GCr15轴承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化【毕业论文+答辩稿+开题报告+任务书+外文翻译】
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gcr15
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GCr15轴承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化【毕业论文+答辩稿+开题报告+任务书+外文翻译】,gcr15,轴承钢,电脉冲,退火,热处理,工艺,参数优化,毕业论文,答辩,开题报告,任务书,外文翻译
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本科毕业论文（设计） 论文题目： 承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化 F F 生姓名： 所在院系： 所学专业： 机械设计制造及其自动化 导师姓名： 完成时间： 2 承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化 摘 要 是工业生产中广泛使用的一种滚动 轴承钢钢，为提高轴承钢的使用寿命，改善组织性能，一直是工作者关注的问题。而锻扎状态的 动轴承钢原始组织中碳化物的形态，尺寸和分布，对轴承钢使用寿命的提高至关重要。在工业生产中一般通过传统普通等温球化退火处理工艺，使 动轴承钢组织中碳化物以细小颗粒状、弥散分布在基体中。但传统的普通等温球化退火工艺，由于加热温度高、保温时间长 (既 13h 左右 )或工艺复杂，使等温球化退火工艺过程的效率显著下降。因此我们寻找了一种加快碳化物球化速度，提高等温球化退火工艺效率的新方法，探讨了一种在脉冲电场作用下对 关键词：正交试验法，电脉冲处理， ，球化退火 3 F F is in in a to a of of to of is in so to in of to 3h) or so of we a of up of of of a of of 4 目录 1 绪论 . 1 2 试验准备 . 1 验仪器及介绍 . 1 作高温箱式电阻炉的炉门 . 2 验目的 . 2 3 试验原理 . 2 火工艺 . 2 化退火 . 3 脉冲原理 . 3 验材料 . 4 验过程 . 4 4 实验方案 . 6 交实验数据表 . 6 交实验设计步骤 . 7 洛氏硬度（ 转换为布氏硬度 . 8 5 正交实验结果及分析 . 9 差分析法 . 9 佳水平 . 14 因素水平效应 . 14 佳水平的选取 . 15 6 金相显微试样的制备 . 15 蚀 . 15 相试样制备 . 16 7 结论 . 16 致谢 . 18 主要参考文献与资料 . 19 1 1 绪论 是工业生产中广泛使用的铬系滚动轴承钢， 是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。轴承钢是主要用来制造滚动轴承的零件 。如滚珠、滚柱和轴承套圈等。它们在工作时承受着高的集中交变载荷，由于滚珠与轴承套圈之间的接触面积小，在高速转动的同时还有滑动，会产生很大的摩擦。因此滚动轴承钢应具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度，对钢的金相组织、化学成分要求是十分严格的，否则会显著缩短轴承的使用寿命。如何提高 承钢的使用寿命，改善组织性能，一直都是材料工作者密切关注的问题。而锻轧状态下的 动轴承钢原始组织中的碳化物的形态、分布、尺寸，对 动轴承钢的使用寿命起着至关重要的决定性因素。 在一般工业生产中，通过传统常规等 温球化退火处理工艺，使 动轴承钢组织中的碳化物以细小颗粒状、球状，弥散的分布在基体中。但是由于传统常规等温球化退火处理工艺加热温度高、保温时间长且工艺流程比较复杂，使得传统常规等温球化退火处理工艺处理效率低，不利于大规模的现代化生产。因此，寻找一种加快碳化物球化速度、提高球化退火效率的新方法是解决当前生产茅盾的前提因素。现在我们发现了通过电脉冲场作用，可以显著提高球化退火工艺的效率，来探讨一下脉冲电场对于 动轴承钢球化退火的新工艺。 2 试验准备 验仪器及介绍 脉冲电场发生器 一台 功率放大器 （ 2 一台 12 高温箱式电阻炉 一台 150D 型洛氏硬度计 一台 材料预磨机 一台 材料抛光机 一台 电子光学显微镜 一台 2 高温箱式电阻炉的炉门 一个 作高温箱式电阻炉的炉门 由于原有炉门的保温性不太好，所以在这次毕业设计实验中，我们需要自己制作一个比较保温的炉门，具体的步骤是这样的，我先把炉门的具体尺寸测量出来，然后按尺寸进行裁剪。由于实验中要用到两个 25 12 高温箱式电阻炉，所以必须做出两个完全配合的炉门，所用的材料是石棉和海绵垫子，石 棉中含有玻璃丝，不小心弄到身上会很难受的，这是必须注意的。 验目的 退火热处理具有细化晶粒、均匀组织，降低钢的硬度，提高塑性，又能为最终热处理做好组织上的准备。通过球化退火处理使 动轴承钢钢组织中的碳化物以细小、球状的形态弥散分布在基体中。但 由于传统常使用的诸如普通球化退火、等温球化退火等方法，存在着生产周期长、加热温度高、保温时间长等问题，目前对滚动轴承钢的预处理是锻后球化退火 ,采用这种常规退火处理工艺 ,不但周期长 ,耗能多 ,效率低 ,而且很难得到小粒度、分布均匀的碳化物组织，很难达到理想的 使用性能要求，往往给经济生产带来一定的影响。因此采用一种加快碳化物球化速度，提高球化退火工艺效率的新方法，探讨一种在脉冲电场作用下对 动轴承钢球化退化的新工艺，本次毕业设计主要是利用科研工作者对 动轴承钢球化退火实验的最优结果，与本次毕业设计的正交实验 起探讨不同方式脉冲球化退火的 动轴承钢组织和性能分析的实验结果进行比较和分析，得出最优的实验结果。 3 试验原理 火工艺 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，用以消除单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 2503 而且比较均匀，从而改善了钢件的切削性能。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。 化退火 球化退火是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺。 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，改善切削加工性能，获得均匀的组织，为淬火做组织准备，经最终热处理获得良好的综合机械性能。共析钢 、过共析钢的锻件，锻后的组织一般为细片状珠光体，如果锻后冷却不当，还会出现网状碳化物，不仅硬度高，难以切削加工，而且增加了钢的脆性，淬火容易过热，产生变形和开裂，通过球化退火，使碳化物发生球化，获得粒状珠光体，具有良好的切削加工性能，而且减少淬火加热时的过热敏感性及变形开裂的倾向性。经过淬火、回火后，使钢得到回火马氏体和粒状碳化物组织，这种组织与片状珠 光体最终热处理获得的组织相比，在强度、硬度相同的条件下，塑性和韧性较高，且具有较高的接触疲劳强度和疲劳强度。 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。 4 验材料 试验中采用的材料为直径 12100轧后的 量为 根。其化学成 分如表 1 所示。 表 1 动轴承钢化学成分 材料 C % P % S % 据老师的指导和自己认真的查找资料，统计资料表明，因选材和热处理工艺不当，造成模具早期失效的情况约占失效总数的 70%。因此，合理选材，正确制订热处理工艺，对于延长轴承使用寿命起着关键作用。综合考虑材料来源、价格等因素，国内常用 终在导 师的审核通过的情况下，选用的试验材料是常用滚动轴承钢中的 有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。 通过资料查出 在加热时珠光体向奥氏体转变的实际温度线）的温度是 745 ，等温温度是 700 。 。 表 2 临界温度 临界点 度（近似 ） 745 - - 700 加热开始形成奥氏体的温度） 共析钢加热时所有渗碳体或碳化物完全溶于奥氏体的温度） 高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度） 过共析钢高温奥氏体化后冷却时，渗碳体或碳化物开始析出的温度 ） 验过程 将长 200 坯试样用切割机分割为 20100小试件。将试样上 的氧化皮用砂轮打磨机打掉，保证试验精度。将细铁丝裁好长度（长度以试样进入 2/3 的炉腔到连接导线处即可，可以适当增加长度，在试样取出后可以方便裁剪细铁丝的长度便于试验的进行。建议裁剪成四段等长，以简化试验操作过 5 程。）用虎钳将细铁丝绑在已经分割好的试样的两端（尽量靠近试样的两端边缘以及要求绑紧以利于电脉冲过程的成功完成。）再将准备好的第二组细铁丝用相同的方法绑在第二根试样上。到此，试样的准备已经完成，下面准备仪器。 将 2功率放大器放到已经准备好的凳子一上，将脉冲发生器放在准备好的凳子二上。在 2功率放 大器上用胶带固定好电流计。将脉冲信号发生器的输出端子接在 2率放大器的输入端口上，保证接触牢固可靠。用导线连接电流计的两个端口，保证接触牢固可靠。将三个电阻丝并联在一起，连接时保证接触牢固可靠。将水盆接上水，把接好的电阻丝组放到水盆里。（这个步骤主要是利于电阻丝组的散热）用导线将电流计的一端将 2率放大器的一个输出口串联，在串联上已经并联好的电阻丝组。将电流计的另一端用导线接好，在接线过程中要保证导线的连接牢固可靠。到此，试验设备也准备完毕。此时，只要将连接放入炉腔内部三分之一的试样伸出来的细铁丝分 别与电阻丝组的未接导线以及电流计的未接导线接好，并且接通电源，设置好参数，试验即可进行。自制炉门主要用于方便取样。隔热板主要用于在试样空冷时起到隔热防烫伤防热破坏以及热隔绝的作用。以后实验的每个试样的导线以及细铁丝的连接方法与这个试样的连接方法雷同。 具体接线方法详见图 1 脉冲电场球化退火热处理试验示意图。 图 1 脉冲电场球化退火热处理实验示意图 本次试验采用正交试验法进行试验。主要对 16 根试样应用电脉冲新工艺方法进行处理。 现在以试样一，编号： 1 为例作为介绍。按照之前介绍的接线方法将试样用火钳放置入箱式电阻炉的三分之二的炉腔位置。用虎钳夹持自制炉门封堵炉口。接通箱式电阻炉的电源按照试验设计方案将温度设定到 740， 当温度达到后打开脉冲信号发生器电源设定好脉冲频率为 50弦信号输出，再将 2率放大器电源打开，调节旋钮观察电流计指数到达 5A，打开计时器设定好脉冲时间 5间到达后，关闭 2率放大器电源，关闭脉冲信号发生器电源。箱式电阻炉 脉 冲发生器 功率放大器 电流计 电 阻 丝组 6 打开计时器，设定好保温时间为 30时间到达后，将箱式电阻炉温度设置到 700 ，在此期间，属于炉内冷却 阶段。当达到 700 后，打开计时器，设置好保温时间为 30保温时间到达后，关闭电阻炉电源，观察温度计温度，到达 500 。在此期间为炉内冷却。观察温度计到达 500 后，用虎钳夹持自制炉门，打开炉门，将自制炉门放置到隔热板上，用火钳夹持试样并取出试样放置到隔热板上。待冷却后用虎钳将细铁丝在接头处剪断，用虎钳轻敲断口处氧化皮，直至氧化皮脱落。将细铁丝与导线接触处解开。待冷却后用纸条及胶带对试样做好标记。其他试样的实验方法同上。就不列举 了。 其基本方法可有图 2 阐明。 图 2 工艺处理基本流程图 4 实验方案 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。 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，综合比棒料放入炉中 加 热 至试 验 温度 脉冲以及保温 炉冷至 700 脉冲及保温 炉 冷 至500 出炉 空冷 磨平 抛光 测 7 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， n 是正交表的行数， r 是因子的水平数。对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。 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。 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 火后组织性能的影响程度。根据试验要 8 求，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 水平号 因素 加热温度 A（ / ） 保温时间 B（ /h） 脉冲时间 C(/等温保温时间 D(/h) 1 740 760 1 10 1 3 780 5 800 2 20 2 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) 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 1 2 3 6 2 1 4 7 3 4 1 8 4 3 2 9 1 3 4 10 2 4 3 11 3 1 2 12 4 2 1 13 1 4 2 14 2 3 1 15 3 2 4 16 4 1 3 洛氏硬度 （ 并转换为布氏硬度 对十六根已经经过热处理的试样表面用砂纸打磨，是表面氧化皮脱落，利于测量硬度值的准确性的提高。测量方法为进行三块的多次测量求平均值。所谓三块是指试样的两端以及中间部分。详见图 3 所示。 9 图 3 被测区域指示图 表 5 试验条件及其结果 试验条件及布氏硬度结果显示如表 5 所示。 5 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。 12+208+208+204=832 11 4 2 0 8 试验编号 试验代号 加热温度 保温时间h 脉冲时间温保温h 平均硬度值 氏硬度值 40 7 12 2 40 1 10 1 16 08 3 40 5 6 08 4 40 2 20 2 15 04 5 60 0 5=215 6 60 1 5 2 16 08 7 60 0 4 00 8 60 2 15 1 8=210 9 80 5 2 9=215 10 80 1 20 10=222 11 80 1 11=218 12 80 2 10 12=215 13 00 0 1 13=218 14 00 1 15 14=218 15 00 0 2 15=215 16 00 2 5 16=218 被测区域一 被测区域二 被测区域三 10 22233344421 5 20 8 20 0 21 0 83 34 20 21 5 22 2 21 8 21 5 87 04 21 21 8 21 5 21 8 86 94 21 计算 B 因素 4 水平的试验指标之和与相应平均值。 1 2 1 2 2 1 5 2 1 5 2 1 8 8 6 0 11 4 2 1 5 2 2 0 8 2 0 8 2 2 2 2 1 8 8 5 6 22 4 2 1 4 3 2 0 8 2 0 0 2 1 8 2 1 5 8 4 1 33 4 2 1 0 . 2 5 4 2 0 4 2 1 0 2 2 2 2 1 8 8 5 4 44 4 2 1 3 . 5 计算 C 因素 4 水平的试验指标之和与相应平均值。 1 2 1 2 2 0 8 2 1 8 2 1 8 8 5 6 11 4 2 1 4 2 2 0 8 2 1 5 2 1 5 2 1 5 8 5 3 22 4 2 1 3 . 2 5 3 2 0 8 2 1 0 2 1 8 2 1 8 8 5 4 33 4 2 1 3 . 5 4 2 1 4 2 1 0 2 2 2 2 1 5 8 6 1 44 4 2 1 5 . 2 5 计算 D 因素 4 水平的试验指标之和与相应平均值。 1 2 1 2 2 0 0 2 1 5 2 1 8 8 4 5 11 4 2 1 1 . 2 5 2 2 0 8 2 1 0 2 1 8 2 1 8 8 5 4 22 4 2 1 3 . 5 3 2 0 8 2 2 2 2 1 8 2 1 5 8 6 3 33 4 2 1 5 . 7 5 4 2 0 4 2 0 8 2 1 5 2 1 5 8 4 2 44 4 2 1 0 . 5 16 次实验硬度平均值 11 111 2 1 2 2 0 8 2 0 8 2 0 4 2 1 5 2 0 8 2 0 0 2 1 0 2 1 5 2 2 2 2 1 8 2 1 5 2 1 8 2 1 8 2 1 5 2 1 8161 3404162 1 2 . 7 5 总偏差平方和 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。 2 2 2 2 2 212 2 2 2 2 222( ) ( 2 1 2 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 0 8 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 0 8 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 0 4 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 5 2 1 2 . 7 5 )( 2 0 8 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 0 0 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 0 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 2 2 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 8 2 1 2 . 7 5 )( 2 1 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 8 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 8 2222 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 8 2 1 2 . 7 5 )531 因数偏差平方和 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 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 2 2 2 21 2 3 42 2 2 24 ( ) ( ) ( ) ( ) 4 ( 2 0 8 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 0 8 . 2 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 7 . 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 7 . 2 5 2 1 2 . 7 5 )4 ( 2 2 . 5 6 2 5 2 0 . 2 5 2 2 . 5 6 2 5 2 0 . 2 5 )3 4 2 . 5A A A A X K X K X K X 2 2 2 21 2 3 42 2 2 24 ( ) ( ) ( ) ( ) 4 ( 2 1 3 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 4 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 2 . 2 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 3 . 5 2 1 2 . 7 5 )4 ( 0 . 0 6 2 5 1 . 5 6 2 5 0 . 5 6 2 5 0 . 5 6 2 5 )11B B B B X K X K X K X 2 2 2 21 2 3 42 2 2 24 ( ) ( ) ( ) ( ) 4 ( 2 1 4 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 3 . 2 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 3 . 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 5 . 2 5 2 1 2 . 7 5 )4 (1 . 5 6 2 5 0 . 2 5 0 . 5 6 2 5 7 . 5 6 2 5 )3 9 . 7 5C C C C X K X K X K X 2 2 2 21 2 3 42 2 2 24 ( ) ( ) ( ) ( ) 4 ( 2 1 1 . 2 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 3 . 2 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 3 . 7 5 2 1 2 . 7 5 ) ( 2 1 0 . 5 2 1 2 . 7 5 )4 ( 2 . 2 5 0 . 2 5 1 2 . 2 5 )23D D D D X K X K X K X 12 误差 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。 总自由度 1 1 6 1 1 5 因数自由度 13 误差自由度 各因素自由度之和 4 1 5 1 2 3e T jf f f F 值得计算 差来源 A 的 F 值计算 方差来源 B 的 F 值计算 1 1 3 0 . 1 86 0 . 2 5 3 方差来源 C 的 F 值计算 15 3 1 ( 3 4 2 . 5 5 3 . 7 5 1 9 . 5 5 5 )5 3 1 4 7 0 . 7 56 0 . 2 5 S 3 4 2 . 5 3 5 . 6 8 4 66 0 . 2 5 3 3 9 . 7 5 3 0 . 6 66 0 . 2 5 3 13 方差来源 D 的 F 值计算 2 3 3 0 . 3 86 0 . 2 5 3 均方的计算 方差来源 A 的均值 方差来源 B 的均值 方差来源 C 的均值 方差来源 D 的均值 方差来源 e 的均值 列方差分析表见表 6 表 6 方差分析表 方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 A 11 3 23 3 当第 i 列因素对试验结果没有影响时，有 11 3 . 731S m 3 9 . 7 5 1 3 . 2 531S m 23 7 . 731S m 3 4 2 . 5 1 1 4 . 231S m 6 0 . 2 5 2 0 . 133 S 14 i f 因此，当时，可以认为第 i 列因素对试验结果有显著影响；否则，认为没有显著影响。这就是正交设计的方差分析。 因为 /所以因素 A 是非常重要因素， C、 D、 B 为次要因素。图示如下 主 次 加热温度 脉冲时间 等温保温时间 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。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 5. 图 5 各因素和水平对硬度影响的曲线图 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 15 123412342 1 2 2 1 2 . 7 5 0 . 7 52 0 8 2 1 2 . 7 5 4 . 7 52 0 8 2 1 2 . 7 5 4 . 7 52 0 4 2 1 2 . 7 5 8 . 7 52 1 5 2 1 2 . 7 5 2 . 2 52 0 8 2 1 2 . 7 5 4 . 7 52 0 0 2 1 2 . 7 5 1 2 . 7 52 1 0 2 1 2 . 7 5 2 . 7 5 佳水平的选取 根据方差分析和最佳水平分析 ， A 最显著影响因素 ,在选取时直接选水平效应中最大值 ， 既是 加热过程中是重要因素所以选取 C 因素也是重要因素选取最大值 的是缩短保温时间 。 由于 B， D 因素不是 主要 影响因素 ， 但考虑到等温时材料的组织变化情况取最 综合考虑选取最佳试验条件是 按照以上分析 ， 找出最佳工艺路线方案后 ， 按照两种最佳方案再做试样两根 ， 取其中硬度指标最适合的一个。 6 金相显微试样的制备 蚀 钢铁材料常用的侵蚀剂为 3 4%硝酸酒精溶液或 4%苦味酸酒精沉沦。侵蚀时间应适当，时间太短则侵蚀不足，组织不能充分显示；时间过长，则试样表面过于发暗，组织也显示不清。侵蚀后应立即用清水冲洗，用吹风机吹干。这样制的金相试样即可在显微镜下进行观察。 试样侵蚀后之所以能显示内部的组织，主要是侵蚀剂与试样表面之间产生了123412342 1 5 2 1 2 . 7 5 2 . 2 52 2 2 2 1 2 . 7 5 9 . 2 52 1 8 2 1 2 . 7 5 5 . 2 52 1 5 2 1 2 . 7 5 2 . 2 52 1 8 2 1 2 . 7 5 5 . 2 52 1 8 2 1 2 . 7 5 5 . 2 52 1 5 2 1 2 . 7 5 2 . 2 52 1 8 2 1 2 . 7 5 5 . 2 5 16 化学溶解作用及电化学作用。 对于两相或两相以上的合 金来说，侵蚀主要是一个电化学腐蚀过程。合金中的两个组成相具有不同的电极电位，在侵蚀剂中两相之间就形成了无数对“微电池”，具有较高正点位的相成为阴极，在正常电化学作用下不受侵蚀，保持原有的光滑平面；具有较高负电位的相成为阳极，而易迅速溶入侵蚀剂中，因此使试样表面呈凸凹不平。当光线照射到此凸凹不平的表面时，由于各处光线反射的程度不同，在显微镜下就能观察到不同的组织和相。 相试样制备 按工艺曲线图做电脉冲球化退火试验，把做好的试样按以下工艺路线进行金属试样制备，在老师的帮助下用 400倍显微镜观察金相组织 并拍照。金相试样制备：取样预磨 （ 280#1000#）吸干观察。 根据试验需求，在表 4 的基础上选择数制相近的的八组数据所对应的试样进行电子显微镜下的金相组织观察。八根试样编号分别为：编号 4、 5、 6、 7、 8、10、 12、 14。 首先，处理试样的表面以利于金相组织的观察。 将试样的一段用砂轮打磨机打掉氧化皮，在预磨机上安放 280#砂纸，进行第一次预磨，待表面粗糙度降低且端面水平度较高后在预磨机上放置 600#砂纸进行第二层次的预磨，待端面粗糙度以及水平度进一步提升后，在预磨机上放置1000#砂纸做最后一个阶段的 预磨处理。 打开抛光机，在抛光机里加入助磨剂，将已经经过预磨的一端在抛光机上抛光。待抛光面处理好后，用 4%的硝酸酒精溶液腐蚀到灰色，将试样被处理表面的硝酸冲洗干净，用吸水纸吸干被处理表面的水。到此，即可以准备观察金相组织了。其他试样的预处理方法与此雷同。 7 结论 经过对比后可以发现，试样编号： 7 的金相组织内部，碳化物的球化形态较好，分布均匀且尺寸较小，硬度为 00，是理想的球化退火组织。通常碳化物的等温球化过程由两个环节构成，即片层状碳化物溶解，溶解碳化物的析出。而且两环节均受 C 原子扩散过程 控制。球化前，碳化物的形态是层片状，当球化退火加热温度、时间适宜，将使钢中的 C 原子有足够的动力学条件溶解并均匀化，得到 C 均匀分布的奥氏体，从而在等温球化时，碳化物能以均匀球状形态或颗粒状形态分布于基体；如果加热温度不足、保温时间不够，则在 17 等温球化时碳化物仍有可能以链状或杆状碳化物分布于基体中。在加热温度、时间明显不足的情况下，在等温球化过程中施加脉冲电场，其球化效果得到了改善，与常规热处理相比，球化组织基本相同。这说明脉冲电场的介入对球化退火过程中 C 原子的扩散、基体中的 C 原子的均匀化，均起到
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