【文章內(nèi)容簡介】 主要應(yīng)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(xì)化均勻組織提高材料的力學(xué)性能，并為以后的淬火熱處理做好準(zhǔn)備。球化退火是應(yīng)用于過共析鋼及合金工具鋼的一種退火方法。將鋼加熱到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睿鶆蚍植加阼F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(yán)格地控制退火后的硬度。 試驗儀器考慮到熱處理試驗后還要對磨出材料的金相組織，除了捆邦工件的鐵絲，鉗子等工具之外，還要有進行粗磨時的各種型號的砂紙，拋光液，及40%的銷酸浸蝕液和用來堵箱式電阻爐爐門的耐火材料板。本試驗選用主要的試驗儀器設(shè)備有以下幾種：SXZ—25—12高溫箱式電阻爐如圖1所示脈沖電場發(fā)生器，放大器及導(dǎo)線HR—1500洛氏硬度測試機預(yù)磨機和金相試驗拋光機和金相顯微鏡試驗過程經(jīng)過老師的指導(dǎo)選取脈沖電壓為800伏，脈沖頻率是50HZ，通電脈時間是5～ 20min。圖1 高溫箱式電阻爐 選擇材料我所選用的試驗材料是常用的鎢系列高速鋼 W18Cr4V，其主要用于制造各種復(fù)雜的小型刀。高速鋼 W18Cr4V 通用性強，工藝成熟。但碳化物偏析嚴(yán)重，熱塑性低，刀具硬度和紅硬性滿足不了加工特硬和特韌材料。合金元素含量多，成本高。通過球化退火，目的是降低硬度、消除應(yīng)力、細(xì)化均勻組織，而且還可以減少最終熱處理的變形和開裂傾向為隨后的淬火做好組織準(zhǔn)備。處理后組織為索氏體和粒狀碳化物組成 [7]。 W18Cr4V的常規(guī)球化退火工藝由于本次試驗設(shè)計是在普通球化退火的基礎(chǔ)上加上電脈沖工藝來做的，所以必須對常規(guī)的工藝路線圖了解清楚，在加脈沖的時候，注意縮短加熱溫度后的保溫時間和等溫保溫時間。以此為參考設(shè)計出電脈沖下的球化退火熱處理新工藝路線圖 [9]。在傳統(tǒng)熱處理當(dāng)中經(jīng)常用的W18Cr4V退火熱處理工藝路線如圖2 所示。圖2 W18Cr4V合金工具鋼退火熱處理工藝路線 試驗方法球化退火時要綜全考慮爐子大小，裝爐量，工件尺寸等因素對試驗誤差的影響，有關(guān)手冊中的經(jīng)驗公式可供參考。退火冷卻溫度對碳化物形狀基本影響不大，可是對碳化物的彌散程度；冷卻速度大，其彌散程度也大。一般生產(chǎn)中多選用20℃ ～ 50℃/h的冷卻速度，冷卻到500℃～600℃后出爐空冷 [8]。將材料切割成Ф12mm 100mm的試樣20根。試驗用設(shè)備為箱式加熱電爐和脈沖電場發(fā)生器。選取脈沖電壓為800V，頻率為50Hz。將脈沖電場發(fā)生器金屬導(dǎo)線按順序分別連接在W18Cr4V 鋼試樣兩端的金屬鐵絲上，并把鋼試樣裝入箱式加熱爐內(nèi)加熱至（800860℃）然后施加脈沖520min，2h,隨爐冷至 740℃，再加脈沖電壓520min，等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。然后按同樣的加熱方法實現(xiàn)施加脈沖電壓不同時間的球化退火工藝，工藝曲線圖如圖3所示。 圖 3 W18Cr4V 電脈沖等溫球化退火工藝曲線圖4 正交試驗數(shù)據(jù)計算及分析結(jié)果 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(dāng)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(shè)計試驗。全面設(shè)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(shè)計方法—正交試驗設(shè)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(yīng)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(yīng)用，讓這種科學(xué)的方法能夠?qū)?jīng)濟發(fā)展有很好的幫助 [10]。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(shè)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?zāi)軌蜉^好的達到試驗的目的。正交表的記號為Ln（r m）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；（1） 每一列中，各種數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)是相等的；（2） 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(yīng)溫度有關(guān)，可還能與反應(yīng)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(fù)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，A 2，… B1 ，B 2 … 來表示 [11]。 正交實驗設(shè)計步驟正交試驗設(shè)計的主要步驟如下：（1） 選擇正交表 Ln（r m） 。（2） 設(shè)計表頭。（3） 按照設(shè)計做試驗 ，取得試驗觀測值。（4） 在正交表的每一列中，求出各水平對應(yīng)的均值，以及這一列的平方和和相關(guān)值。（5） 列方差分析表，作顯著性檢驗。（6） 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Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ退火后組織性能的影響程度。根據(jù)試驗要求，４因素 4 水平對Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ熱處理后硬度值的影響，其所有不同的實驗條件共有 4４ =１２８個，現(xiàn)在我們用正交表安排實驗只需要做 16 次實驗，16 次試驗硬度值列出正交試驗因素表(采用 4 因素 4 水平)，見表 3.表 3 正交試驗因素表 因素水平號 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) 1 800 5 2 820 1 10 1 3 840 15 4 860 2 20