连续冷却对QT组织及硬度的影响

实验报告连续冷却对QT700组织及硬度的影响技术一部2009年 8 月3日一、前言金属材料的热处理过程一般是有加热、保温和冷却三个阶段所组成，其目的是改变金属及合金的内部组织结构，使其满足服役条件所提出的性能要求。为了使经热处理后得到所要求的组织和性能，应加热至相变临界点以上，形成奥氏体，然后再以一定的冷速进行冷却，根据冷却速度的不同，可得到很多不同的组织，有：马氏体、贝氏体、珠光体等。球墨铸铁的基体组织对球墨铸铁性能有重要影响，通过改变球墨铸铁的基体组织，不仅可以有效地调整球墨铸铁的强韧性能，而且可以使球墨铸铁具有良好的耐磨性能和抗冲击性能。对于铸态QT700珠光体含量低，必须经热处理工艺来提高珠光体的含量， 增加 QT700的硬度值。 将其加热到奥实体化温度900左右， 进行冷却。奥氏体向珠光体转变（+Fe3 C），从而增加珠光体的含量，改善铸件的组织及性能。目前针对 GMS小行星架热处理后，珠光体含量无法提到。现研究热处理时冷却速度对组织的影响，珠光体在不同冷速下的含量差异。二、试验目的1、了解奥氏体转变过程。2、掌握热处理工艺的作用和目的。3、研究 QT700热处理时不同冷却速度下，组织及硬度的变化。4、了解成分不同时对热处理工艺的影响三、试样材料和装置材料： GMS小行星架浇注系统、硝酸、酒精装置：轻型台式砂轮机、 金相试样抛光机、 HB-3000B型布氏硬度计、 箱式电阻炉、电子光学显微镜四、试验方案1 、分别取 GMS小行星架 86、87 的浇注系统，截取长度为 200mm的试棒两根。编号为 86、 87。2、将取好的试棒置于马弗炉中加热到900，并保温1 小时。3、把加热的试棒进行底端淬火，即下端用水冲，如右图。时间约7 分钟，致使温度降到约400左右。4、将冷却的试棒86、 87，分别在淬火的那段（底端）加工长15mm、直径30mm的圆柱形试样，从底端依次编好号为1、 2、3、4、 5、 6 号。每个试样在靠近底端的那个面进行硬度测量和金相观察。五、原始数据：硬度及成分、金相组织1、硬度及成分（ %）序硬度CSiMnPSCrAlCuTMg号HBi862233.52.00.30.00.00.00.00.40.00.0861127092013632145872073.52.60.30.00.00.00.00.30.00.07015250822191122372、金相组织8687从金相照片来看，他们的原始组织珠光体含量差不多，但硬度值有点差异，86的硬度值大了不少，从成分来看，86 中的铜要高了一些，分析铜对组织及球化的影响，可判断是铜的作用使得他们的原始硬度存在一定的差异。六、实验结果：硬度与组织金相86HB 100 4001441号2300号3285号4269号5255号6240号87HB100 4001429号2280号3272号4241号5275号6255号七、结果与分析1、从硬度测量来看，试样86 的硬度从 1 号到 6 号依次减小。 1 号硬度很高，高达 441，他们的硬度都高于原始硬度。试样87，从 1 号到 4 号硬度也逐渐减小，他们的硬度与试样86 对应的差不多。但是5 号和 6 号硬度有所回升，大小与2 号、 3 号差不多。2、从金相照片可看出，试样86、 87中的1 号都是马氏体组织，试样86 中从2号到 6 号组织是以珠光体为主，其含量逐渐减少。试样87 中的 2、3、4 号同样是以珠光体为主，含量也在逐渐减少，但在5、6 号组织中出现了贝氏体，是一中黑针状的下贝氏体。3、组织与硬度值基本上是对应的，马氏体的硬度很高， 是一种在较低温度下发生的无扩散型相变； 贝氏体的硬度也较高，它是奥氏体在中温区发生的相变；其它的硬度值随珠光体含量而发生变化。实际上存在贝氏体组织的硬度值要比实验中的高，试样 87 中 5、6 号硬度值较低是由于组织中有残余奥氏体，6 号中的残余奥氏体量就要多，致使其硬度较5 号小了不少。因为贝氏体相变过程都会有残余奥氏体生产。4、热处理以后， 硬度较原始值都明显高很多，组织也变得复杂多，从金相照片可以看出，有几个基体的组织不再是原来的珠光体加铁素体，有的有好几种组织。如试样 87 中有 B下 +P+A残 。5、冷却速度对基体的组织及硬度有很大的影响，试棒经底端淬火后， 从底端到顶端各个部位的冷速都不一样，所得组织有较大的差异。 从金相照中也可以看出，试样 86 从 2 号到 6 号珠光体的含量依次减少。所以要得到合理的性能，热处理过程中，必须控制好冷却速度。6、试样 87 中 5、6 号出现了贝氏体，对比他们的成分时发现，试样87 中的 Si较高。个人认为是Si 的含量高，诱发贝氏体相变。具体是什么原因导致贝氏体的出现？目前还很难理解，到底是Si 的原因，还是操作原因，但对比试样86，同样的操作就没出现贝氏体。但是他们认为Si 的含量没有这么高，测量时不准确，这就不得而知，还得做一些实验来证实此种现象。八、讨论1、冷却速度怎样控制？本实验是从底端淬火，从而使试棒的各个部位的冷却速度不一样，但是不知道冷速到底为多少， 只是说明他们的冷速存在差异。冷速到底怎样控制呢？应该采取一些措施控制冷速， 使珠光体含量增多而又不影响铸件的性能。对于热处理厂应该有很好的冷却措施， 特别是对于大的且发杂的铸件，不能用单纯的一种冷却措施来控制，应该多种集合，或者找到一种更合适的冷却办法。2、为什么有的试样出现了贝氏体？实验中发现试样87 中中间位置有贝氏体存在， 说明在热处理过程中发生了贝氏体相变，而试样86 中就没有贝氏体生成，这是什么原因导致贝氏体相变的？比较86、87 他们的成分，发现试样87 中Si的含量偏高，其他成分差不多，难道是Si的含量高了诱发贝氏体相变，经查阅资料，发现很多关于Si对贝氏体转变影响的文章。Si 能增加奥氏体中碳的活度，使碳向石墨聚集，贫碳区增加，贝氏体的形核几率提高，远离石墨球区域，Si 使碳的含量起伏加剧，也使奥氏体晶内产生贫碳区，而产生部分晶内贝氏体形核。Si加速相变，缩短孕育期，对贝氏体相变不产生拖曳作用，促进贝氏体相变更完全。这都说明Si 可以诱发贝氏体相变。从存在贝氏体试样的硬度开看，其硬度值跟含珠光体量较多的差不多，如果消除残余奥氏体，其硬度会更高，所以贝氏体球铁的性能应该比珠光体球铁的性能更优越。