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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- 连续 冷却 QT700 组织 硬度 影响