三、球状石墨
球状石墨有过渡态、常态、异态和壳形四种。
（一） 过渡态球状石墨——团虫形
在球状石墨与蠕虫状石墨之间存在着过渡态球状石墨——团虫形石墨。
在光学显微镜下，团虫形石墨的几何形状多不规则，其特征是在团形石墨上长出分枝，分枝具有蠕虫状石墨的特征。因此，团虫形石墨是由团形石墨和分枝的蠕虫状石墨组成。
在扫描电镜下观察，团虫形石墨经深腐蚀后具有独立的共晶团，一个团虫形石墨与另一个团虫形石墨之间彼此孤立，没有互相联系。团虫形石墨见图2-24和图2-25。
图2-24 团虫形石墨 200×
图2-25 团虫形石墨（SEM） 2000×
（二） 常态球状石墨
常态球状石墨有不规则型和规则型两种。在不规则型中，有花瓣形和团形两种。
1．花瓣形石墨
在光学显微镜下，花瓣形石墨具有花瓣形特征，并呈偏光效应。经离子轰击的试样，用扫描电镜观察表明，花瓣形石墨与球状石墨有相同之点，即它也具有年轮状构造特征，但它的外层则呈不规则形状。因此，花瓣形石墨是一种不规则的球状石墨。花瓣形石墨见图2-26和图2-27。
2．团形石墨
在光学显微镜下，团形石墨表现为一个个孤立的、外形很不规则的块形。经深腐蚀后，在扫描电镜下的观察表明，光学显微镜下一个个孤立的团块在同一共晶团内是互相联系的。这种石墨的几何形状很不规则，表面有较大的起伏。局部放大可以看到表面具有螺旋生长的特征。
图2-26 花瓣形石墨 100×
图2-27 花瓣形石墨（SEM）
（a）花瓣形石墨 （低倍SEM） 200×；（b）花瓣形石墨心部 （SEM） 1000×
热腐蚀试样的扫描电镜观察表明，团块形石墨具有较明显的年轮状纹理，尤其在靠近石墨外层处，呈现出规则的年轮状特征。因此，团块形石墨应属于球状石墨类型，它也是一种不规则的球状石墨。团形石墨见图2 28和图2-29。
图2-28 团形石墨 100×
图2-29 团形石墨（SEM） 300×
3．球状石墨 （球形石墨） ——规则型
光学显微镜下，正常规则的球状石墨呈孤立的圆形或多角形而存在，其表面光洁程度不同，内部包有不同量的金属相，有明显的偏光效应。由工业钝镁、稀土合金及稀土镁合金等多种球化剂对铸铁铁水进行球化处理，均可得到规则型球状石墨。
图2-30 球状石墨 100×
经深腐蚀后，在扫描电镜下观察，石墨球呈多边形球体，在球体表面并不光滑，均有不同程度的起伏，并且，球内包含有不同量的金属相，使石墨球疏松程度不同，经深腐蚀后，这里成为黑色空洞。石墨球表面呈现出明显的螺旋生长特征。
经热氧腐蚀后的扫描电镜照片表明，球状石墨具有鲜明的年轮状结构特征，整个石墨球被一些辐射状条纹划分成多个扇形，表现出球状石墨的多晶体特征。可以看出其长大方向主要是沿c轴 [0001]方向进行。球状石墨见图2-30～图2-32。
图2-31 球状石墨（偏光） 400×
图2-32 球状石墨（SEM） 2000×
（三） 异态球状石墨
1．开花形石墨
在光学显微镜下，开花形石墨由互无联系的块形石墨组成，很像是球状石墨爆裂而形成，外周仍大体保持圆形。
经深腐蚀后，在扫描电镜下观察表明，一个开花形石墨由周围的金属基体包围着组成一个共晶团；在共晶团内部，组成开花形石墨的小块彼此连接在一起；高倍观察其外周的表面，具有明显的螺旋生长特征。开花形石墨与球状石墨表面雷同。
图2-33 开花形石墨 100×
经热氧腐蚀后的扫描电镜观察表明，开花形石墨具有年轮状组织，说明它也和球状石墨一样沿c轴 [0001]方向生长。因此，可以认为开花形石墨是一个在生长过程中未能填满的球体，是一种异态的球状石墨。开花形石墨见图2-33和图2-34。
2．雪花形石墨
图2-34 开花形石墨（SEM）500×
当稀土元素加入过量时，则出现雪花形石墨。在光学显微镜下观察，雪花形石墨是由很多块形石墨组成，呈辐射状向四处散出，但其外周不保持球形。
经离子轰击后，在扫描电镜下观察表明，这些块形石墨互相联系在一起。先有核心，然后分枝长大，但始终保持沿c轴辐射生长。此种形态的石墨并不多见。
3．碎块形石墨
在大断面球墨铸铁件的热节处经常以聚集形式出现。在碎块形石墨聚集区，石墨所占面积显著增大，因而断口呈灰色，形成“灰斑区”。
在光学显微镜下，碎块形石墨呈一个个孤立的厚度不断变化的长条状、点状及扇形块状，并有明显的偏光效应。它们以聚集的形式存在，有时呈枝晶状分布，邻近碎块状石墨聚集区存在着一些大而圆整的石墨球，经深腐蚀后，碎块形石墨在同一共晶团内是互相联系在一起的，它们由中心呈辐射状生长。其生长的端部表现出明显的螺旋生长特征。
经离子轰击和热氧腐蚀后，碎块形石墨呈现出明显的年轮状结构。因此，碎块形石墨属于球状石墨结晶的范畴，是球状石墨的一种畸变形态。碎块形石墨见图2-35～图2-38。
图2-35 碎块形石墨 100×
图2-36 碎块形石墨（偏光） 500×
4．球虫形石墨
在大断面球墨铸铁的生产中，能够发现一种由球状石墨和蠕虫状石墨组合而成的石墨形态——球虫形石墨。
在高倍显微镜下，可以看到，这种石墨本来是按照球状石墨生长的，后来，在球状石墨的外缘，往往沿其切线方向生长出蠕虫状石墨。在偏振光下观察，可以看到组成球虫形石墨的球状石墨具有鲜明的球状石墨所具有的偏光效应。
图2-37 碎块形石墨（SEM） 3000×
图2-38 碎块形石墨局部 4000×
图2-39 球虫形石墨（偏光） 300×
由于这种球虫形石墨的主体是球状石墨，所以它属于球状石墨的范畴；由于这种球虫形石墨的几何形状具有分枝，所以它属于异态的球状石墨。球虫形石墨见图2-39～图2-41。
5．球片状石墨
球片形石墨在光学显微镜下的形态是在球状石墨上伸展出片状石墨。在偏光下，作为本体部分的球状石墨有偏光效应；而伸展出的片状石墨则没有偏光效应。
经深腐蚀后，在扫描电镜下观察，球片形石墨是在一个不太圆整的球状石墨外周生长出一个或数个片状石墨，它们与周围金属基体一起形成一个独立的共晶团。
图2-40 球虫形石墨（SEM） 1000×
图2-41 球虫形石墨切面（SEM） 1200×
经热氧腐蚀后在扫描电镜下观察，可以看到作为球片形石墨的球形石墨部分呈年轮状结构；而分枝部分的石墨片则具有平行纹理。显然，这种石墨是由原始的球状石墨畸变而形成。因此，球片状石墨应属球状石墨的范畴。球片状石墨见图2-42和图2-43。
图2-42 球片形石墨 100×
图2-43 球片形石墨（SEM） 1200×
6．蟹形石墨
在光学显微镜下，可以看到一个很不规则的团块形石墨，它向各方向伸出许多片形分枝、形如螃蟹。
深腐蚀后的扫描电镜观察表明，蟹形石墨的中心部分是团块形，即不规则的球形，围绕它生长出大量较尖锐的石墨片。
经热氧腐蚀后，蟹形石墨的本体及伸展出的石墨片都在一些局部区域呈现出年轮状纹理，在伸展出的 “肢体”部分大都呈现片状石墨的平行纹理。因此，蟹形石墨属于球状石墨范畴，是球状石墨的一种畸变形态。
由于球虫形、球片形和蟹形石墨都是在球状石墨的主体上长出各种分枝 （如果分枝是蠕虫状石墨，则叫做球虫形；如果分枝是几个较粗大的片状石墨，则叫做球片形；如果分枝是很多而又细小的片状石墨，则叫做蟹形石墨），所以又把这三种石墨形态统称为带足型的异态球状石墨。蟹形见图2-44～图2-48。
（四） 壳形球状石墨
在生产条件下，一般是遇不到壳形石墨的，但在经特殊球化处理或在特殊条件下，也会遇到壳形石墨。壳形石墨可能是中空的，也可能是由两个石墨球组成，而内球与外球之间则被金属基体分割开。
在光学显微镜和偏振光下观察，可以看到，壳形石墨应属球状石墨的范畴。但是，由于它的生长机制特殊，因此把它与球状石墨中的过渡态、常态、异态石墨并列，为另一种球状石墨形态。此种形态的石墨并不多见，在运用气泡学说解释石墨球化机理时，要进行相应的实验，此时可能会出现壳形球状石墨。
图2-44 蟹形石墨 100×
图2-45 蟹形石墨（SEM）2000×
图2-46 蟹形石墨（SEM）（经热氧腐蚀） 800×
图2-47 蟹形石墨局部（SEM）（经热氧腐蚀） 3000×
图2-48 蟹形石墨局部（SEM）（经热氧腐蚀） 3000×
【注释】
[1]1979年，我国成立了铸铁石墨形态分类与命名委员会。在全国许多单位的支持与协助下，进行了大量工作，在1980年完成初稿的基础上，该委员会于1981年完成了 “铸铁石墨形态的分类与命名”的文稿并已公开发表。本章就是此文稿的主要内容。本书作者是此文稿的执笔人。文中所列举的石墨形态除絮状石墨以外均可能在球墨铸铁的生产中出现。