机电技术教育论文（设计）W18Cr4V工具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化

PAGEPAGE2本科毕业论文（设计）论文（设计）题目:W18Cr4V工具钢电脉冲球化退火热处理工艺参数的优化Papers(design)Subject:TheoptimizationofW18Cr4VPulse-electricFieldSpheroidizingAnnealingHeat-treatmentprocessparameter学生姓名：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：摘要本文主要是用数学正交试验法对W18Cr4V合金工具钢进行电脉冲球化退火热处理。然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Papers(design)Subject:TheoptimizationofW18Cr4VPulse-electricFieldSpheroidizingAnnealingHeat-treatmentprocessparameterABSTRACTThisarticleismainlycarriesontheelectricitypulsespheroidizingheattreatmentwithmathematicsorthogonaltestingmethodtotheW18Cr4Valloytoolsteel.Thencarriesonthecomparisonwiththeordinaryspheroidizingheattreatmentontheperformanceandtheorganization.Theresultdiscoveredthattheelectricitypulsespheroidizingheattreatmentmayreducetheheattreatmentcycle,simultaneouslymayreducedegreeofhardness,theimprovementmachiningperformanceandthesynthesismechanicalproperty,canalsoreducethespheroidizingtheheatingtemperature,andreducesthealloytoolsteelspheroidizingthesoakingtime,raisestheheattreatmentefficiency.目录1绪论 12电脉冲技术 22.1电脉冲电流对金属组织变形的影响 22.2电脉冲对材料力学的影响 43试验原理、仪器及材料、试验方法 43.1试验原理 43.2试验仪器 53.3选择材料 63.4W18Cr4V的常规球化退火工艺 73.5试验方法 84正交试验数据计算及分析结果 84.1正交实验数据表 84.2正交实验设计步骤 95正交试验及结果分析 14５.１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５.２最佳水平５.２.１各因素水平效应５.２２最佳因素选取6试验验证 15谢辞 18参考文献 191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]。Ｗ18Cr4V为钨系高速钢，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60HRC的高硬度[2]。本次毕业设计以W18Cr4V合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2.1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。2.2电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(Electromigration)或电输运(Electrotransport)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Fe2Si2B非晶合金晶化过程的影响进行了系列研究[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。2.3电脉冲对材料力学的影响H.Conrad等就脉冲电流对多晶金属和α2Ti疲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(PSB)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α2Ti的低周疲劳来说，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Patch结构的形成。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,PSB的分布状态趋于均匀，由于电脉冲处理明显改善了PSB-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3.1试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170～250HBS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。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。3.2试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：SXZ—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HR—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50HZ，通电脉时间是5～20min。图1高温箱式电阻炉3.3选择材料我所选用的试验材料是常用的钨系列高速钢W18Cr4V，其主要用于制造各种复杂的小型刀。高速钢W18Cr4V通用性强，工艺成熟。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]。3.4W18Cr4V的常规球化退火工艺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W18Cr4V退火热处理工艺路线如图2所示。图2W18Cr4V合金工具钢退火热处理工艺路线3.5试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℃/h的冷却速度，冷却到500℃～600℃后出炉空冷[8]。将材料切割成Ф12mm×100mm的试样20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50Hz。将脉冲电场发生器金属导线按顺序分别连接在W18Cr4V钢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（800-860℃）然后施加脉冲5-20min，保温0.5-2h,随炉冷至740℃，再加脉冲电压5-20min，等温后随炉冷至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。图3W18Cr4V电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[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[11]。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Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ退火后组织性能的影响程度。根据试验要求，４因素4水平对Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ热处理后硬度值的影响，其所有不同的实验条件共有4４=１２８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(/min)等温保温时间D(/h)18000.550.52820110138401.5151.548602202本次试验采用一次回归正交试验设计方法，选用L16（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（HBS）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)试验指标硬度（HBS）1A1B1C1D11111Y1=2182A1B2C2D21222Y2=2233A1B3C3D31333Y3=2204A1B4C4D141444Y4=2255A2B1C2D32123Y5=2106A2B2C1D42214Y6=2157A2B3C4D12341Y7=2208A2B4C3D22432Y8=2249A1B1C1D13134Y9=20810A3B2C4D33243Y10=20611A3B3C1D23312Y11=20012A3B4C2D13421Y12=21013A4B1C4D24142Y13=22514A4B2C3D14231Y14=21615A4B3C2D44324Y15=21216A4B4C1D34413Y16=209221.5215.25210.5216217.5215213.75218206213217211.25215.5217213.5215219.68758.062529.437517.4375Si14.82.845.394.1712正交实验结果及分析12.1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。计算A因素4水平的试验指标之和与相应平均值。K1A=218+223+220+225=8861A=886÷4=221.5K2A=210+215+220+224=8692A=869÷4=217.25K3A=208+206+200+210=8243A=824÷4=206K4A=225+216+212+209=8624A=862÷4=215.5计算B因素4水平的试验指标之和与相应平均值。K1B=218+210+208+225=8611B=861÷4=215.25K2B=223+215+206+216=8602B=860÷4=215K3B=220+220+200+212=8523B=852÷4=213K4B=225+224+210+209=8684B=868÷4=217计算C因素4水平的试验指标之和与相应平均值。K1C=218+215+200+209=8421C=842÷4=210.5K2C=223+210+210+212=8552C=855÷4=213.75K3C=220+224+208+216=8683C=868÷4=217K4C=225+220+206+225=8764C=876÷4=219计算D因素4水平的试验指标之和与相应平均值。K1D=218+220+210+216=8641D=864÷4=216K2D=223+224+200+225=8722D=872÷4=218K3D=220+210+206+209=8453D=845÷4=211.25K4D=225+215+208+212=8604D=860÷4=21516次实验硬度平均值=1/16（218+223+220+225+210+215+220+224+208+206+200+210+225+216+212+209）=215.0625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[12]。S总偏差平方和=（218-215.0625）2+（223-215.0625）2+（220-215.0625）2+（225-215.0625）2+（210-215.0625）2+（215-215.0625）2+（220-215.0625）2+（224-215.0625）2+（208-215.0625）2+（206-215.0625）2+（200-215.0625）2+（210-215.0625）2+（225-215.0625）2+（216-215.0625）2+(212-215.0625)2+(209-215.0625)2=854.9375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SA=4[(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K1A))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K2A))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K3A))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K4A))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2]=4[(221.5-215.0625)2+(217.25-215.0625)2+(206-215.0625)2+(215.5-215.0625)2]=514.2因素B的偏差平方和SB=4[(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K1B))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K2B))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K3B))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K4B))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2]=4[(215.25-215.0625)2+(215-215.0625)2+(213-215.0625)2+(217-215.0625)2]=32.2因素C的偏差平方和SC=4[(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K1C))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K2C))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K3C))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K4C))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2]=4[(210.5-219.0625)2+(213.75-219.0625)2+(217-219.0625)2+(219-219.0625)2]=167.2因素D的偏差平方和SD=4[(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K1D))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+(EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K2D))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X)))2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K3D))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2+（EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(K4D))-EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(X))）2]=4[(216-219.0625)2+(218-219.0625)2+(211.25-219.0625)2+(215-219.0625)2]=100.92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[13]。Se=S总偏差平方和–(SA+SB+SC+SD)=40.41总自由度n为总试验次数因数自由度==…=r-1是各因子的自由度，=m-1=3m为水平数误差自由度各因素自由度之和fe=fT-12=3F值得计算=方差来源A的F值计算FA=SAfe/SefA=514.2×3÷40.41÷3=12.72方差来源B的F值计算FB=SBfe/SefB=32.2×3÷40.41÷3=0.7968方差来源C的F值计算FC=SCfe/SefC=167.2×3÷40.41÷3=4.1376方差来源D的F值计算FD=SDfe/SefD=100.92×3÷40.41÷3=2.497均方的计算方差来源A的均值EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(SA))=SA/(m-1)=514.2/3=171.4方差来源B的均值EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(SB))=SC/(m-1)=32.2/3=10.7方差来源C的均值EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(SC))=SC/(m-1)=167.2/3=55.7方差来源D的均值EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(SD))=SD/(m-1)=100.92/3=33.64方差来源e的均值EQ\o(\s\up5(－),\s\do2(Se))=/=40.41/3=13.47表8列方差分析表见表8方差分析表方差来源平方和自由度均方F值A５４１．２3１７１．４１２．７２B３２．２3１０．７０．７９7C１６７．２3５５．７４．１３8D１００．９２3３３．６４２．４９７E４０．４１ 3１３．４７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、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12.2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。12.2.1各因素水平效应A1=221.5-215.0625=6.4375A2=217.5-215.0625=2.4375A3=206.5-215.0625=-8.5625A4=215.5-215.0625=0.4375B1=215.25-215.0625=0.1875B2=215-215.0625=-0.0625B3=213-215.0625=-2.0625B4=217-215.0625=1.9375C1=210.5-215.0625=-4.5625C2=213.75-215.0625=-1.3125C3=217-215.0625=1.9375C4=213.5-215.0625=-1.5625D1=216-215.0625=0.9375D2=218-215.0625=2.9375D3=211.25-215.0625=-3.8125D4==215-215.0625=-0.062512.2.2最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A为最重要因素所以选取结果最大值为A1=6.4375最佳水平对于B、C、D不是显著因素但也要选取其结果最大值做最佳搭档B4=1.9375，C3=1.9375，D2=2.9375故A4B4C3D2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 因素数值加热温度保温时间脉冲时间等温保温h硬度18６0２１５1１８６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。图6W18Cr4V普通球化退火工艺曲线图7W18Cr4V电脉冲等温球化退火工艺曲线通过正交法的分析我们找到了最佳试验条件。加热温度８６０℃，保温时间２ｈ，电脉冲１５ｍｉｎ，等温保温１ｈ。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７６０度，保温时间３小时取中间值，两组试验冷却方法完全相同随炉冷却到5００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：２００ＨＢＳ普通球化退火硬度值：２０４～２５５ＨＢＳ保温时间电脉冲球化退火：３个小时普通球化退火：５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８６０℃，保温一段时间后，由于加热温度略高于Ac1，使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Ar1的过程中，以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５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毕业设计也即将完成。在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！参考文献［1］\o"张洁"张洁，\o"许晓静"许晓静.冷作模具用高速钢热处理性能和变形研究［J］.\o"模具工业"模具工业2003年02期［2］王焕琴.脉冲电场中W6Mo5Cr4V2钢球化退火工艺［J］.\o