铅球状化率和圆整度的定量测量和评价对保证品质和特性来说极其重要。

圆整度的计算方法

如图所示，材料内观察到的黑铅的最大直径（长轴）为L，面积为S，以最大直径作为直径的圆为D，把面积S除以D的面积，就可求出用于评价黑铅球化程度的“圆整度（R）”。

也就是说，各值之间的关系如下。

稍作整理，得到以下求圆整度的计算公式。

黑铅球状化率的计算方法

在计算黑铅球状化率时，使用根据工业标准的标准化圆整度分类和尺寸的参照编号。下面将介绍根据ISO 945实施的分类、规格，以及使用前两者计算球状化率的方法等。

以下是符合ISO的基准，不过规格可能会适当调整。请务必确认最新的规格。

按圆整度分类

Ⅵ：

球状黑铅（spheroidal graphite）
圆整度（R）：≧0.80

V：

略微不规则的球状黑铅（slightly irregular spheroidal graphite）
圆整度（R）：0.60≦至<0.80

IV：

不规则的球状黑铅（irregular spheroidal graphite）
圆整度（R）：0.45≦至<0.60

III：

蠕虫状（紧密）黑铅（vermicular [compacted] graphite）
圆整度（R）：0.10≦至<0.45

I：

片状（鳞片）黑铅（lamellar [flake] graphite）
圆整度（R）：<0.10

按尺寸分类参照编号（size class）

参照编号	黑铅的尺寸（mm）
1	≧1
2	0.5≦至<1
3	0.25≦至<0.5
4	0.12≦至<0.25
5	0.06≦至<0.12
6	0.03≦至<0.06
7	0.015≦至<0.03
8	<0.015

根据ISO，小于10 μm的黑铅不列为计数目标。

黑铅球状化率的计算方法

要计算黑铅球状化率，将尺寸不小于10 μm，根据圆整度分类为“V”和“VI”的黑铅面积除以尺寸不小于10 μm的黑铅总面积，得到的值即为黑铅球状化率。
以下是求球状化率的计算公式和代入值的说明。

AvI：

不小于最小尺寸（10 μm），根据圆整度分类为“VI”的黑铅面积。

Av：

不小于最小尺寸，根据圆整度分类为“V”的黑铅面积。

Aall：

不小于最小尺寸的黑铅总面积。

黑铅球状化率的自动面积测量、计数

4K数码显微系统“VHX系列”通过特有的观察系统实现了大景深，可轻松获取视野整体对焦的清晰图像。由此，可用清晰的4K图像捕捉样品中含有的黑铅及其形状。使用这些高精细图像，可对黑铅无缝实施自动面积测量、计数，因此可快速获取定量的分析结果。

此外，自动面积测量、计数功能在指定条件下识别球状化后的黑铅，除了个数和面积之外，还可自动地快速获取总面积、总面积率，甚至黑铅的最大直径及其平均值、标准偏差、最大值、最小值等各种数据。

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提高黑铅球状化率制作报告的效率

4K数码显微系统“VHX系列”不仅能高精度地自动测量球状化后的黑铅，还可利用获取的图像数据和数值数据自动制作报告。
“VHX系列”可直接安装Excel，即使不使用PC，也可直接输出报告。根据目的将分析数据输出到模板中，并按照规格自动计算出数值。此外，还可将作为分析目标的图像自动布局。

下图是用1台设备“VHX系列”获取黑铅的观察图像和分析数据，并输出到Excel模板的示例。这样就可自动制作出报告，显示按照符合ISO的圆整度实施的分类（type）、参照编号（size class）、个数（count）、各类面积测量结果、黑铅球状化率（nodularity）。
可大幅减少用于分析、计算、数据管理等制作报告工作的精力和时间。

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