9SiCr模具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化【答辩稿+毕业论文+任务书+开题报告+外文翻译】
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9SiCr模具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化
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9SiCr模具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化【答辩稿+毕业论文+任务书+开题报告+外文翻译】,9SiCr,模具钢,电脉冲,退火,热处理,工艺,参数优化,答辩,毕业论文,任务书,开题报告,9SiCr模具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化,外文翻译
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开题报告 题目名称： 9具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化 学生姓名 专业 机械设计制造及自动化 班级 一、选题的目的意义 处理是通过将金属材料置于一定的介质中加热、保温、冷却以改变其表面或内部组织结构而达到预期的性能要求。它是保证机械零件和工模具内在质量的主要手段，是充分发挥金属材料潜力、节约材料的有效途径。正确地进行热处理可以提高零件和工模具使用寿命，提高产品质量，增强产品的市场竞争力。我国加入 ，制造业面临着新的机遇和挑战，同时也将进入一个新的重要发展时期。然而，我国的热处理 技术水平和发达国家相比，差距仍很大。主要表面设备、工艺落后，老三炉 (箱式、井式、盐浴炉 )居多，可控气氛和真空炉少，加热炉的效率低，能耗大，零件氧化脱碳严重等，往往产品质量得不到保证。 二、国内外研究现状 随着汽车、摩托车、信息产业、工程机械、农机、航空航天、兵器、环保设备和机械基础件等行业的发展，特别是工模具行业的迅速发展，我国广大的中小热处理厂点正在积极采用先进技术，不断进行技术改造和设备更新，努力实现“优质、高产、低耗”生产。适合我国国情的热处理设备将是一些投资规模较小的专用设备或柔性较大的生产线。 我国经过多年研究和实践，研发了“低压脉冲真空热处理工艺”及相关的热处理设备，包括低压脉冲真空渗氮炉、渗碳炉、少无氧化加热炉等新型设备。 但电脉冲热处理工艺参数在国内，到目前为止还正在探讨研究之中。 三、主要研究内容 1 运用应用数学正交实验法设计试验， 2 得到最理想的冷漠具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数。 3 并与普通热处理在性能和组织上加以区别。 四、 毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 1 确定实验方案 运用应用数学正交实验法，设计出试验方案，确定出因素和水平，确定试验次数，写出试验过程。 2 通过做电脉冲等温球化退火细化 9具 钢组织中的碳化物试验，记录下试验数据，然后与普通热处理在性能和组织上加以区别。 五、主要参考文献与资料 1 周敬恩 M. 北京：机械工业出版社， 2006. 2 李泉华 M械工业出版社， 2004 . 3 陆兴 M械工业出版社， 2003 (3) 38. 4 张社会 咸阳金瑞印务公司 J6)105. 5王焕琴 ,杜家熙 ,马孝琴 与热加工 M电子科技大学出版社 ,2000. 6 王可永 J2003 (4)42 45. 7 王忠 M2004 (7)102. 8 王英杰 M械工业出版社， 2005 (2) 21. 9 班春燕，翠建忠，巴启先等 2002， 12（ 3） . 10 . 2006. 11 高世贵 . 应用数学基础 M. 机械工业出版社 2004 （ 7） 103. 12 . 2005. 13 李国莹 M2002 (7) 98. 14 J. 002. 15 J 2006. 16 马永杰 J. 北京：化学工业出版社， 2005 (4)69 72. 指导教师审批意见 2009年 1 月 10日 热处理技术现状 当前热处理技术要求 高产品性能 节能 无氧化 减少公害 保护环境 减少零件变形，降低成本， 提高经济效益等 电脉冲处理技术 电脉冲处理是一种新型的工艺。 脉冲电场的应用能使材料获得更好的机械性能。 相关热处理参数在探讨之中。 正交试验水平与因素 试验分析 验证试验 正交试验因素水平 加热温度 A( ) 保温时间B(h) 脉冲时间C(等温保温时间 D(h) 1 800 820 1 10 1 3 840 5 860 2 20 2 正交试验分析 方差分析 得出影响因素的主次关系 加热温度 脉冲时间 保温时间 计算水平效应 找出理想的水平 验证试验 普通球化退火工艺曲线 电脉冲等温球化退火工艺曲线 纤维组织对比 普通等温球化退火组织 电脉冲下等温球化退火组织 结论 电脉冲球化退火时间缩短了 硬度降低 切削加工性能和综合机械性能 生产效率提高了 请各位老师提出意见 谢谢 1 本科毕业论文（设计） 论文 （设计） 题目 : 具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化 18生姓名： 所在院系： 机电学院 所学专业： 机电技术教育 导师姓名： 完成时间： 2 摘 要 本文主要是用数学正交试验法对 后同普通球化退火热处理在性能和组织上进行比较。 结果发现电脉冲球化退火热处理可以缩短热处理周期，同时 可以降低硬度，改善切削加工性能和综合机械性能，又能降低球化退火的加热温度，并缩短合金工具钢球化退火的保温时间 ,提高热处理效率。 关键字：正交试验，电脉冲球化退火 18is on to 18on on of 1 目录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 2 电脉冲技术 . 2 脉冲电流对金属组织变形的影响 . 2 脉冲对材料力学的影响 . 3 3 试验原理、仪器及材料、试验方法 . 4 验原理 . 4 验仪器 . 5 择材料 . 6 18. 6 验方法 . 7 4 正交试验数据计算及分析结果 . 8 交实验数据表 . 8 交实验设计步骤 . 9 5正交试验及结果分析 . 错误 !未定义书签。 方差分析法计算因素水平的试验指标之和与相应平均值 最佳水平 各因素水平效应 6 试验验证 . 错误 !未定义书签。 谢辞 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 2 1 绪论 随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，更高的抗高压，抗高温，低温，耐腐蚀、磨损以及其他物理化学性能要求，碳钢就不能完全满足要求了。为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所获得的合金钢越来越得到更广泛的应用 1。 18钨系高速钢，具有高的硬度、红硬性及高温硬度。其热处理范围较宽淬火不易过热，热处理过程不易氧化脱碳，磨削加工性能较好。该钢 600时硬度分别保持在 602。 本次毕业设计以 金工具钢作为试验原材料 ,拟用在等温球化热处理工艺的基础上，加上电脉冲这一新型工艺 ,以期达到保证良好球状珠光体组织的同时，可以在降低硬度，改善切削加工性能和综合机械性能，又能降低球化退火的加热温度，并缩短冷模具钢球化退火的保温时间 ,提高热处理效率。 2 电脉冲技术 脉冲原理 利用 荡 电路原理，先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。按最简单的理解来说就是利用特定的高频高压变压器得到持续的高压脉冲电场。 脉冲电流对金属组织变形的影响 20 世纪 90 年代以来，人们开始研究脉冲电流对金属材料超塑性的影响。具有超塑性的金属材料的晶粒是等轴的，当受到外来拉力时，晶粒沿等轴晶界滑移，使金属材料具有超常的塑性。脉冲电流作用于合金的过程中，脉冲电流促进原子扩散 ,引起应力松弛，协调了晶界 滑动，使空洞的形成和长大得到抑制。施加脉冲电流使晶内运动位错数量及阻力增加，导致流变应力增大。同时由于脉冲电流增大原子扩散速度，使晶界处位错的攀移速度增加，降低晶界处的应力集中，抑制晶界处空洞的形成和长大，避免了试样过早断裂。电脉冲处理技术在材料研究领域的应用与电迁移理论的发展密切相关 1 。 金属中的电迁移 (或电输运 ( 现象早在 19 世纪就已经被发现，但是关于电流对金属材料组织和性能影响的研究直到近一个世纪之后才系统地开展起来。 实验研究发现，电脉冲能够对金属材料的组织转变和性能产生诸多影响，脉冲电流处理可以使材料局部发生动态回复和动态再结晶，使晶粒在超塑变形中趋于等轴状态，从而改善材料的塑性。电脉冲 3 处理能显著改善合金的塑性、韧性和强度。许多专家给予出上述现象的原因主要是由于电流通过金属时，电子流与位错间存在相互作用，相互的拖曳而使晶粒破碎，而达到，细化材料晶粒组织的目的，进而提高其塑性变形能力、韧性和强度。电脉冲对非晶合金晶化和金属材料再结晶的影响非晶合金中通过电流时，自由电子定向运动 ,通过与非晶中的原子发生碰撞，把动能传递给原子 ，使原子无规则热运动加剧。脉冲电流作用于非晶合金导致非晶结构弛豫，提供给非晶中原子额外冲力作用，使非晶中 n 型缺陷受到自由电子运动的周期性排斥，促进了空位的迁移与湮灭，提高基体金属相的形核率。许多的国内专家学者晁月盛，鄂洪儒等就高密度电脉冲对 5 ， 6 。脉冲电流处理明显促进了非晶合金的晶化。再结晶的发生依赖位错的回复与原子扩散，脉冲电流能够影响材料中的位错运动和原子扩散，从而会对材料的再结晶过程产生影响。对超塑变形中的铝锂合金，施加脉冲电流。脉冲电流通 过促进位错滑移和原子扩散，加快位错攀移进入晶界，增大亚晶角度，通过加快位错回复而加速再结晶形核和提高再结晶形核率。同时通过加速位错在晶界上的攀移及消失，减小形核界面两边的能量差而降低形核界面的迁移速率及再结晶核心的长大速率，进而减小完全再结晶的晶粒直径 7 。不仅塑性变形中的金属再结晶受到电脉冲的影响，单晶体经高密度脉冲电流处理后，其再结晶行为也产生了变化 8 。高密度电脉冲处理造成位错的局部湮灭会增大位错分布不均匀区域的位错密度梯度进而形成再结晶的晶核，并且由于位错在不同方向上进行的难易程度不同，导致 晶粒各向长大尺寸有所区别。由于电脉冲作用时间短，新形成的晶核没有足够的时间长大，形成了尺寸较小的再结晶晶粒。 因此，经脉冲电流处理后，在单晶体中形成了形状不同，尺寸较小的再结晶晶粒。脉冲电流处理可以使材料局部发生动态回复和动态再结晶 ,使晶粒在超塑变形中趋于等轴状态。电脉冲处理能显著改善合金的塑性、韧性和强度，目前一般认为上述现象的出现主要是由于电流通过金属时，电子流与位错间存在相互作用，拖曳位错运动，降低流变应力，进而提高其塑性变形能力，细化材料晶粒组织 3。正因为如此，才选用电脉冲这一新型的热处理工艺来 进行本次的试验。 脉冲对材料力学的影响 H. 就脉冲电流对多晶金属和 2劳性能的影响进行了研究。所得结果为，脉冲电流能够提高多晶金属的疲劳寿命。认为高密度脉冲电流处理对驻留滑移带 ( 中的位错运动或次滑移带中的位错运动有影响，从而提高了滑移带的均匀性，脉冲电流对疲劳寿命的影响随所加应力的降低而增加。对 2低周疲劳来说，脉冲电流不仅能降低疲劳初期的软化速率，而且可以消除软化过程中的硬化峰，电脉冲增强了位错运动，促进了低能位错 构 4 的形成。含驻留滑移 带的取向的疲劳金属单晶体经高密度脉冲电流处理后 ,分布状态趋于均匀，由于电脉冲处理明显改善了 基体界面的应力集中状态 ,使驻留滑移带局部消失。电脉冲对金属材料性能的影响疲劳寿命的可能性进行了理论计算，得到了肯定的计算结果。金属材料的力学性能与材料的组分和晶粒度密切相关。一般来讲 ,细小而均匀的组织能够使材料在受力时有较好的协调变形能力，使材料获得很好的综合力学性能。因此提高材料综合力学性能的改性研究，多集中在细化、均匀化材料的组织，以及保持细化后组织的稳定性方面。实验研究发现，金属凝固过程中的 脉冲电流处理能够改善组织的均匀性 ,细化凝固组织，并能在一定程度上改善材料中宏观缺陷的分布情况，从而提高材料的综合力学性能。周亦胄等就电脉冲处理对固体金属材料力学性能的影响进行了研究。实验发现，电脉冲处理可以细化低碳微合金钢的晶粒，且细化后的组织具有较好的热稳定性。晶粒细化后 ,钢的综合力学性能得到提高。冷加工经脉冲电流处理后，得到比常规等温退火处理更细更均匀的晶粒组织，其综合力学性能有所提高 4。 另外，当前热处理技术主要是围绕着提高产品性能，节能、无氧化、减少公害、保护环境，减少零件变形，降低成本，提高经 济效益等方面进行积极探索，并已取得了许多成果，出现了一些新型工艺 5。其中电脉冲就是新工艺当中被众多研究者关注的一种。 因此电脉冲处理技术得到了许多材料科学工作者的关注，广泛地应用于材料的制备和性能改善。利用脉冲电场应用于热处理而成为新型的工艺应用。电脉冲热处理工艺参数在国内，到目前为止还正在探讨研究之中。但是由于脉冲电场的应用能使材料获得更好的机械性能，在国内外都受到了相关学者的研究兴趣。其相关热处理参数的优化也正在探讨之中 6。 3 试验原理、仪器及材料、试验方法 验原理 退火是应用非常 广泛的一种热处理。在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，退火经常作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、切削（粗）加工之前，用以消除关一工序所带来的某些缺陷，为接下来的工序作准备。例如在铸造或锻造等热加工以后，钢件中不但存在残余应力，而且组织粗大不均匀，成份也有偏析。这样的钢件，机械性能低劣，淬火时也容易造成变形或开裂。经过适当退火可使钢件的组织细化，成份均匀，应力消除，从而改善机械性能并为以后的淬火作好准备。同时经过退火后还可以使钢件硬度达到 170 250且比较均匀，从而改善了钢件的切 削性能。 5 根据钢的成份和工艺目的不同，退火操作可分为完全退火、等温退火、球化退火和去应力退火等。 球化退火主要应用于过共析碳钢及合金工具钢（如制造刀具、量具、冷模具用钢等），一般情况下过共析钢的组织为层片状的珠光体秘网状的二次渗碳体组成，不仅珠光体本身较硬，而且由于网状渗碳体的存在，更增加了钢的硬度和脆性。这不仅给切削带来困难，而且还会引起淬火时产生变形和开裂。为克服这一点，在热加工之后必须安排一道球化退火工序，使网状二次渗碳体及珠光体中的层片状渗碳体都发生球化，变成球状（粒状）的渗碳体，即“球化体”。其主 要目的是为了降低硬度，改善切削加工性，细化均匀组织提高材料的力学性能，并为以后的淬火热处理做好准备。 球化退火是应用于过共析钢及合金工具钢的一种退火方法。将钢加热到0 30 ) 然后缓冷下来。随炉冷却到略低于 0 40 )的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的 温后随炉冷至 500左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中 (这种组织称为球化珠光体 )。球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后， 不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。 验仪器 考虑到热处理试验后还要对磨出材料的金相组织，除了捆邦工件的铁丝，钳子等工具之外，还要有进行粗磨时的各种型号的砂纸，抛光液，及 40%的销酸浸蚀液和用来堵箱式电阻炉炉门的耐火材料板。 本试验选用主要的试验仪器设备有以下几种： 25 12高温箱式电阻炉如图 1所示 脉冲电场发生器，放大器及导线 1500洛氏硬度测试机 预磨机和金相试验抛光机和金相显微镜 试验过程经过老师的指导选取脉冲电压为 800伏，脉冲频率是 50电脉时间是 5 20 6 图 1 高温箱式电阻炉 择材料 我所选用的试验材料是常用的钨系列高速钢 主要用于制造各种复杂的小型刀。高速钢 艺成熟 。但 碳化物偏析严重，热塑性低，刀具硬度和红硬性满足不了加工特硬和特韧材料。合金元素含量多，成本高 。通过 球化退火，目的是降低硬度、消除应力、细化均匀组织，而且还可以减少最终热处理的变形和开裂倾向为随后的淬火做好组织准备。处理后组织为索氏体和粒状碳化物组成 7。 18由于本次 试验设计是在普通球化退火的基础上加上电脉冲工艺来做的，所以必须对常规的工艺路线图了解清楚，在加脉冲的时候，注意缩短加热温度后的保温时间和等温保温时间。以此为参考设计出电脉冲下的球化退火热处理新工艺路线图 9。 在传统热处理当中经常用的 所示。 7 图 2 验方法 球化退火时要综全考虑炉子大小，装炉量，工件尺寸等因素对试验误差的影响，有关手册中的经验公式可供参考。退火冷却温度对碳化物形状基本影响不大，可是对碳化物 的弥散程度；冷却速度大，其弥散程度也大。一般生产中多选用20 50 /却到 500 600后出炉空冷 8。 将材料切割成 12 1000根。试验用设备为箱式加热电炉和脉冲电场发生器。选取脉冲电压为 800V，频率为 50脉冲电场发生器金属导线按顺序分别连接在 试样两端的金属铁丝上，并把钢试样装入箱式加热炉内加热至（ 800然后施加脉冲 5温 炉冷至 740，再加脉冲电压 5温后随炉冷至 500左右 出炉空冷。然后按同样的加热方法实现施加脉冲电压不同时间的球化退火工艺，工艺曲线图如图 3所示。 8 图 3 脉冲等温球化退火工艺曲线图 4 正交试验数据计算及分析结果 交实验数据表 在生产和科研中，为了研制新产品和改革生产工艺，寻找新的，优良的生条件，需要做许多因素的试验。有时候当所有的因素都估的话试验次数非常的多。在方差分析中，对各个因素的每一个水平都要进行试验，这称为全面设计试验。全面设计试验的试验次数太多，为了改变这种繁锁，找出能够大幅度减少试验次数 而且不会降低试验的可行度的方法，人们从这一思想出发，经过长期的深入的研究，提出了不需要全面试验的试验设计方法 正交试验设计或正交试验法。正交试验法在西方发达国家已经得到广泛的应用，对促进经济的发展起到很大的作用。在我国，正交试验法的理论研究工作已经有了很大的程度的进展，在工农业生产中也正在被广泛的推广和应用，让这种科学的方法能够对经济发展有很好的帮助 10。 正交试验法就是利用排列整齐的表 正交表来对试验进行整体设计，综合比较，统计分析，实现通过少数的试验次数找到较好的生产条件，以达到最高生产工艺效果和工 艺效率。正交表能够在因素变化范围内均衡抽样，使每次试验都具有较强的代表性，由于正交表具备均衡分散的特点，保证了全面试验的某些要求，这些试验能够较好的达到试验的目的。正交表的记号为 其中 m 是正交表的列数， 于所列的一个正交表其中出现的水平因子数，都有以下两个特点； （ 1） 每一列中，各种数字出现的次数是相等的； （ 2） 任何两列中，各种数字的两两组合出现的次数是相等的； 凡是具备以上两个特点的因子水平数字表，就称为正交表。 9 正交表一般分为两部分：一是如何安排试验；二是怎样分 析试验结果。 在实际问题中，一个随机变量的取值，往往可能与多外因素有关。例如，农作物的产量，可能与农作物的品种有关，还可能与施肥的量的多少有关，可能与土壤有关，等等。又例如，化工产品的收得率，可能与原料配方有关，可能与崔化剂的用量有关，可能与反应温度有关，可还能与反应容器中的压力有关，等等。由于因素很多，自然就会产生这样的问题：这些因素，对于随机变量的取值，是否都有显著的影响作用？如果不是所有的因素都有显著的作用，那么，哪些因素的作用显著？哪些因素的作用不显著？还有，这些因素的作用，是简单地叠加在一起的呢？ 还是以更复杂的形式交错在一起的？以上这些问题，都需要我们从试验数据出发，来加以判断、分析，做出结论。方差分析就是一种能够解决这类问题的有效的统计方法。在方差分析中，将可能与某个随机变量的取值有关的因素，称为因子，通常用 A， B，来表示。各个因子所取的各种不同的状态，称为水平，用 来表示 11。 交实验设计步骤 正交试验设计的主要步骤如下： （ 1） 选择正交表 （ 2） 设计表头。 （ 3） 按照设计做试验 ，取得试验观测值。 （ 4） 在正交表的每一列中，求出各水平对应的均值，以及 这一列的平方和和相关值。 （ 5） 列方差分析表，作显著性检验。 （ 6） 寻找最优组合。 这次试验主要考查加热温度 A（ /） 、保温时间 B（ /h）、脉冲时间 C(/和等温保温时间 D(/h)四项因素对退火后组织性能的影响程度。根据试验要求， 因素 4水平对 热处理后硬度值的影响，其所有不同的实验条件共有 4 = 个，现在我们用正交表安排实验只需要做 16 次实验， 16次试验硬度值 列出正交试验因素表 (采用 4因素 4水平 )，见表 3. 表 3 正交试验因素表 因素 水平号 加热 温度 A（ /） 保温时间 B（ /h） 脉冲时间 C(/等温保温时间 D(/h) 1 800 5 10 2 820 1 10 1 3 840 15 860 2 20 2 本次试验采用一次回归正交试验设计方法，选用 44）正交表，按下表设置的正交试验参数做试验，并得到考核指标硬度（ 表 4 正交试验表 因素 试验号 加热温度 A（ / ） 保温时间 B（ /h） 脉冲时间 C(/等温保温时间 D(/h) 试验指标 硬度（ 1 1 1 1 18 2 2 2 2 23 3 3 3 3 20 4 4 4 4 25 5 1 2 3 10 6 2 1 4 15 7 3 4 1 20 8 4 3 2 24 9 1 3 4 08 10 2 4 3 06 11 3 1 2 00 12 4 2 1 10 13 1 4 2 25 14 2 3 1 16 15 3 2 4 12 16 4 1 3 09 16 15 18 313 217 11 17 15 241)( i 2 正交实验结果及分析 差分析法计算 A 因素 4水平的试验指标之和与相应平均值。 计算 水平的试验指标之和与相应平均值。 218+223+220+225=886 K 1A=886 4=2A =210+215+220+224=869 K 2A =869 4=3A = 208+206+200+210=824 K 3A=824 4=206 225+216+212+209=862 K 4A=862 4=算 水平的试验指标之和与相应平均值。 218+210+208+225=861 K 1B=861 4=2B=223+215+206+216=860 K 2B =860 4=215 220+220+200+212=852 K 3B=852 4=213 225+224+210+209=868 K 4B=868 4=217 计算 水平的试验指标之和与相应平均值。 18+215+200+209=842 K 1C=842 4=2C=223+210+210+212=855 K 2C=855 4=3C=220+224+208+216=868 K 3C=868 4=217 12 25+220+206+225=876 K 4C=876 4=219 计算 水平的试验指标之和与相应平均值。 18+220+210+216=864 K 1D=864 4=216 23+224+200+225=872 K 2D=872 4=218 20+210+206+209=845 K 3D=845 4=4D=225+215+208+212=860 K 4D=860 4=215 16次实验硬度平均值 X =1/16（ 218+223+220+225+210+215+220+ 224+208+206+200+210+225+ 216+212+209） =偏差平方和 总偏差平方和反映了试验结果总偏差程度，其产生来源有两个方面：一方面是由于每次实验中各因素的水平搭配不同而引起；另一方面是由于存在试验误差。它是由各个数据与平均值之差的平方和来估计。该平方和称为总偏差平方和 12。 S 总偏差平方和 =（ 2+（ 2+（ 2+ （ 2+（ 2+（ 2+ （ 2+（ 2+（ 2+ （ 2+（ 2+（ 2+ （ 2+（ 2+(+( =数偏差平方和 由于因数水平变化而引起的数据偏差量称为因素的偏差平方和。 因素 (X )2 +(X )2 +（ X ） 2+（ X ） 2 =4(+( +(+( =素 13 4( )2 +(X )2 +（ X ） 2+（ X ） 2 =4(+( +(+( =素 4(X )2 +(X )2 +（ X ） 2+（ X ） 2 =4(+( +(+( =素 (X )2 +(X )2 +（ X ） 2+（ X ） 2 =4(+( +( +( =差平方 和 任何实验都是存在误差的 验仪器本身的误差、正交表的安排等，当误差比较大或我们对实验精度要求较高时必须对误差做出恰当的分析，以保证实验的可靠性。一般用各实验数据与平均值的偏差来近似地估计计算，为消除各偏差值的正、负相互抵消，而将偏差平方后在相加。所的得到的和就是误差平方和 13。 S 总偏差平方和 (B+D) =自由度 1 1 6 1 1 5因数自 由度 = if= 误差自由度 fe= 14 方差来源 值计算 A Se 3 3=差来源 值计算 B Se 3 3=差来源 值计算 C Se 3 3=差来源 值计算 D Se 3 3=方的计算 方差来源 =差来源 =差来源 =差来源 =差来源 = 8 列方差分析表见 表 8 方差分析表 当第 i 列因素对试验结果没有影响时，有 方差来源 平方和 自由度 均方 A 3 B 3 7 C 3 8 D 3 E 3 15 i f 因此，当时，可以认为第 则，认为没有显著影响。这就是正交设计的方差分析。 因为 /以因素 C、为次要因素。如图 4图示如下 主 次 加热温度 脉冲时间 保温时间 图 4 因素主次顺序图 根据 实验我们可以得到各因素和水平对该实验的硬度值的均值影响趋势，对于每个因素，以水平数为横坐标，以硬度值为纵坐标 14。在坐标图上描点，便得该因素的趋势图，本次实验四个因素的趋势图见图 4。 图 5因素的趋势图 佳水平 根据因素的重要性和水平的效应情况选择最佳水平。为了确定最佳水平，先计算各水平的效应。 因素水平效应 i j i 因 数 i 水 平 的 均 值试 验 结 果 均 值2 =3=16 1=2=3=4=1=2=3=4=1=2=3=4=佳水平的选取 根据因素的重要性和计算结果选取最佳水平，因为 1=佳水平对于 B、 C、 4= 42为最佳试验条件 19。 13 验证实验 通过正交试验法找到了最佳试验条件，对最佳条件进行实验和普通球化退火进行比较。具体的试验数据见表 9。 表 9 实验数据表 对工件进行抛光处理，观察金相组织与普通球化退火进一步的分析比较。 因素 数值 加热温度 保温时间 脉冲时间 等温保温 h 硬度 1 8 0 1 17 图 6 图 7 通过正交法的分析我们找到了最佳试验条件。加热温度，保温时间，电脉冲 ，等温保温。由于是试验对比，对普通球化退火曲线进行分析我们确定了普通球化退火参数，加热温度为度，保温时间小时取中间值，两组试验冷却方法完全相同随炉冷却到 5度然后出炉空冷。 两组试验结果如下： 硬度值 电脉冲球化退火硬度值： 普通球化退火硬度值： 保温时间 电脉冲球化退火：个小时 18 普通球化退火：个小时 球化退火显微组织 普通球化退火显微组织如图 7所示，电脉冲球化退火显微组织如图 8所示。 图 8 电脉冲下等温球化退火组织（ 400) 图 9 普通等温球化退火的显微组织 ( 400 ) 将钢加热到 ，保温一段时间后，由于加热温度略高于 奥氏体中碳浓度不均匀，存在富碳区，同时保留着未溶解的碳化物粒子，并在保温过程中趋于球化，而在奥氏体中成为大量均匀弥散分布的渗碳体晶核。保温后缓慢冷却，在冷至 这些渗碳体晶核成为珠光体转变的结晶核心，析出渗碳体并聚集球化，是周围奥氏体含碳，转变为铁素体，从而形成粒状珠光体组织 15 。从金相显微镜中观察到的组织是粒状珠光体组织 。 通过两次试验硬度值和显微组织的对比，在保温 3个小时的保温中再加十五分钟脉冲的球化退火 ,和保温个小时的普通球化退火达到了同样的效果 ,这说明电脉冲球化退火保温时间降低了近一倍。硬度值相比也不普通球化退火低一 19 些，电脉冲试验的另一个目标是加热温度比一般球化退火少低些 ,可是通过正交试验分析出来的最佳试验条件 ,加热温度和普通退火加热温度相同 ,其原因尚不清楚，可能是自己计算存在误差 ,也有测量仪器等原因引起的误差 ,等待以后研究。 谢辞 毕业在即，在大学最后阶段一项重要的学习工作 院系领导 的关心支持下，在老师的谆谆教诲和细心指导下，我在团结、温馨的集体中顺利的走过了大学生活，在此谨向各位领导和老师表示诚挚的谢意！ 在本次的设计中，院诸位领导、老师以及同学都给予了我很大的帮助和支持。由于对材料这门学科学的时间太长了，很多知识都给忘了再加上没有来过热处理实验室做过试验对实验室的设备不熟悉所以在实验中犯了很多的错误，王老师总是耐心给我讲，让我完全的明白。我们每一次实验的结果她都来亲自的检查，每一个计算步骤她都让我们给她讲讲，确保我们明了计算步骤，保证结果的准确性。王老师对工作的认真负责严谨的治学态 度让我由衷的敬佩。特别是王老师以丰富的实践经验和务实的求知精神给我留下了深刻的印象，在治学和做人方面给予我很大的帮助。并鼓励我孜孜不倦、锐意进取，有意识地培养我独立思考、解决问题以及书写论文的能力。从问题提出到框架布局，思路整理到标点句读，老师无不悉心指导。在本文的书写过程中，从王老师身上学到的不仅是前沿的知识理论，更重要的是做事做人的道理。毕业之际，谨以此表示对尊敬的王老师和各位同学由衷的感谢！ 20 参考文献 1 张洁 ， 许晓静 . 冷作模具用高速钢热处理性能和变形研究 J . 模具工业 2003年 02期 2 王焕琴 6J 2003年 07期 3 王焕琴 ， 王三保 J . 制造技术与机床 2004年 02期 4 晁月盛，鄂洪儒，赖祖涵，等 J 1993 ,14 (1) ： 44 48 5 晁月盛，滕功清，谢春晖，等 . 高密度脉冲电流对 J . 金属学报， 1996 ， 32 (11) ： 1204 1208 6 刘志义，邓小真，王引真，等 ,脉冲电流对 2091铝锂合金动态再结晶动力学的影响 J . 材料研究学报， 2001， 15 (3) ： :359 366. 7 肖素红，郭敬东，吴世丁，等 . 电脉冲处理下疲劳铜单晶的再结晶 J . 金属学报 ,2002 ,38 (2)： 161 165 8 王焕琴，宋林森，王三保，等 . J . 河南科技学院学报 (自科版 ) ， 2006， (04) 9 李艳，陈芳雷，白培康 . 选择性激光 烧结金属粉末技术的进展研究 J . 金属世界 ,2006, (06) 10 丁洁，姜超，陈林 . 制造技术与机床 J . 中国科学技术协会 ,2006, (02) 11 牛大忠， 新型热作模具钢工艺和性能研究 J . 哈尔滨理工大学 , 2005 12 H ， . in J 1989 ,52 (2) :301 348. 13 戴伟 球化退火工艺设计 J 通科学与工程版） ，2002年 01期 14关于 45 号钢热处理工艺的研究和改进 J2004,5（ 2） :2 15 王宏伟 . 碳素工具钢的热处理及其应用 J 2006， (08) 16 . of an or on in on of J 2000 ,) :205 212 本科毕业论文（设计）中期进展情况检查表 学生姓名 吴宁 班级 机制 053 指导教师 王焕琴 论文（设计）题目 具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化 目前已完成任务 (1)制定毕业设计计划 (2)查找相关文献 (3)完成毕业论文开题报告 是否符合任务书要求进度：符合 尚需完成的任务 1 继续对论文材料进行组织和整理； 2 按照论文提纲，有步骤有计划的开展论文工作，存在问题要及时与老师沟通； 3 对已完成的论文内容进行检查审核，力求把问题降到最少； 4 到规定的时间完成论文初稿； 5 根据 指导老师的指导意见和全部材料完成论文； 能否按期完成论文（设计）：能 存在问题和解决办法 存 在 问 题 资料不足，对论文主题的研究不够透彻，且相关的理论知识还不够全面； 各种条件有限，结果与预期效果有点差距。 拟 采 取 的 办 法 继续查找资料，加强对相关理论知识的理解和掌握。 指导教师签 字 日期 年 月 日 教学院长（主任）意 见 负责人签字： 年 月 日 任务书 题目名称 : 具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化 学生姓名 所学专业 机械制造设计及其自动化 班级 指导教师姓名 所学专业 机械制造 职称 完成期限 一 、 论文（设计）主要内容及主要技术指标 1、 主要内容： 利用脉冲电场对材料进行改性处理，是国内近年来上尝试的一种新型热处理工艺。 如 河通过电脉冲等温球化退火细化 9具 钢组织中的碳化物，降低硬度， 改善切削加工性能的同时，又能降低加热温度、缩短保温时间的，则是本次毕业设计的主要目的。但电脉冲热处理 工艺参数在国内，到目前为止还正在探讨研究之中。所以毕业设计的主要内容是：运用应用数学正交实验法，得到最理想的 冷漠具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数 。并与普通热处理在性能和组织上加以区别。 2、主要技术指标： 1）硬度值测定 ； 170 （相当 右） 2）金相显微组织对比。 二、毕业论文（设计）的基本要求 1 毕业设计（论文）一份：有 300 字左右的中英文摘要，正文后有 15 篇左右的参考文献，正文中要引用 5 篇以上文献，并注明文献出处。 论文总字数在 6000 字以上。 2 有不少于 3000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料。 3 毕业设计总字数在 10000 字以上。 4. 中期检查一份； 5. 成绩表一份。 三、毕业论文（设计）进度安排 12 月 12 日 16 日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资料翻译 和开题报告。 2. 2009 年 2 月 15 27 日（第 1），指导教师审核开题报告和设计方案。 3. 2009 年 2 月 28 日 24 日（第 3），毕业设计单元部分设计。 4. 2009 年 4 月 25 1 日（第 11 周），毕业设计中期检查。 5. 2009 年 5 月 2 22 日（第 12），设计仿真、程序调试、线路板制作调试， 整理、撰写毕业设计报告。 6. 2009 年 5 月 23 5 日（第 15）上交毕业设计报告，指导教师、评阅教师审查 评阅设计报告，毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩，学生修改整理设计报告。 s s of is of of on So of s is in of s of of to we it is in we pt to if its of at to of is of or so it is of is do as or . is of on of of of of of of on mm in of by 5%30% by NC is of a is it be s on of so of is As of of of so be on of be be in in be to or to In s wi ll be to or to be be be in in of of if we of in s we of of be as at s of so 1. At ew to in Its is is at of of be of as of So on as (1) (of of of a of A 62 in m=2mm a =0.5%t (, a of a of =7%t (, an In a t is (2) a is a a if in is 62 4mm s is to be a to to on to it a to to 2 (3) of s of to on to a is is as 70, or s to to in We to or to to . In so to C is a mu m. to to 2 a if or to a so a is at by or to C NC a mu m. of of is (4) of to to to is so of is to a in to is is so on to a (5) n of to to to on is to is so on to 普通全钢冲模的冲压精度分析 板料冲压件的精度准确显示出其冲模的冲压精度。而任何冲件的线性尺寸精度与形位精度主要取决于冲模冲裁和立体成形冲压件展开平毛坯的落料精度。因此，多工步复合冲压的单工位复合模、多工位连续模的冲压精度，在普通冲压的众多种类与不同结构的冲模中，最具典型性和代表性。 冲模的冲压精度分析 对冲模投产至失效报废各个时期冲件的实际误差分析，可以看出其增大的时期及趋向，从而分析其增大的因素。新冲模投产至第一次刃磨前冲制冲件的误差即所谓的初始误差；冲模经过 20 次左右刃磨至失效报废前冲制的冲件误差称之 为常规误差；而冲模失效报废前冲制的最后一批合格冲件的允许最大误差称之为极限误差。在现场，确定冲模刃磨寿命的依据是冲件冲孔与落料的毛刺高度。由于任何成形件都具有冲裁作业（毛坯落料或冲孔），对于复合模尤为如此。所以，冲件毛刺高度的触模检查和测量并按企业标准或 压件毛刺高度对照检测就显得十分重要。 冲模的初始误差通常是冲模整个寿命中冲件误差最小的。其大小主要取决于冲模的制造精度与质量及冲件尺寸、料厚以及间隙值大小与均匀度。冲模的制造精度及质量又取决于制模工艺。对于料厚 t1中碳钢复合冲 裁模冲件，实验结果与生产实践都证明，电火花线切割制造的冲模冲件毛刺高度比用成型磨或 续轨迹座标磨即精密磨削工艺制造的冲模冲件要高 25% 30%。这是因为后者不仅加工精度高，而且加工面粗糙度 要比前者小一个数量级，可达到 因此，冲模的制造精度与质量等因素决定了冲模的初始冲压精度，也造就了冲件的初始误差。 冲件的常规误差是冲模经第一次刃磨到最后一次刃磨后冲出最后一个合格冲件为止，冲件实际具有的误差。随着刃磨次数的增加，刃口的自然磨损而造成的尺寸增量逐渐加大，冲件的误差也随之加大。当 其误差超过极限偏差时，冲件就不合格，冲模也就失效报废。 /冲件上孔与内形因凸模磨损尺寸会逐渐变小；其外形落料尺寸会因凹模磨损而逐渐增大。所以，冲件上孔与内形按单向正偏差标允差并依接近或几乎等于极限最大尺寸制模。同理，冲件外形落料按单向负偏差标注允差并依接近或几乎等于极限最小尺寸制模。这样就使冲件的常规误差范围扩大，冲模可刃磨次数增加，模具寿命提高。 冲件的极限误差是具有极限偏差的冲件所具有的实际允许的最大尺寸误差。这类冲件通常是在冲模失效报废前冲制的最后一批合格冲件。 对各类冲模冲件误差在冲模整个寿命中出现的波动、增减趋向及规律等进行全面分析便可发现：冲件误差的主导部分是不变的；因刃口或型腔的自然磨损而出现的误差增量随冲模刃磨冲数增加而使这部分误差逐渐加大；还有部分误差的增量是非常规的、不可预见的。所以，各类冲模冲件误差是由因定误差、渐增误差、系统误差及偶发误差等几部分综合构成。 1、固定误差 新冲模在指定的冲压设备上投入使用至失效报废的整个（总）寿命过程中，其合格冲件误差的主导部分固定不变即所谓固定误差。其大小就是新冲模第一次刃磨前冲制的合格冲件的偏差，也即冲模的初始误 差，而此时的冲模具有初始冲压精度。刃磨后的冲模，因其工作零件（凸、凹模）磨损而改变尺寸误差，使冲件识差增量随刃磨次数增加而逐渐加大，故冲模刃磨后的冲压精度亦称 “ 刃磨精度 ” 比其初始精度要低。冲模冲件的固定误差取决于以下各要
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