機械設計制造及其自動化論文GCr15軸承鋼電脈沖球化退火熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化

PAGEPAGE14本科畢業(yè)論文（設計）論文題目：GCr15軸承鋼電脈沖球化退火熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化GCr15bearingsteelballofelectricalpulseparametersofannealingheattreatmentprocessoptimization學生姓名：所在院系：機電學院所學專業(yè)：機械設計制造及其自動化導師姓名：完成時間：

GCr15軸承鋼電脈沖球化退火熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化摘要GCrl5鋼是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的一種滾動軸承鋼鋼，為提高軸承鋼的使用壽命，改善組織性能，一直是工作者關(guān)注的問題。而鍛扎狀態(tài)的GCrl5滾動軸承鋼原始組織中碳化物的形態(tài)，尺寸和分布，對軸承鋼使用壽命的提高至關(guān)重要。在工業(yè)生產(chǎn)中一般通過傳統(tǒng)普通等溫球化退火處理工藝，使GCrl5滾動軸承鋼組織中碳化物以細小顆粒狀、彌散分布在基體中。但傳統(tǒng)的普通等溫球化退火工藝，由于加熱溫度高、保溫時間長(既13h左右)或工藝復雜，使等溫球化退火工藝過程的效率顯著下降。因此我們尋找了一種加快碳化物球化速度，提高等溫球化退火工藝效率的新方法，探討了一種在脈沖電場作用下對GCrl5滾動軸承鋼球化退火的新工藝。關(guān)鍵詞：正交試驗法，電脈沖處理，GCr15鋼，球化退火GCr15bearingsteelballofelectricalpulseparametersofannealingheattreatmentprocessoptimizationAbstractGCrl5steeliswidelyusedinindustrialproductioninasteelrollingbearingsteel,bearingsteeltoimprovetheservicelifeandimproveorganizationalperformance,hasbeenaconcernoftheworkers.ThestatebarGCrl5Forgedsteelrollingbearingcarbideoriginalformoforganization,sizeanddistribution,toincreasetheservicelifeofbearingsteelisessential.Industrialproductioningeneralthroughtraditionalordinaryspheroidizingisothermalprocess,sothatrollingbearingsteelGCrl5organizationstosmallgranularcarbide,dispersedinthematrix.However,thetraditionalballofordinaryisothermalannealingprocess,duetothehighheatingtemperature,holdingtimelonger(botharound13h)orthecomplextechnology,sothattheballoftheisothermalannealingprocessefficiencydecreasedsignificantly.Therefore,wefindakindofspeedinguptherateofcarbideballandimproveballisothermalannealingprocessandtheefficiencyofthenewmethods,discussestheroleofapulsedelectricfieldofrollingbearingsteelballGCrl5underthenewprocessofannealing.Keywords：Orthogonaltest,Electropulsing,GCr15steel,Spheroidizingannealing目錄1緒論 12試驗準備 12.1試驗儀器及介紹 12.1.1制作高溫箱式電阻爐的爐門 22.2實驗目的 23試驗原理 23.1退火工藝 23.2球化退火 33.3電脈沖原理 33.4實驗材料 43.5試驗過程 44實驗方案 64.1正交實驗數(shù)據(jù)表 64.2正交實驗設計步驟 74.3測洛氏硬度（HRC）并轉(zhuǎn)換為布氏硬度 85正交實驗結(jié)果及分析 95.1方差分析法 95.2最佳水平 145.2.1各因素水平效應 145.2.2最佳水平的選取 156金相顯微試樣的制備 156.1侵蝕 156.2金相試樣制備 167結(jié)論 16致謝 18主要參考文獻與資料 19PAGE11緒論GCr15鋼是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的鉻系滾動軸承鋼，GCr15鋼是一種合金含量較少、具有良好性能、應用最廣泛的高碳鉻軸承鋼。經(jīng)過淬火加回火后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨性、高的接觸疲勞性能。該鋼冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，對形成白點敏感性能大，有回火脆性。軸承鋼是主要用來制造滾動軸承的零件。如滾珠、滾柱和軸承套圈等。它們在工作時承受著高的集中交變載荷，由于滾珠與軸承套圈之間的接觸面積小，在高速轉(zhuǎn)動的同時還有滑動，會產(chǎn)生很大的摩擦。因此滾動軸承鋼應具有高的硬度、耐磨性和疲勞強度，對鋼的金相組織、化學成分要求是十分嚴格的，否則會顯著縮短軸承的使用壽命。如何提高GCr15軸承鋼的使用壽命，改善組織性能，一直都是材料工作者密切關(guān)注的問題。而鍛軋狀態(tài)下的GCr15滾動軸承鋼原始組織中的碳化物的形態(tài)、分布、尺寸，對GCr15滾動軸承鋼的使用壽命起著至關(guān)重要的決定性因素。在一般工業(yè)生產(chǎn)中，通過傳統(tǒng)常規(guī)等溫球化退火處理工藝，使GCr15滾動軸承鋼組織中的碳化物以細小顆粒狀、球狀，彌散的分布在基體中。但是由于傳統(tǒng)常規(guī)等溫球化退火處理工藝加熱溫度高、保溫時間長且工藝流程比較復雜，使得傳統(tǒng)常規(guī)等溫球化退火處理工藝處理效率低，不利于大規(guī)模的現(xiàn)代化生產(chǎn)。因此，尋找一種加快碳化物球化速度、提高球化退火效率的新方法是解決當前生產(chǎn)茅盾的前提因素。現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)了通過電脈沖場作用，可以顯著提高球化退火工藝的效率，來探討一下脈沖電場對于GCr15滾動軸承鋼球化退火的新工藝。2試驗準備2.1試驗儀器及介紹脈沖電場發(fā)生器一臺功率放大器（2kw）一臺SXZ—2.5—12高溫箱式電阻爐一臺HR—150D型洛氏硬度計一臺材料預磨機一臺材料拋光機一臺電子光學顯微鏡一臺高溫箱式電阻爐的爐門一個2.1.1制作高溫箱式電阻爐的爐門由于原有爐門的保溫性不太好，所以在這次畢業(yè)設計實驗中，我們需要自己制作一個比較保溫的爐門，具體的步驟是這樣的，我先把爐門的具體尺寸測量出來，然后按尺寸進行裁剪。由于實驗中要用到兩個SXZ—25—12高溫箱式電阻爐，所以必須做出兩個完全配合的爐門，所用的材料是石棉和海綿墊子，石棉中含有玻璃絲，不小心弄到身上會很難受的，這是必須注意的。2.2實驗目的退火熱處理具有細化晶粒、均勻組織，降低鋼的硬度，提高塑性，又能為最終熱處理做好組織上的準備。通過球化退火處理使Cr15滾動軸承鋼鋼組織中的碳化物以細小、球狀的形態(tài)彌散分布在基體中。但由于傳統(tǒng)常使用的諸如普通球化退火、等溫球化退火等方法，存在著生產(chǎn)周期長、加熱溫度高、保溫時間長等問題，目前對滾動軸承鋼的預處理是鍛后球化退火,采用這種常規(guī)退火處理工藝,不但周期長,耗能多,效率低,而且很難得到小粒度、分布均勻的碳化物組織，很難達到理想的使用性能要求，往往給經(jīng)濟生產(chǎn)帶來一定的影響。因此采用一種加快碳化物球化速度，提高球化退火工藝效率的新方法，探討一種在脈沖電場作用下對Cr15滾動軸承鋼球化退化的新工藝，本次畢業(yè)設計主要是利用科研工作者對Cr15滾動軸承鋼球化退火實驗的最優(yōu)結(jié)果，與本次畢業(yè)設計的正交實驗—起探討不同方式脈沖球化退火的Cr15滾動軸承鋼組織和性能分析的實驗結(jié)果進行比較和分析，得出最優(yōu)的實驗結(jié)果。3試驗原理3.1退火工藝退火是應用非常廣泛的一種熱處理。在機器零件或工模具等工件的加工制造過程中，退火經(jīng)常作為預先熱處理工序，安排在鑄造或鍛造之后、切削（粗）加工之前，用以消除單一工序所帶來的某些缺陷，為接下來的工序作準備。例如在鑄造或鍛造等熱加工以后，鋼件中不但存在殘余應力，而且組織粗大不均勻，成份也有偏析。這樣的鋼件，機械性能低劣，淬火時也容易造成變形或開裂。經(jīng)過適當退火可使鋼件的組織細化，成份均勻，應力消除，從而改善機械性能并為以后的淬火作好準備。同時經(jīng)過退火后還可以使鋼件硬度達到170～250HBS左右，而且比較均勻，從而改善了鋼件的切削性能。根據(jù)鋼的成份和工藝目的不同，退火操作可分為完全退火、等溫退火、球化退火和去應力退火等。3.2球化退火球化退火是使鋼中的碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。球化退火主要應用于過共析碳鋼及合金工具鋼（如制造刀具、量具、冷模具用鋼等），一般情況下過共析鋼的組織為層片狀的珠光體秘網(wǎng)狀的二次滲碳體組成，不僅珠光體本身較硬，而且由于網(wǎng)狀滲碳體的存在，更增加了鋼的硬度和脆性。這不僅給切削帶來困難，而且還會引起淬火時產(chǎn)生變形和開裂。為克服這一點，在熱加工之后必須安排一道球化退火工序，使網(wǎng)狀二次滲碳體及珠光體中的層片狀滲碳體都發(fā)生球化，變成球狀（粒狀）的滲碳體，即“球化體”。其主要目的是為了降低硬度，改善切削加工性，細化均勻組織提高材料的力學性能，并為以后的淬火熱處理做好準備。球化退火是應用于過共析鋼及合金工具鋼的一種退火方法。將鋼加熱Ac1(20～30℃)然后緩冷下來。隨爐冷卻到略低于Ar1(20～40℃)的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄?，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度，改善切削加工性能，獲得均勻的組織，為淬火做組織準備，經(jīng)最終熱處理獲得良好的綜合機械性能。共析鋼、過共析鋼的鍛件，鍛后的組織一般為細片狀珠光體，如果鍛后冷卻不當，還會出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物，不僅硬度高，難以切削加工，而且增加了鋼的脆性，淬火容易過熱，產(chǎn)生變形和開裂，通過球化退火，使碳化物發(fā)生球化，獲得粒狀珠光體，具有良好的切削加工性能，而且減少淬火加熱時的過熱敏感性及變形開裂的傾向性。經(jīng)過淬火、回火后，使鋼得到回火馬氏體和粒狀碳化物組織，這種組織與片狀珠光體最終熱處理獲得的組織相比，在強度、硬度相同的條件下，塑性和韌性較高，且具有較高的接觸疲勞強度和疲勞強度。3.3電脈沖原理利用LC振蕩電路原理，先用高壓電源對一組電容器進行充電，將電容器與一個電感線圈及處理室的電極相連，電容器放電時產(chǎn)生的高頻指數(shù)脈沖衰減波即加在兩個電極上形成高壓脈沖電場。按最簡單的理解來說就是利用特定的高頻高壓變壓器得到持續(xù)的高壓脈沖電場。3.4實驗材料試驗中采用的材料為直徑ψ12mm×100mm鍛軋后的GCr15滾動軸承鋼小軸的半成品坯料。質(zhì)量為0.11kg/每根。其化學成分如表1所示。表1GCr15滾動軸承鋼化學成分材料C%Si%Mn%Cr%P%S%GCr150.95~1.050.15~0.350.25~0.451.40~1.650.0250.025根據(jù)老師的指導和自己認真的查找資料，統(tǒng)計資料表明，因選材和熱處理工藝不當，造成模具早期失效的情況約占失效總數(shù)的70%。因此，合理選材，正確制訂熱處理工藝，對于延長軸承使用壽命起著關(guān)鍵作用。綜合考慮材料來源、價格等因素，國內(nèi)常用Cr15系列鋼制作為常用冷作滾動軸承鋼。最終在導師的審核通過的情況下，選用的試驗材料是常用滾動軸承鋼中的Cr15。GCr15鋼是一種合金含量較少、具有良好性能、應用最廣泛的高碳鉻軸承鋼。經(jīng)過淬火加回火后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨性、高的接觸疲勞性能。該鋼冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，對形成白點敏感性能大，有回火脆性。通過資料查出Cr15滾動軸承鋼的臨界溫度Ac1（鋼在加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的實際溫度線）的溫度是745℃，等溫溫度是700℃。Cr15滾動軸承鋼的臨界溫度表2。表2Cr15滾動軸承鋼的臨界溫度臨界點Ac1AcmAr1Arcm溫度（近似∕℃）745--700Ac1（鋼加熱開始形成奧氏體的溫度）Accm（過共析鋼加熱時所有滲碳體或碳化物完全溶于奧氏體的溫度）Ar1（鋼高溫奧氏體化后冷卻時，奧氏體分解為鐵素體和珠光體的溫度）Arcm（過共析鋼高溫奧氏體化后冷卻時，滲碳體或碳化物開始析出的溫度）3.5試驗過程將長200mm的GCr15毛坯試樣用切割機分割為20×100mm的小試件。將試樣上的氧化皮用砂輪打磨機打掉，保證試驗精度。將細鐵絲裁好長度（長度以試樣進入2/3的爐腔到連接導線處即可，可以適當增加長度，在試樣取出后可以方便裁剪細鐵絲的長度便于試驗的進行。建議裁剪成四段等長，以簡化試驗操作過程。）用虎鉗將細鐵絲綁在已經(jīng)分割好的試樣的兩端（盡量靠近試樣的兩端邊緣以及要求綁緊以利于電脈沖過程的成功完成。）再將準備好的第二組細鐵絲用相同的方法綁在第二根試樣上。到此，試樣的準備已經(jīng)完成，下面準備儀器。將2kw的功率放大器放到已經(jīng)準備好的凳子一上，將脈沖發(fā)生器放在準備好的凳子二上。在2kw的功率放大器上用膠帶固定好電流計。將脈沖信號發(fā)生器的輸出端子接在2kw功率放大器的輸入端口上，保證接觸牢固可靠。用導線連接電流計的兩個端口，保證接觸牢固可靠。將三個電阻絲并聯(lián)在一起，連接時保證接觸牢固可靠。將水盆接上水，把接好的電阻絲組放到水盆里。（這個步驟主要是利于電阻絲組的散熱）用導線將電流計的一端將2kw功率放大器的一個輸出口串聯(lián)，在串聯(lián)上已經(jīng)并聯(lián)好的電阻絲組。將電流計的另一端用導線接好，在接線過程中要保證導線的連接牢固可靠。到此，試驗設備也準備完畢。此時，只要將連接放入爐腔內(nèi)部三分之一的試樣伸出來的細鐵絲分別與電阻絲組的未接導線以及電流計的未接導線接好，并且接通電源，設置好參數(shù)，試驗即可進行。自制爐門主要用于方便取樣。隔熱板主要用于在試樣空冷時起到隔熱防燙傷防熱破壞以及熱隔絕的作用。以后實驗的每個試樣的導線以及細鐵絲的連接方法與這個試樣的連接方法雷同。具體接線方法詳見圖1脈沖電場球化退火熱處理試驗示意圖。箱式電阻爐箱式電阻爐脈沖發(fā)生器功率放大器電流計電阻絲組圖1脈沖電場球化退火熱處理實驗示意圖本次試驗采用正交試驗法進行試驗。主要對16根試樣應用電脈沖新工藝方法進行處理?，F(xiàn)在以試樣一，編號：1為例作為介紹。按照之前介紹的接線方法將試樣用火鉗放置入箱式電阻爐的三分之二的爐腔位置。用虎鉗夾持自制爐門封堵爐口。接通箱式電阻爐的電源按照試驗設計方案將溫度設定到740℃，當溫度達到后打開脈沖信號發(fā)生器電源設定好脈沖頻率為50Hz，正弦信號輸出，再將2kw功率放大器電源打開，調(diào)節(jié)旋鈕觀察電流計指數(shù)到達5A，打開計時器設定好脈沖時間5min。時間到達后，關(guān)閉2kw功率放大器電源，關(guān)閉脈沖信號發(fā)生器電源。打開計時器，設定好保溫時間為30min。當時間到達后，將箱式電阻爐溫度設置到700℃，在此期間，屬于爐內(nèi)冷卻階段。當達到700℃后，打開計時器，設置好保溫時間為30min，當保溫時間到達后，關(guān)閉電阻爐電源，觀察溫度計溫度，到達500℃。在此期間為爐內(nèi)冷卻。觀察溫度計到達500℃后，用虎鉗夾持自制爐門，打開爐門，將自制爐門放置到隔熱板上，用火鉗夾持試樣并取出試樣放置到隔熱板上。待冷卻后用虎鉗將細鐵絲在接頭處剪斷，用虎鉗輕敲斷口處氧化皮，直至氧化皮脫落。將細鐵絲與導線接觸處解開。待冷卻后用紙條及膠帶對試樣做好標記。其他試樣的實驗方法同上。就不列舉了。其基本方法可有圖2闡明。棒料放入爐中棒料放入爐中加熱至試驗溫度脈沖以及保溫爐冷至700℃脈沖及保溫爐冷至500℃出爐空冷磨平拋光測HRC觀察金相圖2工藝處理基本流程圖4實驗方案4.1正交實驗數(shù)據(jù)表在生產(chǎn)和科研中，為了研制新產(chǎn)品和改革生產(chǎn)工藝，尋找新的，優(yōu)良的生條件，需要做許多因素的試驗。有時候當所有的因素都估的話試驗次數(shù)非常的多。在方差分析中，對各個因素的每一個水平都要進行試驗，這稱為全面設計試驗。全面設計試驗的試驗次數(shù)太多，為了改變這種繁鎖，找出能夠大幅度減少試驗次數(shù)而且不會降低試驗的可行度的方法，人們從這一思想出發(fā)，經(jīng)過長期的深入的研究，提出了不需要全面試驗的試驗設計方法—正交試驗設計或正交試驗法。正交試驗法在西方發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛的應用，對促進經(jīng)濟的發(fā)展起到很大的作用。在我國，正交試驗法的理論研究工作已經(jīng)有了很大的程度的進展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也正在被廣泛的推廣和應用，讓這種科學的方法能夠?qū)?jīng)濟發(fā)展有很好的幫助。正交試驗法就是利用排列整齊的表—正交表來對試驗進行整體設計，綜合比較，統(tǒng)計分析，實現(xiàn)通過少數(shù)的試驗次數(shù)找到較好的生產(chǎn)條件，以達到最高生產(chǎn)工藝效果和工藝效率。正交表能夠在因素變化范圍內(nèi)均衡抽樣，使每次試驗都具有較強的代表性，由于正交表具備均衡分散的特點，保證了全面試驗的某些要求，這些試驗能夠較好的達到試驗的目的。正交表的記號為Ln（rm）其中m是正交表的列數(shù)，n是正交表的行數(shù)，r是因子的水平數(shù)。對于所列的一個正交表其中出現(xiàn)的水平因子數(shù)，都有以下兩個特點；每一列中，各種數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)是相等的；任何兩列中，各種數(shù)字的兩兩組合出現(xiàn)的次數(shù)是相等的；凡是具備以上兩個特點的因子水平數(shù)字表，就稱為正交表。正交表一般分為兩部分：一是如何安排試驗；二是怎樣分析試驗結(jié)果。在實際問題中，一個隨機變量的取值，往往可能與多外因素有關(guān)。例如，農(nóng)作物的產(chǎn)量，可能與農(nóng)作物的品種有關(guān)，還可能與施肥的量的多少有關(guān)，可能與土壤有關(guān)，等等。又例如，化工產(chǎn)品的收得率，可能與原料配方有關(guān)，可能與崔化劑的用量有關(guān)，可能與反應溫度有關(guān)，可還能與反應容器中的壓力有關(guān)，等等。由于因素很多，自然就會產(chǎn)生這樣的問題：這些因素，對于隨機變量的取值，是否都有顯著的影響作用？如果不是所有的因素都有顯著的作用，那么，哪些因素的作用顯著？哪些因素的作用不顯著？還有，這些因素的作用，是簡單地疊加在一起的呢？還是以更復雜的形式交錯在一起的？以上這些問題，都需要我們從試驗數(shù)據(jù)出發(fā)，來加以判斷、分析，做出結(jié)論。方差分析就是一種能夠解決這類問題的有效的統(tǒng)計方法。在方差分析中，將可能與某個隨機變量的取值有關(guān)的因素，稱為因子，通常用A，B，…來表示。各個因子所取的各種不同的狀態(tài)，稱為水平，用A1，A2，…B1，B2…來表示。4.2正交實驗設計步驟正交試驗設計的主要步驟如下：選擇正交表Ln（rm）。設計表頭。按照設計做試驗，取得試驗觀測值。在正交表的每一列中，求出各水平對應的均值，以及這一列的平方和和相關(guān)值。列方差分析表，作顯著性檢驗。尋找最優(yōu)組合。這次試驗主要考查加熱溫度A（/℃）、保溫時間B（/h）、脈沖時間C(/min)、和等溫保溫時間D(/h)四項因素對Cr15退火后組織性能的影響程度。根據(jù)試驗要求，列出正交試驗因素表(采用4因素4水平)，見表3.表3Cr15鋼正交試驗因素表水平號因素加熱溫度A（/℃）保溫時間B（/h）脈沖時間C(/min)等溫保溫時間D(/h)17400.550.52760110137801.5151.548002202表4正交試驗表因素試驗號加熱溫度A（/℃）保溫時間B（/h）脈沖時間C(/min)等溫保溫時間D(/h)1A1B1C1D111112A1B2C2D212223A1B3C3D313334A1B4C4D1414445A2B1C2D321236A2B2C1D422147A2B3C4D123418A2B4C3D224329A1B1C1D1313410A3B2C4D3324311A3B3C1D2331212A3B4C2D1342113A4B1C4D2414214A4B2C3D1423115A4B3C2D4432416A4B4C1D344134.3測洛氏硬度（HRC）并轉(zhuǎn)換為布氏硬度對十六根已經(jīng)經(jīng)過熱處理的試樣表面用砂紙打磨，是表面氧化皮脫落，利于測量硬度值的準確性的提高。測量方法為進行三塊的多次測量求平均值。所謂三塊是指試樣的兩端以及中間部分。詳見圖3所示。被測區(qū)域一被測區(qū)域一被測區(qū)域二被測區(qū)域三圖3被測區(qū)域指示圖試驗編號試驗代號加熱溫度℃保溫時間h脈沖時間min等溫保溫h 平均硬度值HRC布氏硬度值HBS1A1B1C1D17400.550.517Y1=2122A1B2C2D2740110116Y2=2083A1B3C3D37401.5151.516Y3=2084A1B4C44=2045A2B1C2D37600.5101.517.75Y5=2156A2B2C1D476015216Y6=2087A2B3C4D17601.5200.514Y7=2008A2B4C3D2760215116.5Y8=2109A3B1C3D47800.515217.75Y9=21510A3B2C4D37801201.519.5Y10=22211A3B3C1D27801.55118.5Y11=21812A3B4C2D17802100.517.75Y12=21513A4B1C4D28000.520118.8Y13=21814A4B2C3D18001150.518.5Y14=21815A4B3C2D48001.510217.75Y15=21516A4B4C1D3800251.518.5Y16=218表5試驗條件及其結(jié)果試驗條件及布氏硬度結(jié)果顯示如表5所示。5正交實驗結(jié)果及分析5.1方差分析法計算A因素4水平的試驗指標之和與相應平均值。K1A=212+208+208+204=832計算B因素4水平的試驗指標之和與相應平均值。計算C因素4水平的試驗指標之和與相應平均值。計算D因素4水平的試驗指標之和與相應平均值。16次實驗硬度平均值總偏差平方和總偏差平方和反映了試驗結(jié)果總偏差程度，其產(chǎn)生來源有兩個方面：一方面是由于每次實驗中各因素的水平搭配不同而引起；另一方面是由于存在試驗誤差。它是由各個數(shù)據(jù)與平均值之差的平方和來估計。該平方和稱為總偏差平方和。因數(shù)偏差平方和由于因數(shù)水平變化而引起的數(shù)據(jù)偏差量稱為因素的偏差平方和。因素A的偏差平方和因素B的偏差平方和因素C的偏差平方和因素D的偏差平方和誤差平方和任何實驗都是存在誤差的.誤差的來源包括人為操作誤差、實驗儀器本身的誤差、正交表的安排等，當誤差比較大或我們對實驗精度要求較高時必須對誤差做出恰當?shù)姆治?，以保證實驗的可靠性。一般用各實驗數(shù)據(jù)與平均值的偏差來近似地估計計算，為消除各偏差值的正、負相互抵消，而將偏差平方后在相加。所的得到的和就是誤差平方和?？傋杂啥萵為總試驗次數(shù)因數(shù)自由度m為水平數(shù)誤差自由度—各因素自由度之和F值得計算方差來源A的F值計算方差來源B的F值計算方差來源C的F值計算方差來源D的F值計算均方的計算方差來源A的均值方差來源B的均值方差來源C的均值方差來源D的均值方差來源e的均值列方差分析表見表6表6方差分析表方差來源平方和自由度均方F值A342.53114.25.6846B1133.70.18C39.75313.250.66D2337.70.38E60.25320.1—當?shù)诹幸蛩貙υ囼灲Y(jié)果沒有影響時，有因此，當大于時，可以認為第i列因素對試驗結(jié)果有顯著影響；否則，認為沒有顯著影響。這就是正交設計的方差分析。因為比大，所以因素A是非常重要因素，C、D、B為次要因素。圖示如下 主 次加熱溫度脈沖時間等溫保溫時間保溫時間圖4因素主次順序圖根據(jù)實驗我們可以得到各因素和水平對該實驗的硬度值的均值影響趨勢，對于每個因素，以水平數(shù)為橫坐標，以硬度值為縱坐標。在坐標圖上描點，便得該因素的趨勢圖，本次實驗四個因素的趨勢圖見圖5.圖5各因素和水平對硬度影響的曲線圖5.2最佳水平根據(jù)因素的重要性和水平的效應情況選擇最佳水平。為了確定最佳水平，先計算各水平的效應。5.2.1各因素水平效應5.2.2最佳水平的選取根據(jù)方差分析和最佳水平分析，A最顯著影響因素,在選取時直接選水平效應中最大值，既是A4在加熱過程中是重要因素所以選取A4，C因素也是重要因素選取最大值C4為的是縮短保溫時間。由于B，D因素不是主要影響因素，但考慮到等溫時材料的組織變化情況取最B3D1，綜合考慮選取最佳試驗條件是A4B3C4D1和A2B3C4D1.按照以上分析，找出最佳工藝路線方案后，按照兩種最佳方案再做試樣兩根，取其中硬度指標最適合的一個。6金相顯微試樣的制備6.1侵蝕鋼鐵材料常用的侵蝕劑為3～4%硝酸酒精溶液或4%苦味酸酒精沉淪。侵蝕時間應適當，時間太短則侵蝕不足，組織不能充分顯示；時間過長，則試樣表面過于發(fā)暗，組織也顯示不清。侵蝕后應立即用清水沖洗，用吹風機吹干。這樣制的金相試樣即可在顯微鏡下進行觀察。試樣侵蝕后之所以能顯示內(nèi)部的組織，主要是侵蝕劑與試樣表面之間產(chǎn)生了化學溶解作用及電化學作用。對于兩相或兩相以上的合金來說，侵蝕主要是一個電化學腐蝕過程。合金中的兩個組成相具有不同的電極電位，在侵蝕劑中兩相之間就形成了無數(shù)對“微電池”，具有較高正點位的相成為陰極，在正常電化學作用下不受侵蝕，保持原有的光滑平面；具有較高負電位的相成為陽極，而易迅速溶入侵蝕劑中，因此使試樣表面呈凸凹不平。當光線照射到此凸凹不平的表面時，由于各處光線反射的程度不同，在顯微鏡下就能觀察到不同的組織和相。6.2金相試樣制備按工藝曲線圖做電脈沖球化退火試驗，把做好的試樣按以下工藝路線進行金屬試樣制備，在老師的幫助下用400倍顯微鏡觀察金相組織并拍照。金相試樣制備：取樣→預磨（280#~1000#）吸干觀察。根據(jù)試驗需求，在表4的基礎上選擇數(shù)制相近的的八組數(shù)據(jù)所對應的試樣進行電子顯微鏡下的金相組織觀察。八根試樣編號分別為：編號4、5、6、7、8、10、12、14。首先，處理試樣的表面以利于金相組織的觀察。將試樣的一段用砂輪打磨機打掉氧化皮，在預磨機上安放280#砂紙，進行第一次預磨，待表面粗糙度降低且端面水平度較高后在預磨機上放置600#砂紙進行第二層次的預磨，待端面粗糙度以及水平度進一步提升后，在預磨機上放置1000#砂紙做最后一個階段的預磨處理。打開拋光機，在拋光機里加入助磨劑，將已經(jīng)經(jīng)過預磨的一端在拋光機上拋光。待拋光面處理好后，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕到灰色，將試樣被處理表面的硝酸沖洗干凈，用吸水紙吸干被處理表面的水。到此，即可以準備觀察金相組織了。其他試樣的預處理方法與此雷同。7結(jié)論經(jīng)過對比后可以發(fā)現(xiàn)，試樣編號：7的金相組織內(nèi)部，碳化物的球化形態(tài)較好，分布均勻且尺寸較小，硬度為HBS200，是理想的球化退火組織。通常碳化物的等溫球化過程由兩個環(huán)節(jié)構(gòu)成，即片層狀碳化物溶解，溶解碳化物的析出。而且兩環(huán)節(jié)均受Fe、C原子擴散過程控制。球化前，碳化物的形態(tài)是層片狀，當球化退火加熱溫度、時間適宜，將使鋼中的Fe、C原子有足夠的動力學條件溶解并均勻化，得到C均勻分布的奧氏體，從而在等溫球化時，碳化物能以均勻球狀形態(tài)或顆粒狀形態(tài)分布于基體；如果加熱溫度不足、保溫時間不夠，則在等溫球化時碳化物仍有可能以鏈狀或桿狀碳化物分布于基體中。在加熱溫度、時間明顯不足的情況下，在等溫球化過程中施加脈沖電場，其球化效果得到了改善，與常規(guī)熱處理相比，球化組織基本相同。這說明脈沖電場的介入對球化退火過程中C原子的擴散、基體中的C原子的均勻化，均起到了促進作用。這同時也說明，脈沖電場的介入對固相中的原子間歇的施加了作用力[1]。加強了熱激活的效果，因此在固態(tài)相變中，除了自身的相變驅(qū)動力之外，還附加了一個由脈沖電場給與的額外能量Q，這時形核率為：（1）由于相變過程中N、ν、K、T均為常數(shù)，增加了Q就使I增加，從而增大了碳化物的形核率，細化了晶粒。脈沖電壓越大，這種熱激活效果越明顯，奧氏體越細小，碳化物形核率也就越高，球化退火后粒狀或球狀珠光體細化效果也就越顯著[2]。由于Cr組織中存在大量的共晶碳化物、過共析鋼碳化物和共析碳化物(在退火組織中約占13%～17%，在淬火組織中約占12%)。在冶金過程中,由于共晶碳化物沿奧氏體晶界呈網(wǎng)絡狀析出,顆粒粗大，在以后的軋制過程中碳化物網(wǎng)和晶粒會不同程度被破碎，沿軋制方向不同程度呈帶狀分布。一般情況下，軋壓的變形量越大,碳化物的破碎作用愈顯著,所以鋼廠提供的軋材直徑越小，碳化物的晶粒分布越均勻。大量實踐證明，Cr15滾動軸承鋼中碳化物形態(tài)是影響鋼的機械性能、工藝性能和實用性能的最重要因素之一。不均勻的碳化物分布將導致機械性能的降低，模具使用時容易產(chǎn)生折斷、崩刃現(xiàn)象。金屬材料的力學性能與材料的組分和晶粒度密切相關(guān)。一般來講，細小而均勻的組織能夠使材料在受力時有較好的協(xié)調(diào)變形能力，使材料獲得很好的綜合力學性能。因此提高材料綜合力學性能的改性研究，多集中在細化、均勻化的材料組織，以及保持細化后組織的穩(wěn)定性方面。實驗研究發(fā)現(xiàn),金屬凝固過程中的脈沖電流處理能夠改善組織的均勻性，細化凝固組織,并能在一定程度上改善材料中宏觀缺陷的分布情況，從而提高材料的綜合力學性能。周亦胄等就電脈沖處理對固體金屬材料力學性能的影響進行了研究[3][4]。圖6試樣編號：7脈沖退火組織圖圖7常規(guī)球化退火組織圖圖8試樣7脈沖熱處理工藝流程圖圖9常規(guī)等溫球化退火工藝流程圖實驗結(jié)果表明，金屬從高溫到冷卻的過程中的脈沖電流處理能夠改善組織的均勻性，細化凝固組織，并能在一定程度上改善材料中宏觀缺陷的分布情況，從而提高材料的綜合力學性能[5][6]。在本試驗中電脈沖處理可以細化合金鋼的晶粒，且細化后的組織具有較好的熱穩(wěn)定性。晶粒細化后，得到比常規(guī)等溫退火處理更細更均勻的晶粒組織，鋼的綜合力學性能得到提高。Cr15滾動軸承鋼在球化退火過程中施加脈沖電場，可以明顯改善等溫球化退火效果，在保證得到良好球狀珠光體組織的前提下，使碳化物粒度、形狀、分布得到了明顯的改善，有利于使基體在淬火后獲得馬氏體和較好的強韌性，壽命將會得到明顯提高。Cr15滾動軸承鋼電脈沖等溫球化退火的加熱溫度可以選較低的加熱溫度，其保溫時間4h減少到1.5h；等溫加熱溫度可以取到700℃，其保溫時間4h減少到0.5h；在整個施加脈沖電場球化退火過程中保溫時間比常規(guī)處理減少4—6h。大大提高了等溫球化退火的效率，縮短了生產(chǎn)周期,降低了成本，是一種值得深入研究并具有應用價值和廣闊前景的合金工具鋼等溫球化退火新工藝。本試驗存在的問題是在球化退火的組織顯微上來看局部的碳化物還不是太均勻，產(chǎn)生的原因可能是在進行試驗前原材料沒有消除網(wǎng)狀碳化物所致。致謝本文是在導師的悉心指導下完成的。王老師具有嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，豐富的實踐經(jīng)驗，在治學及做人方面使我受益匪淺。衷心感謝王老師對我的關(guān)心指導和幫助。時間飛逝，光陰如梭，我的大學生活也將畫上結(jié)束的標點?；厥状髮W生活，想到自己的大學生活即將結(jié)束，想到各位老師的諄諄教誨，想起同窗好友談笑風聲感慨不舍！幾年來，在院系領(lǐng)導的關(guān)心支持下，在老師們的悉心教誨下，我的大學生活充實有節(jié)，在學業(yè)取得了理想的成績，各項能力得到了鍛煉，在思想上也是日趨成熟。在此，謹向各位領(lǐng)導和老師表示誠摯的感謝！王老師在試驗的整個過程中一直嚴格要求我們要會用懷疑的眼光看問題，用認真的態(tài)度去做事，并且用真實的態(tài)度來面對科學。對待研究學術(shù)問題要一絲不茍。必須要有扎實的基本功以及端正嚴謹?shù)膶W風。王老師的悉心教導不僅促成我完成論文的撰寫，而且使我懂得了更多的道理和方法，在此謹向各位老師的諄諄教誨表示由衷的感謝！與此同時，也感謝王老師給了我很多無私的幫助，在資料的收集整理和實驗以及數(shù)據(jù)處理中，幫助解決了很多問題及麻煩，再次對此表示由衷的感謝！參考文獻[1]王煥琴，宋林森，王三保，等./kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=BaseLink&Fie