【正文】 低溫，耐腐蝕、磨損以及其他物理化學(xué)性能要求，碳鋼就不能完全滿足要求了。為了提高鋼的性能，在鐵碳合金中特意加入合金元素所獲得的合金鋼越來越得到更廣泛的應(yīng)用 [1]。Ｗ18Cr4V 為鎢系高速鋼，具有高的硬度、紅硬性及高溫硬度。其熱處理范圍較寬淬火不易過熱，熱處理過程不易氧化脫碳，磨削加工性能較好。該鋼600℃時(shí)硬度分別保持在 60HRC 的高硬度 [2]。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以 W18Cr4V 合金工具鋼作為試驗(yàn)原材料,擬用在等溫球化熱處理工藝的基礎(chǔ)上，加上電脈沖這一新型工藝,以期達(dá)到保證良好球狀珠光體組織的同時(shí)，可以在降低硬度，改善切削加工性能和綜合機(jī)械性能，又能降低球化退火的加熱溫度，并縮短冷模具鋼球化退火的保溫時(shí)間,提高熱處理效率。2 電脈沖技術(shù) 電脈沖原理利用 LC 振蕩電路原理，先用高壓電源對(duì)一組電容器進(jìn)行充電，將電容器與一個(gè)電感線圈及處理室的電極相連，電容器放電時(shí)產(chǎn)生的高頻指數(shù)脈沖衰減波即加在兩個(gè)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。 電脈沖電流對(duì)金屬組織變形的影響20 世紀(jì)90 年代以來，人們開始研究脈沖電流對(duì)金屬材料超塑性的影響。具有超塑性的金屬材料的晶粒是等軸的，當(dāng)受到外來拉力時(shí)，晶粒沿等軸晶界滑移，使金屬材料具有超常的塑性。脈沖電流作用于合金的過程中，脈沖電流促進(jìn)原子擴(kuò)散,引起應(yīng)力松弛，協(xié)調(diào)了晶界滑動(dòng)，使空洞的形成和長大得到抑制。施加脈沖電流使晶內(nèi)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)數(shù)量及阻力增加，導(dǎo)致流變應(yīng)力增大。同時(shí)由于脈沖電流增大原子擴(kuò)散速度，使晶界處位錯(cuò)的攀移速度增加，降低晶界處的應(yīng)力集中，抑制晶界處空洞的形成和長大，避免了試樣過早斷裂。電脈沖處理技術(shù)在材料研究領(lǐng)域的應(yīng)用與電遷移理論的發(fā)展密切相關(guān) [1] 。金屬中的電遷移(Electromigration) 或電輸運(yùn)( Elect rot ransport) 現(xiàn)象早在19 世紀(jì)就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但是關(guān)于電流對(duì)金屬材料組織和性能影響的研究直到近一個(gè)世紀(jì)之后才系統(tǒng)地開展起來。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，電脈沖能夠?qū)饘俨牧系慕M織轉(zhuǎn)變和性能產(chǎn)生諸多影響，脈沖電流處理可以使材料局部發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，使晶粒在超塑變形中趨于等軸狀態(tài)，從而改善材料的塑性。電脈沖處理能顯著改善合金的塑性、韌性和強(qiáng)度。許多專家給予出上述現(xiàn)象的原因主要是由于電流通過金屬時(shí)，電子流與位錯(cuò)間存在相互作用，相互的拖曳而使晶粒破碎，而達(dá)到，細(xì)化材料晶粒組織的目的，進(jìn)而提高其塑性變形能力、韌性和強(qiáng)度。電脈沖對(duì)非晶合金晶化和金屬材料再結(jié)晶的影響非晶合金中通過電流時(shí)，自由電子定向運(yùn)動(dòng), 通過與非晶中的原子發(fā)生碰撞，把動(dòng)能傳遞給原子，使原子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇。脈沖電流作用于非晶合金導(dǎo)致非晶結(jié)構(gòu)弛豫，提供給非晶中原子額外沖力作用，使非晶中n 型缺陷受到自由電子運(yùn)動(dòng)的周期性排斥，促進(jìn)了空位的遷移與湮滅，提高基體金屬相的形核率。許多的國內(nèi)專家學(xué)者晁月盛，鄂洪儒等就高密度電脈沖對(duì)Fe2Si2B非晶合金晶化過程的影響進(jìn)行了系列研究 [5 ，6 ] 。脈沖電流處理明顯促進(jìn)了非晶合金的晶化。再結(jié)晶的發(fā)生依賴位錯(cuò)的回復(fù)與原子擴(kuò)散，脈沖電流能夠影響材料中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和原子擴(kuò)散，從而會(huì)對(duì)材料的再結(jié)晶過程產(chǎn)生影響。對(duì)超塑變形中的鋁鋰合金，施加脈沖電流。脈沖電流通過促進(jìn)位錯(cuò)滑移和原子擴(kuò)散，加快位錯(cuò)攀移進(jìn)入晶界，增大亞晶角度，通過加快位錯(cuò)回復(fù)而加速再結(jié)晶形核和提高再結(jié)晶形核率。同時(shí)通過加速位錯(cuò)在晶界上的攀移及消失，減小形核界面兩邊的能量差而降低形核界面的遷移速率及再結(jié)晶核心的長大速率，進(jìn)而減小完全再結(jié)晶的晶粒直徑 [7] 。不僅塑性變形中的金屬再結(jié)晶受到電脈沖的影響，單晶體經(jīng)高密度脈沖電流處理后，其再結(jié)晶行為也產(chǎn)生了變化 [8] 。高密度電脈沖處理造成位錯(cuò)的局部湮滅會(huì)增大位錯(cuò)分布不均勻區(qū)域的位錯(cuò)密度梯度進(jìn)而形成再結(jié)晶的晶核，并且由于位錯(cuò)在不同方向上進(jìn)行的難易程度不同，導(dǎo)致晶粒各向長大尺寸有所區(qū)別。由于電脈沖作用時(shí)間短，新形成的晶核沒有足夠的時(shí)間長大，形成了尺寸較小的再結(jié)晶晶粒。因此，經(jīng)脈沖電流處理后，在單晶體中形成了形狀不同，尺寸較小的再結(jié)晶晶粒。脈沖電流處理可以使材料局部發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,使晶粒在超塑變形中趨于等軸狀態(tài)。電脈沖處理能顯著改善合金的塑性、韌性和強(qiáng)度，目前一般認(rèn)為上述現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于電流通過金屬時(shí)，電子流與位錯(cuò)間存在相互作用，拖曳位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，降低流變應(yīng)力，進(jìn)而提高其塑性變形能力，細(xì)化材料晶粒組織 [3]。正因?yàn)槿绱?，才選用電脈沖這一新型的熱處理工藝來進(jìn)行本次的試驗(yàn)。 電脈沖對(duì)材料力學(xué)的影響　H. Conrad 等就脈沖電流對(duì)多晶金屬和 α2Ti 疲勞性能的影響進(jìn)行了研究。所得結(jié)果為，脈沖電流能夠提高多晶金屬的疲勞壽命。認(rèn)為高密度脈沖電流處理對(duì)駐留滑移帶( PSB) 中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)或次滑移帶中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有影響，從而提高了滑移帶的均勻性，脈沖電流對(duì)疲勞壽命的影響隨所加應(yīng)力的降低而增加。對(duì)α2Ti 的低周疲勞來說，脈沖電流不僅能降低疲勞初期的軟化速率，而且可以消除軟化過程中的硬化峰，電脈沖增強(qiáng)了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了低能位錯(cuò)Patch 結(jié)構(gòu)的形成。含駐留滑移帶的取向的疲勞金屬單晶體經(jīng)高密度脈沖電流處理后,PSB 的分布狀態(tài)趨于均勻，由于電脈沖處理明顯改善了PSB 基體界面的應(yīng)力集中狀態(tài),使駐留滑移帶局部消失。電脈沖對(duì)金屬材料性能的影響疲勞壽命的可能性進(jìn)行了理論計(jì)算，得到了肯定的計(jì)算結(jié)果。金屬材料的力學(xué)性能與材料的組分和晶粒度密切相關(guān)。一般來講,細(xì)小而均勻的組織能夠使材料在受力時(shí)有較好的協(xié)調(diào)變形能力，使材料獲得很好的綜合力學(xué)性能。因此提高材料綜合力學(xué)性能的改性研究，多集中在細(xì)化、均勻化材料的組織，以及保持細(xì)化后組織的穩(wěn)定性方面。實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xué)性能。周亦胄等就電脈沖處理對(duì)固體金屬材料力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電脈沖處理可以細(xì)化低碳微合金鋼的晶粒，且細(xì)化后的組織具有較好的熱穩(wěn)定性。晶粒細(xì)化后,鋼的綜合力學(xué)性能得到提高。冷加工經(jīng)脈沖電流處理后，得到比常規(guī)等溫退火處理更細(xì)更均勻的晶粒組織，其綜合力學(xué)性能有所提高 [4]。另外，當(dāng)前熱處理技術(shù)主要是圍繞著提高產(chǎn)品性能，節(jié)能、無氧化、減少公害、保護(hù)環(huán)境，減少零件變形，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行積極探索，并已取得了許多成果，出現(xiàn)了一些新型工藝 [5]。其中電脈沖就是新工藝當(dāng)中被眾多研究者關(guān)注的一種。因此電脈沖處理技術(shù)得到了許多材料科學(xué)工作者的關(guān)注，廣泛地應(yīng)用于材料的制備和性能改善。利用脈沖電場應(yīng)用于熱處理而成為新型的工藝應(yīng)用。電脈沖熱處理工藝參數(shù)在國內(nèi)，到目前為止還正在探討研究之中。但是由于脈沖電場的應(yīng)用能使材料獲得更好的機(jī)械性能，在國內(nèi)外都受到了相關(guān)學(xué)者的研究興趣。其相關(guān)熱處理參數(shù)的優(yōu)化也正在探討之中 [6]。3 試驗(yàn)原理、儀器及材料、試驗(yàn)方法 試驗(yàn)原理退火是應(yīng)用非常廣泛的一種熱處理。在機(jī)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(yù)先熱處理工序，安排在鑄造或鍛造之后、切削（粗）加工之前，用以消除關(guān)一工序所帶來的某些缺陷，為接下來的工序作準(zhǔn)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(yīng)力，而且組織粗大不均勻，成份也有偏析。這樣的鋼件，機(jī)械性能低劣，淬火時(shí)也容易造成變形或開裂。經(jīng)過適當(dāng)退火可使鋼件的組織細(xì)化，成份均勻，應(yīng)力消除，從而改善機(jī)械性能并為以后的淬火作好準(zhǔn)備。同時(shí)經(jīng)過退火后還可以使鋼件硬度達(dá)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(yīng)力退火等。球化退火