碳钢淬火马氏体硬度与含碳量的关系.pdf

第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 测试与分析 碳钢淬火马氏体硬度与含碳量的关系 姚玉环， 张立斌， 王海泉， 张小勤 （广东石油化工学院 机电工程学院，广东 茂名 ） 摘要：为快速、准确地获得碳钢淬火马氏体的硬度与含碳量之间的关系，利用单元正交多项式回归设计方法对其进行了优化试验研 究，并利用“”软件对试验结果进行了统计分析与检验，建立了碳钢淬火马氏体的硬度与含碳量的数学模型。 该模型可以用于 碳钢淬火马氏体硬度与含碳量的定量分析与计算，从而可以用于指导实际生产。 关键词：正交回归设计；优化；马氏体；硬度；含碳量 中图分类号：TG142 1；TG156 3 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2014）08- 0136- 03 Relationship between quenched martensite hardness of carbon steel and carbon content ， ， ， （ ， ， ， ） Abstract： ， ， （） ， ， Key words： ； ； ； ； 收稿日期：- - 作者简介：姚玉环（），女，高级实验师，主要研究方向为金属材料 及其热处理及特种材料应用，联系电话：- ， - ： 。 通讯作者：张立斌，教授，- ， ，- ： doi：10 13251 j issn 0254- 6051 2014 08 036 碳素结构钢淬火后的硬度、强度大幅度提高，其主 要原因是淬火后获得了马氏体组织。 然而，在以往的 研究中，主要集中在硬化与强化的机理以及硬度与含 碳量的定性分析方面，如主要集中在马氏体的亚结构、 位错与应力场的交互作用等方面 ，马氏体的硬度和 强度主要取决于马氏体的含碳量，钢的硬度和强度随 含碳量的提高而增大等 - 。 而含碳量与硬度的关系 的定量描述比较少见。 本文利用单元正交多项式回归设计方法，对碳素 结构钢淬火获得马氏体组织的硬度与工件含碳量之间 的关系进行了优化试验研究，在此基础上，建立了碳钢 淬火马氏体的硬度与其含碳量间的数学模型。 碳钢淬火试验及其硬度的测试 为了研究马氏体的硬度与其含碳量 c 之间的关 系，本文选用 矱 的碳素结构钢试件，最大含碳 量为 c ，最小含碳量为 c ，含碳量 c 的因素水平间隔为 ；c 的水平数为 N （c c） ） ，试验方案见表 所示 。 表1 试验方案 Table 1 Experimental project N c （z） （z） 蜒 （z） 4 （z） 槝 （z） （z） 硬度 i殚 鼢 #4 照 噰c i殚 鼢 #4 8rc i殚 鼢 # 8 噰c i殚 鼢 # 洓c i殚 鼢 # 噰c i殚 鼢 照 c i殚 鼢 照rc i殚 鼢 照 8c i殚 鼢4 照 8 洓c 殚 鼢4 c 按照表 的方案对碳素结构钢进行淬火试验，当 工件含碳量为 c 时，淬火加热温度为 T （ ） ；当工件含碳量为 c 时，淬火加热温度为 T （ ） 。 试 验采用 - - 型箱式电阻炉，水冷；用 - 型视频 金相显微镜观察组织，用 型洛氏硬度计测试其 硬度，每个试样测 点，取其平均值 ，结果见表 。 第 期姚玉环，等：碳钢淬火马氏体硬度与含碳量的关系 l 碳素结构钢淬火马氏体的硬度与含 碳量的回归计算与分析 2 1 回归模型的选择 为全面研究含碳量对碳钢淬火马氏体硬度的影 响，本文选择的回归模型见（）式，设 c z、 c z 、 c z ，代入式（）得式（），从而将模型（）转化为多 项式形式，它在编码空间的形式见（）式所示。 y（c） c c c（） y（z） z z z （） y b b（z） b（z） bpp（z）（） 其中：bi（i 、p）为待定回归系数，正交多项 式组 i（z）（i ，）的具体形式见（）式所示。 （z） ； （z） z z ； （z） z z N ； （k ）（z） （z）k（z） k （N k ） （k ） （k ）（z） （） 在上述条件下，对碳钢试件含碳量 c 与淬火马氏 体硬度 之间的关系进行了优化。 优化 c 与 之间关系的准则为：淬火后试件无变形、无开裂； 淬火后获得百分之百马氏体组织。 在满足上述条件 的情况下，对应的含碳量与硬度的关系为最优，再由获 得的参数求出含碳量 c 与硬度 的数学关系。 2 2 回归系数的计算与统计检验 利用 软件， 按照表 方案试验，在试验的基础上，对试件马氏体的 硬度与含碳量的回归模型进行了统计分析，结果见表。 表 2 硬度与含碳量的回归结果 Table 2 Regression results of the hardness and carbon content 模型 非标准化系数标准系数 B标准误差试用版 t b N 照 ? b N y 亮 ? b N e ( 觋 ? b N e ? b N 帋 ( 种 ? b N e ? 从回归结果可知，在显著水平 为 时，方程 的回归系数 b、b、b及 b均显著；在显著水平 为 时，方程的系数 b、b均不显著，从方程中剔除； 故得回归方程如（）式所示。 y （z） （z） （z）（） 2 3 回归方程检验及结果分析 由 软件分 析得到回归方程的检验结果见表 所示，回归方程 （）的 F 值为 ，表明方程的显著性较高；方程 的拟合优度 R ，调整后的拟合优度 R 。 说明回归方程拟合的非常好。 将编码公式 （）代入回归方程，并整理得到回归硬度与含碳量的 数学关系见（）式所示，再将 c z、 c z 、 c z 代入 式（）得式（）。 y z z z （） y c c c （） 表 3 回归方程的检验结果 Table 3 Regression equation of the test results FR 殮 调整 R 4 标准估计的误差 “ 8 v 侣 从回归方程（）式可知，随着马氏体含碳量的增 加，马氏体的硬度将增大，如图 所示。 当含碳量 c 后，随着 c 升高而马氏体的硬度变化趋于缓慢。 马氏体硬度的理论计算值与试验值对照见表 所示，从 图 马氏体硬度与含碳量的关系 表4 马氏体硬度的理论计算值与试验值对照 Table 4 Hardness of martensite theoretical calculation value and experimental value c 试验值 理论计算值 误差 行 “ 痧 行 “ 痧 x 行 “ 痧 x 行 “ 痧 x 行 “ 痧 行 “ 痧 行 “ 痧 行 “ 痧 行 “ 痧 行 “ 痧 x 第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 压缩机转子轴表面烧蚀变性层的组织结构 蒋延涛， 杜晓东， 汪 峰， 王金甲， 沈 健， 周 丹， 刘光复 （合肥工业大学 材料科学与工程学院，安徽 合肥 ） 摘要：利用试验机模拟鼓风机转子高压高转速下产生的烧蚀变性层，分别在 、 及相同作用时间下，在 钢 表面制备烧蚀变性层。 采用 射线光电子能谱对变性层进行表面及不同刻蚀层的元素相对含量和价态分析，用金相显微镜对变性 层、结合界面进行组织观察。 结果表明，变性层呈现多层膜结构，主要由 、组成，且主要为 。 变性层形成机 理主要为：高温下生成阳离子空位浓度高的 层，离子扩散速度快，变性层快速形成。 下变性层分层明显，由里向外 为 、，最外层只有 ； 下 的各价态物质扩散反应剧烈，分层不明显。 这两条件下变性层的显微 组织相同，但与基体组织明显不同，变性层最表层出现氧化物团簇结构，亚表层组织粗大，但较致密，局部有微孔洞。 关键词：烧蚀磨损；变性层；多层膜结构；显微组织 中图分类号：TG115 22 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2014）08- 0138- 05 表中可以看出，马氏体硬度的试验值与理论计算值间的 最大绝对误差值仅为 ，即理论值与实际值非常 吻合，表明本文所建立的数学模型具有较高的精度。 结论 ） 利用单元正交多项式回归设计方法对碳钢淬 火马氏体硬度与含碳量的关系进行了优化试验研究， 并建立了马氏体硬度与碳钢含碳量之间的数学模型。 ）马氏体的硬度随着含碳量的增加而提高；当含 碳量 c 后，硬度提高的比较缓慢，尤其当 c 时，硬度值趋于饱和。 ） 本文的数学模型具有较高的精度，可用于碳钢 淬火马氏体的硬度与含碳量之间的定量分析与计算。 参考文献： 刘 晓马氏体点阵参数与含碳量的定量关系： 新的 射线衍射 试验研究金属热处理学报， ， （）： - 马素媛， 陈 瑞， 贺笑春， 等 马氏体不锈钢表层的喷 丸强化金属学报， ， （）： - 王德珂材料科学基础 北京： 机械工业出版社， ： - ， ， （）： - 潘健生我国热处理发展战略的探讨金属热处理， ， （）： - 任露泉回归设计及其优化北京： 科学出版社， Microstructure of ablation metamorphic layer on compressor rotor shaft surface ， ， ， ， ， ， （ ， ， ， ） Abstract： ， ， - - - ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， Key words： ； ； ； ； 收稿日期：- - 基金项目：国家重点基础研究发展计划（）；安徽省教育厅 产学研合作重点项目（） 作者简介：蒋延涛（），男，硕士研究生，研究方向：金属材料及表面 工