机械设计制造及其自动化论文GCr15轴承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化

PAGEPAGE14本科毕业论文（设计）论文题目：GCr15轴承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化GCr15bearingsteelballofelectricalpulseparametersofannealingheattreatmentprocessoptimization学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：完成时间：

GCr15轴承钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化摘要GCrl5钢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GCrl5滚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GCrl5滚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GCrl5滚动轴承钢球化退火的新工艺。关键词：正交试验法，电脉冲处理，GCr15钢，球化退火GCr15bearingsteelballofelectricalpulseparametersofannealingheattreatmentprocessoptimizationAbstractGCrl5steeliswidelyusedinindustrialproductioninasteelrollingbearingsteel,bearingsteeltoimprovetheservicelifeandimproveorganizationalperformance,hasbeenaconcernoftheworkers.ThestatebarGCrl5Forgedsteelrollingbearingcarbideoriginalformoforganization,sizeanddistribution,toincreasetheservicelifeofbearingsteelisessential.Industrialproductioningeneralthroughtraditionalordinaryspheroidizingisothermalprocess,sothatrollingbearingsteelGCrl5organizationstosmallgranularcarbide,dispersedinthematrix.However,thetraditionalballofordinaryisothermalannealingprocess,duetothehighheatingtemperature,holdingtimelonger(botharound13h)orthecomplextechnology,sothattheballoftheisothermalannealingprocessefficiencydecreasedsignificantly.Therefore,wefindakindofspeedinguptherateofcarbideballandimproveballisothermalannealingprocessandtheefficiencyofthenewmethods,discussestheroleofapulsedelectricfieldofrollingbearingsteelballGCrl5underthenewprocessofannealing.Keywords：Orthogonaltest,Electropulsing,GCr15steel,Spheroidizingannealing目录1绪论 12试验准备 12.1试验仪器及介绍 12.1.1制作高温箱式电阻炉的炉门 22.2实验目的 23试验原理 23.1退火工艺 23.2球化退火 33.3电脉冲原理 33.4实验材料 43.5试验过程 44实验方案 64.1正交实验数据表 64.2正交实验设计步骤 74.3测洛氏硬度（HRC）并转换为布氏硬度 85正交实验结果及分析 95.1方差分析法 95.2最佳水平 145.2.1各因素水平效应 145.2.2最佳水平的选取 156金相显微试样的制备 156.1侵蚀 156.2金相试样制备 167结论 16致谢 18主要参考文献与资料 19PAGE11绪论GCr15钢是工业生产中广泛使用的铬系滚动轴承钢，GCr15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GCr15轴承钢的使用寿命，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GCr15滚动轴承钢原始组织中的碳化物的形态、分布、尺寸，对GCr15滚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GCr15滚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GCr15滚动轴承钢球化退火的新工艺。2试验准备2.1试验仪器及介绍脉冲电场发生器一台功率放大器（2kw）一台SXZ—2.5—12高温箱式电阻炉一台HR—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高温箱式电阻炉的炉门一个2.1.1制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SXZ—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。2.2实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Cr15滚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Cr15滚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Cr15滚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Cr15滚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3.1退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170～250HBS左右，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。3.2球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Ac1(20～30℃)然后缓冷下来。随炉冷却到略低于Ar1(20～40℃)的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至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。3.3电脉冲原理利用LC振荡电路原理，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。3.4实验材料试验中采用的材料为直径ψ12mm×100mm锻轧后的GCr15滚动轴承钢小轴的半成品坯料。质量为0.11kg/每根。其化学成分如表1所示。表1GCr15滚动轴承钢化学成分材料C%Si%Mn%Cr%P%S%GCr150.95~1.050.15~0.350.25~0.451.40~1.650.0250.025根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Cr15系列钢制作为常用冷作滚动轴承钢。最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Cr15。GCr15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。通过资料查出Cr15滚动轴承钢的临界温度Ac1（钢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℃。Cr15滚动轴承钢的临界温度表2。表2Cr15滚动轴承钢的临界温度临界点Ac1AcmAr1Arcm温度（近似∕℃）745--700Ac1（钢加热开始形成奥氏体的温度）Accm（过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）Ar1（钢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）Arcm（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）3.5试验过程将长200mm的GCr15毛坯试样用切割机分割为20×100mm的小试件。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2kw的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2kw的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2kw功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2kw功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。箱式电阻炉箱式电阻炉脉冲发生器功率放大器电流计电阻丝组图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50Hz，正弦信号输出，再将2kw功率放大器电源打开，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5min。时间到达后，关闭2kw功率放大器电源，关闭脉冲信号发生器电源。打开计时器，设定好保温时间为30min。当时间到达后，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30min，当保温时间到达后，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。棒料放入炉中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HRC观察金相图2工艺处理基本流程图4实验方案4.1正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Ln（rm）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；每一列中，各种数字出现的次数是相等的；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A1，A2，…B1，B2…来表示。4.2正交实验设计步骤正交试验设计的主要步骤如下：选择正交表Ln（rm）。设计表头。按照设计做试验，取得试验观测值。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。列方差分析表，作显著性检验。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(/min)、和等温保温时间D(/h)四项因素对Cr15退火后组织性能的影响程度。根据试验要求，列出正交试验因素表(采用4因素4水平)，见表3.表3Cr15钢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(/min)等温保温时间D(/h)17400.550.52760110137801.5151.548002202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(/min)等温保温时间D(/h)1A1B1C1D111112A1B2C2D212223A1B3C3D313334A1B4C4D1414445A2B1C2D321236A2B2C1D422147A2B3C4D123418A2B4C3D224329A1B1C1D1313410A3B2C4D3324311A3B3C1D2331212A3B4C2D1342113A4B1C4D2414214A4B2C3D1423115A4B3C2D4432416A4B4C1D344134.3测洛氏硬度（HRC）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。被测区域一被测区域一被测区域二被测区域三图3被测区域指示图试验编号试验代号加热温度℃保温时间h脉冲时间min等温保温h 平均硬度值HRC布氏硬度值HBS1A1B1C1D17400.550.517Y1=2122A1B2C2D2740110116Y2=2083A1B3C3D37401.5151.516Y3=2084A1B4C44=2045A2B1C2D37600.5101.517.75Y5=2156A2B2C1D476015216Y6=2087A2B3C4D17601.5200.514Y7=2008A2B4C3D2760215116.5Y8=2109A3B1C3D47800.515217.75Y9=21510A3B2C4D37801201.519.5Y10=22211A3B3C1D27801.55118.5Y11=21812A3B4C2D17802100.517.75Y12=21513A4B1C4D28000.520118.8Y13=21814A4B2C3D18001150.518.5Y14=21815A4B3C2D48001.510217.75Y15=21516A4B4C1D3800251.518.5Y16=218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5.1方差分析法计算A因素4水平的试验指标之和与相应平均值。K1A=212+208+208+204=832计算B因素4水平的试验指标之和与相应平均值。计算C因素4水平的试验指标之和与相应平均值。计算D因素4水平的试验指标之和与相应平均值。16次实验硬度平均值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。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的偏差平方和误差平方和任何实验都是存在误差的.误差的来源包括人为操作误差、实验仪器本身的误差、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n为总试验次数因数自由度m为水平数误差自由度—各因素自由度之和F值得计算方差来源A的F值计算方差来源B的F值计算方差来源C的F值计算方差来源D的F值计算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A342.53114.25.6846B1133.70.18C39.75313.250.66D2337.70.38E60.25320.1—当第列因素对试验结果没有影响时，有因此，当大于时，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。因为比大，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5.2最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。5.2.1各因素水平效应5.2.2最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A4在加热过程中是重要因素所以选取A4，C因素也是重要因素选取最大值C4为的是缩短保温时间。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B3D1，综合考虑选取最佳试验条件是A4B3C4D1和A2B3C4D1.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6.1侵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。6.2金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HBS200，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Fe、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Fe、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，均起到了促进作用。这同时也说明，脉冲电场的介入对固相中的原子间歇的施加了作用力[1]。加强了热激活的效果，因此在固态相变中，除了自身的相变驱动力之外，还附加了一个由脉冲电场给与的额外能量Q，这时形核率为：（1）由于相变过程中N、ν、K、T均为常数，增加了Q就使I增加，从而增大了碳化物的形核率，细化了晶粒。脉冲电压越大，这种热激活效果越明显，奥氏体越细小，碳化物形核率也就越高，球化退火后粒状或球状珠光体细化效果也就越显著[2]。由于Cr组织中存在大量的共晶碳化物、过共析钢碳化物和共析碳化物(在退火组织中约占13%～17%，在淬火组织中约占12%)。在冶金过程中,由于共晶碳化物沿奥氏体晶界呈网络状析出,颗粒粗大，在以后的轧制过程中碳化物网和晶粒会不同程度被破碎，沿轧制方向不同程度呈带状分布。一般情况下，轧压的变形量越大,碳化物的破碎作用愈显著,所以钢厂提供的轧材直径越小，碳化物的晶粒分布越均匀。大量实践证明，Cr15滚动轴承钢中碳化物形态是影响钢的机械性能、工艺性能和实用性能的最重要因素之一。不均匀的碳化物分布将导致机械性能的降低，模具使用时容易产生折断、崩刃现象。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、均匀化的材料组织，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[3][4]。图6试样编号：7脉冲退火组织图图7常规球化退火组织图图8试样7脉冲热处理工艺流程图图9常规等温球化退火工艺流程图实验结果表明，金属从高温到冷却的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[5][6]。在本试验中电脉冲处理可以细化合金钢的晶粒，且细化后的组织具有较好的热稳定性。晶粒细化后，得到比常规等温退火处理更细更均匀的晶粒组织，钢的综合力学性能得到提高。Cr15滚动轴承钢在球化退火过程中施加脉冲电场，可以明显改善等温球化退火效果，在保证得到良好球状珠光体组织的前提下，使碳化物粒度、形状、分布得到了明显的改善，有利于使基体在淬火后获得马氏体和较好的强韧性，寿命将会得到明显提高。Cr15滚动轴承钢电脉冲等温球化退火的加热温度可以选较低的加热温度，其保温时间4h减少到1.5h；等温加热温度可以取到700℃，其保温时间4h减少到0.5h；在整个施加脉冲电场球化退火过程中保温时间比常规处理减少4—6h。大大提高了等温球化退火的效率，缩短了生产周期,降低了成本，是一种值得深入研究并具有应用价值和广阔前景的合金工具钢等温球化退火新工艺。本试验存在的问题是在球化退火的组织显微上来看局部的碳化物还不是太均匀，产生的原因可能是在进行试验前原材料没有消除网状碳化物所致。致谢本文是在导师的悉心指导下完成的。王老师具有严谨的治学态度，丰富的实践经验，在治学及做人方面使我受益匪浅。衷心感谢王老师对我的关心指导和帮助。时间飞逝，光阴如梭，我的大学生活也将画上结束的标点。回首大学生活，想到自己的大学生活即将结束，想到各位老师的谆谆教诲，想起同窗好友谈笑风声感慨不舍！几年来，在院系领导的关心支持下，在老师们的悉心教诲下，我的大学生活充实有节，在学业取得了理想的成绩，各项能力得到了锻炼，在思想上也是日趋成熟。在此，谨向各位领导和老师表示诚挚的感谢！王老师在试验的整个过程中一直严格要求我们要会用怀疑的眼光看问题，用认真的态度去做事，并且用真实的态度来面对科学。对待研究学术问题要一丝不苟。必须要有扎实的基本功以及端正严谨的学风。王老师的悉心教导不仅促成我完成论文的撰写，而且使我懂得了更多的道理和方法，在此谨向各位老师的谆谆教诲表示由衷的感谢！与此同时，也感谢王老师给了我很多无私的帮助，在资料的收集整理和实验以及数据处理中，帮助解决了很多问题及麻烦，再次对此表示由衷的感谢！参考文献[1]王焕琴，宋林森，王三保，等./kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=BaseLink&Fie