连续冷却对QT700组织与硬度的影响.docx
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连续冷却对QT700组织与硬度的影响
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（
+Fe
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（%）
序号
硬度
HB
C
Si
Mn
P
S
Cr
Al
Cu
Ti
Mg
86
223
3.58
2.06
0.311
0.027
0.009
0.020
0.013
0.463
0.021
0.045
87
207
3.57
2.60
0.315
0.025
0.008
0.022
0.019
0.311
0.022
0.037
2、金相组织
86
87
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
86
HB
×100
×400
1号
441
2号
300
3号
285
4号
269
5号
255
6号
240
87
HB
×100
×400
1号
429
2号
280
3号
272
4号
241
5号
275
6号
255
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
+P+A
。
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，远墨球区域，Si使碳的含量起伏加剧，也使奥氏体晶产生贫碳区，而产生部分晶贝氏体形核。
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。
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