河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 1 前 言 提到熱處理，最先想到的是那大功率的電爐以及長(zhǎng)時(shí)間的保溫，在整個(gè)熱處理的過(guò)程當(dāng)中，其能源消耗是巨大的。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，熱處理時(shí)如何節(jié)約能源一直都是一道難題。 直到七十年代末，日本學(xué)者大和久重雄提出了結(jié)構(gòu)鋼淬火加熱的保溫時(shí)間可以為零的設(shè)想， 才使節(jié)能問(wèn)題有重大突破 。 所謂“零保溫”淬火，就是指工件加熱時(shí)，其表面和心部達(dá)到淬火加熱溫度后，不需保溫，立即淬火冷卻的熱處理工藝。傳統(tǒng)的奧氏體化理論認(rèn)為 ,工件在加熱過(guò)程中必須有較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，以便完成奧氏 體晶粒的形成、長(zhǎng)大、剩余滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化。現(xiàn)行的鋼的淬火加熱工藝 ,都是在這一理論指導(dǎo)下制定的。與現(xiàn)行的淬火工藝相比，“零保溫”淬火省去了工件透熱和完成組織轉(zhuǎn)變所需要的保溫時(shí)間，不僅能節(jié)約能源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且還可以減少或消除工件在保溫過(guò)程中產(chǎn)生的氧化、脫碳等缺陷，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。 “零保溫”淬火的設(shè)想提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外熱處理學(xué)者對(duì)鋼的零保溫淬火開(kāi)展了較多的研究，研究方向主要集中在不同工件的零保溫淬火工藝和加熱溫度對(duì)鋼的組織性能的影響上，特別是對(duì)奧氏體晶粒和馬氏體組織的細(xì)化的影響及其機(jī)理。 例如： 蘇州絲綢工學(xué)院吳國(guó)梁、宋哲等的研究表明， 45 鋼工件直徑或厚度不大于100mm 時(shí)，在空氣爐中加熱，其表面和心部的溫度幾乎是同時(shí)到達(dá)的，因而其均溫時(shí)間可以不予考慮，和采用大加熱系數(shù)的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，可以縮短近 1/4 到1/5 淬火加熱時(shí)間。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)孟繁盛等，通過(guò) 60SiMn 鋼“零保溫”淬火工藝的實(shí)驗(yàn)研究得到的結(jié)論是： 60SiMn 鋼的“零保溫”淬火工藝與傳統(tǒng)淬火工藝比較，其奧氏體晶粒細(xì)小，淬火后組織細(xì)小，兩者機(jī)械性能指標(biāo)極為接近。 渤海船舶職業(yè)學(xué)院朱鳳艷等所做的理論分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)鋼淬火及 正兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 2 - 火加熱采用“零保溫”或短時(shí)間保溫是完全可行的。特別是 45、 45Mn2 這樣的碳素結(jié)構(gòu)鋼或單元素合金結(jié)構(gòu)鋼，采用“零保溫”工藝可以保證其力學(xué)性能要求。對(duì)于 40CrNiMo 等多元素合金結(jié)構(gòu)鋼，零保溫處理其力學(xué)性能也并不壞，完全符合指標(biāo)要求，但若為了性能可靠、穩(wěn)定，可選用 5 分鐘短時(shí)保溫。 焦作工學(xué)院李安銘，對(duì)礦用液壓支柱缸體用鋼 27SiMn 的研究表明其“零保溫”淬火得到極細(xì)的板條狀馬氏體組織，其原因與奧氏體晶粒細(xì)化和奧氏體中碳濃度分布不均勻有關(guān)。 武漢科技大學(xué)李立新等通過(guò)等溫條件下晶粒長(zhǎng)大模型研究表明，晶粒直徑隨 著加熱時(shí)間的增加而增加 .有的增加很快，有的很慢 .但到一定時(shí)間后都趨緩慢增加 . 同時(shí)有資料表明， 45、 35CrMo、 GCr15 等結(jié)構(gòu)鋼工件，采用 零保溫 加熱比傳統(tǒng)加熱可節(jié)約加熱時(shí)間 50%左右，總節(jié)約電 10-15%，提高工效 20-30%.零保溫 淬火工藝有助于細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度 .金屬的晶粒愈細(xì)，不僅強(qiáng)度愈高，而且塑性與韌性也較高，表現(xiàn)為具有較高的沖擊載荷抗力 .因此，細(xì)化晶粒也是熱處理界廣泛關(guān)注的課題之一 。 由此可見(jiàn)， 零保溫 熱處理工藝是非常值得研究與學(xué)習(xí)的，而我所研究的是在正火的狀態(tài)下，兩次零保溫淬火對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響，通過(guò)其金相組織的分析，進(jìn)一步了解組織的轉(zhuǎn)化規(guī)律。 通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，不僅使我對(duì)兩次淬火熱處理工藝有了一個(gè)全面的了解，而且使我打破了傳統(tǒng)熱處理的局限，讓我們的思維從傳統(tǒng)的束縛中解脫出來(lái)，有助于我們更好的認(rèn)識(shí)先進(jìn)的熱處理技術(shù)，并為以后的工作指明了另一條先進(jìn)的道路，也為 零保溫 熱處理工藝在以后的實(shí)際應(yīng)用中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 3 第 一 章 零保溫?zé)崽幚砗?jiǎn)介 1.1 零保溫?zé)崽幚淼南冗M(jìn)性 所謂“零保溫”淬火，就是指工件加熱時(shí)，其表面和心部均達(dá)到淬火溫度后，不需保溫便立即淬火冷卻的熱處理工藝。 七十年代末，日本學(xué)者大和久重雄提出了結(jié)構(gòu)鋼 淬 火加熱的保溫時(shí)間可以為零的設(shè)想以來(lái)，國(guó)內(nèi)的工作者也通過(guò)各自的試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)例證明了在確保工件性能的前提下，可以合理縮短鋼件在箱式爐中的加熱時(shí)間，甚至使其保溫時(shí)間為零，即“零保溫”淬火的新工藝。 “ 零保溫”淬火省去了工件透熱和完成組織轉(zhuǎn)變所需要的保溫時(shí)間，不僅能節(jié)約能源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且還可以減少或消除工件在保溫過(guò)程中產(chǎn)生的氧化、脫碳等缺陷，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。有關(guān)資料使用組織分析和性能測(cè)試方法，對(duì)比了 40Cr 鋼加熱，并經(jīng) 0min，15min 和 40min 保溫后淬火 及回火的組織、力學(xué)性能、沖擊抗力、耐蝕性能、掃描電鏡斷口及馬氏體成分的檢測(cè)后指出， 0min 與 40min 保溫處理的組織和性能相近或相同。由于零保溫處理時(shí)，鋼件在高溫停留時(shí)間短，奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，淬火得到更細(xì)小的馬氏體，故塑性和韌性還稍優(yōu)。 1.2 零保溫?zé)崽幚淼囊罁?jù) 鋼鐵熱處理目的是改善其組織，提高其機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)械零件的使用壽命。然而該工藝大量消耗能源。我國(guó)機(jī)械工業(yè)正在服役的熱處理設(shè)備中，電爐約占 90%，年耗電量將近 90 億度，經(jīng)過(guò)多年努力，雖然全國(guó)熱處理平均電耗已由 1978 年的約1600 度 /噸，下降 到目前的約 1000 度 /噸，但是與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距，平均處理 1 噸工件的耗電量比日本和歐美要多 2 至 3 倍。熱處理能耗絕大部分用于加熱和保溫，因此為了降低能耗，降低產(chǎn)品成本，應(yīng)在滿足熱處理質(zhì)量前提下，盡可能降低加熱溫度，縮短保溫時(shí)間。 奧氏體的形成溫度升高，奧氏體的形核率和長(zhǎng)大速度急劇增加，因此轉(zhuǎn)變速度兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 4 - 顯著縮短，加熱溫度越高，轉(zhuǎn)變?cè)杏诤屯瓿赊D(zhuǎn)變的時(shí)間越短。這就為零保溫的實(shí)現(xiàn)提供了可能，特別是中小工件，其尺寸較小，再加上鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很大，可以認(rèn)為奧氏體的轉(zhuǎn)變?cè)谒查g即可完成，無(wú)需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫。如：在 780時(shí)奧氏體完成一半轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間為 3 秒鐘，而在 800時(shí)奧氏體完成一半的轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間為 1 秒鐘。另外，采用“零保溫”工藝可以減少滲碳體在奧氏體中的溶入量，淬火后滲碳體均勻的分布在馬氏體的表面，且滲碳體呈粒狀，有助于提高鋼的韌性。除此之外，“零保溫”淬火省去了奧氏體均勻化的時(shí)間，在初期擴(kuò)散時(shí)，由于擴(kuò)散速度和濃度有關(guān)梯度有關(guān)，起初擴(kuò)散速度很快，隨著濃度梯度的下降，擴(kuò)散速度也緩慢了下來(lái)，均勻化時(shí)間短，從而使奧氏體的成分存在濃度不均勻，這將使馬氏體的形核的位置增多，淬火后的組織細(xì)化，晶粒的細(xì)小也使鋼的韌性有 所提高。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 5 第 二 章 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募胺桨?2.1 試驗(yàn)?zāi)康?隨著 零保溫 熱處理工藝的提出和在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用， 零保溫 不再只是一種設(shè)想，在許多方面已經(jīng)運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益。因此這種新的熱處理工藝受到廣泛的關(guān)注，并被眾多的學(xué)者研究。 鑒于這種新的熱處理方法的先進(jìn)性，在李安銘老師的指導(dǎo)下，我做的是兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我弄清了 20MnV 鋼在兩次淬火后組織性能的變化，對(duì) 20MnV 鋼的強(qiáng)度及硬度隨淬火溫度的變化規(guī)律有了一定的了解。 通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)， 使我們了解了熱處理的含義和效果，明確了熱處理對(duì)提高工件設(shè)備質(zhì)量的重要意義。熱處理之后，對(duì)鋼件進(jìn)行硬度測(cè)量，使我們了解和明確了硬度的概念，了解到硬度測(cè)量的意義，并掌握了洛氏硬度的測(cè)量方法，對(duì)洛氏硬度計(jì)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在進(jìn)行組織的觀察時(shí)，我們學(xué)會(huì)了顯微鏡的使用方法，并對(duì)如何使用顯微鏡有了明確的概念，如對(duì)于手放的位置、觀察的姿勢(shì)、觀察前的準(zhǔn)備等都有了新的認(rèn)識(shí)。在打磨試樣的過(guò)程中，讓我們學(xué)會(huì)了如何打磨試樣以及怎樣才能將試樣磨得很光，怎樣進(jìn)行拋光，怎樣防止拋光時(shí)試樣的升溫等書(shū)上學(xué)不到的知識(shí)。 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不 僅是我們的動(dòng)手能力有進(jìn)一步的提高，最重要的是使我們掌握了一種研究的方法即：正交回歸實(shí)驗(yàn)方法?？梢允刮覀兪煜た蒲许?xiàng)目的全過(guò)程，掌握較全面的科研方法。并通過(guò)親自動(dòng)手操作，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，從而對(duì)本專業(yè)的基礎(chǔ)理論和實(shí)際操作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。 2.1 準(zhǔn)備工作 截取 27 個(gè)試樣，用打號(hào)的鋼錐分別對(duì)其編號(hào)，以便分別不同熱處理溫度下的兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 6 - 鋼，為以后的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。核對(duì)工件數(shù)量，并檢查工件。明確淬火的要求：如淬火溫度等。 根據(jù)淬火要求，選用適當(dāng)?shù)墓ぞ邐A。裝爐時(shí)允許不同材質(zhì)但是具有相同加熱溫度的工件裝入同一爐中 加熱。入爐工件需干燥、無(wú)油污及其它臟物。在箱式爐中加熱時(shí)，一般單層排列。加熱時(shí)可直接裝入調(diào)至淬火溫度的爐中加熱，工件出爐時(shí)不可用鉗子直接夾實(shí)驗(yàn)面。冷卻方法為水冷。 2.3 熱處理進(jìn)行方案 2.3.1 正火 將 27 個(gè) 20MnV 鋼試樣放入箱式爐中加熱到 880 ，保溫 20 分鐘，在空氣中冷卻。 2.3.2 一次淬火 將正火后的 27 個(gè)試樣分成 3 組，每組 9 個(gè)試樣， 3 組試樣分別加熱到 920， 870 ， 820 ，保溫約 1 分鐘，取出淬火。 2.3.3 二次淬火 在一次淬火的三組試樣中，每組中取出 3 個(gè)試樣，分別加熱到 890， 840， 790進(jìn)行淬火。 2.3.4 回火 對(duì)處理完的所有試樣進(jìn)行回火，回火的溫度為 630（零保溫、空冷）。 2.4 測(cè)硬度及拍照 2.4.1 準(zhǔn)備工作 熱處理后的試樣冷卻后，用粗砂紙打磨，使試樣表面平整，且無(wú)氧化皮和油污等；試樣形狀應(yīng)能保證實(shí)驗(yàn)面與硬度計(jì)壓頭軸線垂直，測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量沿著過(guò)試樣圓心的直線方向測(cè)量。如果測(cè)量的地方有小的凹槽或未去掉的氧化皮，應(yīng)該繞過(guò)或者在就近的地方測(cè)量，以保證測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)可靠。 2.4.2 測(cè)洛氏硬度 洛氏硬度法壓痕較小，可測(cè)量硬度較高，可直接讀數(shù)，操作方便、 效率高，故為熱處理產(chǎn)品檢驗(yàn)的主要方法之一。洛氏硬度測(cè)試法采用壓入法，其原理見(jiàn)圖 1。在測(cè)量時(shí)，每個(gè)試樣上測(cè) 5 個(gè)點(diǎn)。應(yīng)注意在測(cè)量時(shí)加壓時(shí)要緩慢進(jìn)行，不要過(guò)快，否則容易損壞儀器且測(cè)量的值誤差也較大。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 7 132132圓角錐壓頭圖 1、洛氏硬度試驗(yàn)方法的原理 Fig.1 The principle of Rockwell test 在初始試驗(yàn)力及總試驗(yàn)力的先后作用下，將壓頭（金剛石圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸載，用測(cè)量的殘留壓痕深度增量計(jì)算硬度值（表面洛氏硬度只 是試驗(yàn)載荷較輕， C 值較小） HR= K（ h3h1） /C 式中 K 常數(shù)（鋼球： 0.26，金剛石圓錐： 0.2） h1 預(yù)加載荷 10kgf 壓入深度（ mm） h3 試樣上留下的最后深度（ mm） C 硬度計(jì)刻度盤上每一小格所代表的壓痕深度（ mm），洛氏硬度為0.002，表面洛氏硬度為 0.001。 注：本次試驗(yàn)采用的是金剛石圓錐壓頭，其頂角為 120。 2.4.4 拍照 拍金相照片應(yīng)用黑白膠卷。將制備好的試樣放在金相顯 微鏡下調(diào)試出清晰的金相組織，然后拍照，以備金相組織分析用。在拍照時(shí)應(yīng)盡量選用組織清晰且硬度值接近平均硬度值的試樣。 兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 8 - 第 三 章 金屬試樣的制備 3.1、取樣 3.1.1 對(duì)熱處理試樣的制備 熱處理試樣為指導(dǎo)老師備好的試驗(yàn)材料，其尺寸為 d18*20mm。 3.1.2 硬度測(cè)試的準(zhǔn)備 對(duì)熱處理后的試樣，選擇一面進(jìn)行粗磨，粗磨在粗砂紙上磨就可以了。在磨試樣時(shí)，要保證試樣和砂紙垂直，以便確認(rèn)其劃痕是否被磨盡，粗磨時(shí)應(yīng)把試樣表面的氧化皮磨掉，以保證測(cè)得的硬度值準(zhǔn)確、可靠。 3.2、磨光與拋光 3.2.1 金像觀察用 試樣的制備 磨光 磨光是為了得到平滑光潔的磨面。首先選取磨面，再進(jìn)行粗磨和細(xì)磨，粗磨一般將試樣表面的氧化皮磨掉并使試樣平坦光潔即可，它只是為精磨做準(zhǔn)備。試樣粗磨后要倒角，以免劃破精磨時(shí)用的試紙，磨試樣時(shí)要從粗砂紙到細(xì)紗紙一級(jí)一級(jí)的磨下來(lái)，這樣才能保證磨出來(lái)的試樣很光潔，并且每次換砂紙時(shí)都要將試樣轉(zhuǎn)九十度，然后再磨，這樣可使試樣達(dá)到最佳的光潔度。 拋光：拋光的目的是為了消除試樣細(xì)磨時(shí)留下的微小痕跡，從而得到光亮無(wú)痕的鏡面，使組織更易于觀察。按照拋光的原理可以分為機(jī)械拋光，電解拋光和化學(xué)拋光等。其中本次 試驗(yàn)用的是機(jī)械拋光，它是在專用的金相拋光機(jī)上拋光。拋光機(jī)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，拋光盤上墊有拋光布，拋光時(shí)應(yīng)不斷往布上灑三氧化二鋁粉末的水溶液，這樣可以防止拋光布的過(guò)度磨損，也可以加快試樣的拋光速度并且可以防止試樣溫度升得過(guò)高而影響其性能。 3.2.2 腐蝕 拋光后試樣的磨面除了非金屬夾雜物和一些裂紋、孔洞的痕跡外，在光學(xué)顯微鏡下是看不到任何組織的，為了使其組織顯示出來(lái)，我們必須對(duì)磨面進(jìn)行腐蝕，由于合金中不同相的耐腐蝕程度不同，因此腐蝕后就會(huì)在表面行成凹凸不平的痕跡，他們對(duì)光線的反射程度不 同， 因此在顯微鏡下就看見(jiàn)了 其組織構(gòu)河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 9 成。值得注意的是腐蝕時(shí)間掌握一定要恰當(dāng)，腐蝕時(shí)間過(guò)短不能顯示其組織，腐蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則一團(tuán)漆黑，什么也看不見(jiàn)。腐蝕完之后將腐蝕劑沖洗干凈，然后放到純酒精中浸泡片刻以防止試樣生銹，從酒精里拿出來(lái)后用吹風(fēng)機(jī)吹干再保存或者直接照金相照片。 兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 10 - 第 四 章 實(shí)驗(yàn)方法 4.1.材料及數(shù)據(jù)處理方式 27 個(gè) 20MnV 鋼試件，其化學(xué)成分見(jiàn)表 1。 表 1 20MnV 鋼的化學(xué)成分 Tab.1 Chemical composition of 20 MnV steel % 不同合金元素的 B GB3077-1988 數(shù)值 實(shí)際結(jié)果 (C) 0.170.23 0.23 (Si) 0.170.33 0.23 (Mn) 1.201.50 1.50 (V) 0.070.12 0.12 (S) 0.031 0.020 (P) 0.031 0.031 數(shù)據(jù)處理方式： 選取三個(gè)不同的一次淬火溫度 (920、 870、 820 )和三個(gè)不同的二次淬火溫度 (790、 840、 890 )，見(jiàn)表 2。選取 870作為試驗(yàn)的淬火溫度基水平。二次淬火溫度基水平選取 840。一次淬火溫度和二次淬火溫度的試驗(yàn)水平見(jiàn)表 3。 各試樣的熱處理工藝及編號(hào)見(jiàn)表 2。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 11 表 2 熱處理工藝及編號(hào) Tab.2 Experimental paramenters and seial numbers of each sample 表 3 淬火溫度的試驗(yàn)水平 Tab.3 Test standard of quenching temperature 因素 淬火溫度 / 二次淬火溫度 / 編碼 變量標(biāo)記 X1 X2 下水平 820 790 -1 上水平 920 890 +1 基水平 870 840 0 間距 50 50 試驗(yàn)號(hào) 第一次淬火溫度（） 第二次淬火 溫度 （） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 820 870 920 820 870 920 820 870 920 790 790 790 840 840 840 890 890 890 兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 12 - 表 4 正交表 L9 (32 ) Tab.4 The orthogonal table 設(shè)計(jì)矩陣 系數(shù)矩陣 號(hào)碼 x1x2x0x1x2x3x4x5y 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 2 0 -1 1 0 -1 -2 1 0 3 1 -1 1 1 -1 1 1 -1 4 -1 0 1 -1 0 1 -2 0 5 0 0 1 0 0 -2 -2 0 6 1 0 1 1 0 1 -2 0 7 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 8 0 1 1 0 1 -2 1 0 9 1 1 1 1 1 1 1 1 Bj =xji yi aj= x2ji bj =Bj /aj Qj =bj Bj 注：表 4 中 x3=3(x21-32); x4=3(x22-32); x5=x1 x2. 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 13 表 5 方差檢驗(yàn)計(jì)算表 Tab.5 Caculating table of varance test 注：表 5 中 Qj= 21jK +Kj20+Kj21; Sj=Qj-CT;CT= 2T /9; T=Yi 號(hào)碼 因素 x1x2e yi 1 -1 -1 -1 2 0 -1 0 3 1 -1 1 4 -1 0 1 5 0 0 -1 6 1 0 0 7 -1 1 0 8 0 1 1 9 1 1 -1 K j1 Kj0 Kj1 21jK T Kj20 Kj21 Qj Sj 兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 14 - 表 6 方差檢驗(yàn)表 Tab.6 Table of varance test 方差來(lái)源 偏方差平方和 S 自由度 f 平均偏差平方和 S/f F x1 Sx1 2 Sx1 / fx1 (Vx1 ) x2 Sx2 2 Sx2 / fx2 (Vx2 ) 誤差 (e) Se fe =4 Se /fe (Ve ) 總和 (T) Sx1 +Sx2 +Se 8 注：表 6 中 Fx1 =Vx1 /Ve ;Fx2 =Vx2 /Ve 4.2 兩因素三水平正交回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 4.2.1 正交設(shè)計(jì)方差分析的步驟 計(jì)算離差的平方和 計(jì)算自由度 計(jì)算平均離差平方和 在計(jì)算因素離差的平方和時(shí)，它們都是若干項(xiàng)平方的和，它們的大小與項(xiàng)數(shù)有關(guān)，因此不能確切地反映各因素的情況，為了消除項(xiàng)數(shù)的影響，我們計(jì)算它們的平均差的平方和。 求 F 比 將各因素的平均離差的平方和與誤差的平均離差平方和相比，得出 F 值。這個(gè)比值的大小反映了各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的大小。 對(duì)因素進(jìn)行顯著性檢驗(yàn) 給出檢驗(yàn)水平 ，從分布表中查出臨界值 F。將在中算出的 F 值與該臨界值比較，若 FF，說(shuō)明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響顯著，兩數(shù)差別越大，說(shuō)明該因素河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 15 的顯著性越大。 4.2.2 雙因素試驗(yàn)的方差分析 多因素試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單的是雙因素試驗(yàn)。在雙因素試驗(yàn)中，每個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)都有各自單獨(dú)的影響，同時(shí)還存在著兩因素聯(lián)合的影響，這種聯(lián)合影響叫交互作用。 4.2.3 混合水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在實(shí)際問(wèn)題中，由于具體情況不同，有時(shí)各因素的水平數(shù)是不相同的，這就是混合水平的多因素試驗(yàn)問(wèn)題。 4.2.4 多元線性 回歸簡(jiǎn)介 在實(shí)際問(wèn)題中經(jīng)常遇到隨機(jī)變量與多個(gè)普通變量 x1， x2， ， xk(k2)有關(guān)的情況，對(duì)于自變量 x1， x2， xk的一組確定的 Y 值有它的分布，如果 E(Y)存在，它一定是的 x1， x2， xk 函數(shù)，記為 (x1， x2， xk)，求 (x1， x2， xk)問(wèn)題就是多元回歸問(wèn)題。多元線性回歸模型 y=b0+b1x1+b2x2+ +bkxk+ N(0， 2) 其中 b0， b1， b2， bk， 2 都是未知參數(shù)。 4.3 20MnV 鋼簡(jiǎn)介 20MnV 鋼相當(dāng)于 20CrNi 鋼 ，用于制造鍋爐、高壓容器及管道的材料，它亦是礦用圓環(huán)鏈專用鋼， 合金元素對(duì)鋼性能的影響： 錳（ Mn）是良好的脫氧劑和脫硫劑。因此，鋼中含 0.30 0.50的錳是 正 常的。在碳鋼中加入 0.7 1.8或以上錳時(shí)，就算是特殊鋼“錳鋼”了。這種含錳量較高的碳素鋼的性能要比一般含錳量的好得多，不但有足夠的韌性（在適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下，且有較高的強(qiáng)度和硬度，能提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。故在低合金鋼中，含錳鋼種發(fā)展十分迅速。但錳能使鋼的抗腐蝕能力減弱，對(duì)鋼的焊兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 16 - 接性能也有不利影響。 釩（ V）是我 國(guó)富有元素之一，也是目前發(fā)展新鋼種最常用的合金元素之一。它和碳、氮、氧都有極強(qiáng)的親和力，與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物。少量的不到 0.5的釩能細(xì)化鋼的晶粒，提高鋼的強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和韌性，改善鋼的焊接性能，也能增加鋼的熱強(qiáng)性和對(duì)蠕變的抗力。此外，釩對(duì)碳的固定作用還可以提高鋼在高溫、高壓下的抗氫侵蝕能力。但是，釩總是和其它合金元素如錳、鉻、鎢、鉬等配合使用。但釩含量不宜過(guò)高，過(guò)高則降低鋼的韌性，不利于鋼的蠕變性能的提高。 20MnV 鋼用于生產(chǎn)直徑不大于 20mm 的圓環(huán)鏈，淬透性較好，但生產(chǎn)更大的圓環(huán)鏈還 需試制淬透性更好的鋼。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 17 第 五 章 實(shí)驗(yàn)的理論準(zhǔn)備 5.1 熱處理簡(jiǎn)介 熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一定的時(shí)間，然后以預(yù)定的方式冷卻到室溫的一種熱加工工藝。熱處理可以改變鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼的使用壽命，節(jié)約材料和能源。正確的熱處理工藝還可以消除鋼材經(jīng)鑄造，鍛造，焊接等熱加工工藝造成的各種缺陷，細(xì)化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應(yīng)力等。 5.1.1 奧氏體的形成過(guò)程 鋼加熱時(shí)奧氏體的形成過(guò)程一般都是以下幾方面：奧氏體形核、 奧氏體長(zhǎng)大、剩余滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化過(guò)程。 5.1.2 鋼的正火 為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期的目的，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)所有的試樣進(jìn)行了正火。正火是將鋼加熱到 Ac3（對(duì)于亞共析鋼）或 Ac1（對(duì)于過(guò)共析鋼）以上適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，使之奧氏體化，然后再空氣中冷卻，可得到珠光體組織的熱處理工藝。 本次實(shí)驗(yàn)用的 20MnV 鋼先進(jìn)行了 880的正火（保溫 20 分鐘，空冷），正火后得到的組織是索氏體加上鐵素體。 5.1.3 鋼的淬火 淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn) Ac3 或 Ac1 以上一定的溫度，保溫一定的時(shí)間，然后以大 于臨界淬火速度的速度冷卻，是過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織的熱處理工藝。一般淬火得到的組織是馬氏體，此外，還有少量的殘余奧氏體。本次實(shí)驗(yàn)采用的使兩次淬火，第一次淬火的溫度分別為 920、 870、 820，淬火后都得到馬氏體組織。第二次淬火所用的溫度為 890、 840、 790。由于淬火態(tài)的鋼在 A1 以下升溫加熱過(guò)程中已經(jīng)分解為微細(xì)的粒狀珠光體組織，分散度很大，相界面很多，因此轉(zhuǎn)變速度較快，則奧氏體的形成速度也很快，而奧氏體形成速度的加快使得奧氏體的晶粒有所細(xì)化。因此再次淬火時(shí)得到細(xì) 小 的馬氏體。 5.1.4 鋼的 回火 由于淬過(guò)火的鋼脆而且硬，一般不直接應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 18 - 中，經(jīng)過(guò)回火的鋼具有良好的綜合性能。本次實(shí)驗(yàn)采用的是 630高溫回火，這種回火主要是為了得到強(qiáng)度、塑性、韌性都較好的綜合機(jī)械性能。一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等 .調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機(jī)械性能均比相同硬度的正火索氏體組織更優(yōu)，它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān)，一般在 HBS200350 范圍。經(jīng)過(guò)高溫回火 得到的回火索氏體組織，它是一種鐵素體和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物。 5.2 實(shí)驗(yàn)所采用的方法 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用方法之一。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究如何合理而有效地獲得數(shù)據(jù)資料的方法，它的主要內(nèi)容是討論如何合理地安排試驗(yàn)，取得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合的科學(xué)分析，從而達(dá)到盡快獲得最優(yōu)方案的目的。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)和經(jīng)營(yíng)管理中，經(jīng)常要進(jìn)行各種試驗(yàn)。如果試驗(yàn)安排得好，且分析恰當(dāng)，就能以較少的試驗(yàn)次數(shù)、較短的試驗(yàn)時(shí)間、較低的費(fèi)用，得到較滿意的試驗(yàn)結(jié)果。 本次實(shí)驗(yàn)采用的是回歸正交設(shè)計(jì)法，將回歸分析與正交設(shè)計(jì)有機(jī) 地結(jié)合起來(lái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得出兩次淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼硬度、抗拉強(qiáng)度影響規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行以下顯著性檢驗(yàn)：一是方差檢驗(yàn)，檢驗(yàn)各因素影響的顯著性，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性；二是回歸方程的顯著性檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的可信度。 5.3 .淬火與零保溫淬火 淬火是將工件加熱到 Ac1 或 Ac3 線以上 30 到 50 ，保溫一定時(shí)間后快速冷卻的一種熱處理方法。對(duì)于亞共析碳鋼 ，淬火加熱溫度為 Ac3+30 50 ， 共析及過(guò)共析鋼加熱溫度為 Ac1+30 50，一般合金鋼淬火溫度為 Ac1 或 Ac3+30 50，高 速鋼及不銹鋼的淬火加熱溫度應(yīng)根據(jù)要求和合金碳化物溶入奧氏體的多寡加以河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 19 選定。在某些情況下，為了減少變形可采用冷卻能力較小的冷卻介質(zhì)，為了保證一定的淬硬深度。此外，還有為了提高鋼種的強(qiáng)、韌性而選用新工藝淬火加熱溫度，如亞溫淬火和高溫淬火等。 現(xiàn)行的熱處理工藝在生產(chǎn)中常用加熱系數(shù)來(lái)間接估算加熱時(shí)間，該時(shí)間是按工件入爐后儀表指示溫度到溫時(shí)開(kāi)始計(jì)算的。 =a k d 式中 k-加熱系數(shù)（ min/mm）。 D-零件有效厚度， a-零件裝爐等修正系數(shù)。近年來(lái)研究工作者普遍認(rèn)為傳統(tǒng)的保溫時(shí)間計(jì)算公式推薦的系數(shù)偏 于保守，在實(shí)際工作中可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)縮短保溫時(shí)間。 淬火加熱時(shí)冷卻方式有多種，最簡(jiǎn)單的方法是單液淬火法，這種冷卻方法的特點(diǎn)是采用單一的淬火介質(zhì)進(jìn)行冷卻。要保證淬火后獲得足夠的淬硬層，且避免開(kāi)裂、減少開(kāi)裂應(yīng)采用雙液淬火法等好的方法。為了減少內(nèi)應(yīng)力、變形，開(kāi)裂的趨勢(shì)，可選用分級(jí)淬火法，這種淬火方法加工出來(lái)的工件內(nèi)應(yīng)力一般較小，它適合于形狀復(fù)雜的工件或?qū)π螤?、尺寸要求較嚴(yán)格的工件。此外，還有等溫淬火、復(fù)合淬火、局部淬火等淬火方法對(duì)消除工件的內(nèi)應(yīng)力有一定的幫助。總之，淬火介質(zhì)的選擇應(yīng)根據(jù)工件尺寸的大小、形狀的復(fù)雜 性、淬火后的性能要求等多方面的因素進(jìn)行選擇，一方面使工件處理出來(lái)符合要求，另一方面使操作工藝盡量簡(jiǎn)便。 由于熱處理能耗絕大部分用于加熱和保溫，因此為了降低能耗，降低產(chǎn)品成本，應(yīng)在滿足熱處理質(zhì)量的前提下盡可能降低加熱溫度，縮短保溫時(shí)間。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，眾多學(xué)者通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明和理論分析，得出零保溫?zé)崽幚硎强尚械模瑐鹘y(tǒng)的奧氏體化理論認(rèn)為，工件加熱過(guò)程中的燒透、奧氏體晶核的形成和長(zhǎng)大，剩余滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化等過(guò)程需要較長(zhǎng)時(shí)間的保溫。工件在熱處理過(guò)程中需要總的時(shí)間 總 = s+ t+ b， s 是工件入 爐以后到其表面加熱到所需溫度的時(shí)間。他是一個(gè)傳熱學(xué)問(wèn)題，與加熱介質(zhì)、加熱方法、工件外形尺寸等因素有關(guān)。 t 是工件的均溫時(shí)間。由于熱量的傳遞需要一定的時(shí)間，因此工件的心部和表面兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 20 - 會(huì)產(chǎn)生一定的溫差。但實(shí)際上，由于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很高，對(duì)于一般中小件加熱，這個(gè)溫差只存在很短的時(shí)間，所以可以認(rèn)為在一般情況下，對(duì)于中小工件來(lái)說(shuō) t 的值為零。 b 為冶金學(xué)加熱時(shí)間，即完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解，奧氏體均勻化等過(guò)程所需要的時(shí)間。關(guān)于這方面的問(wèn)題，日本學(xué)者大和 久 重雄認(rèn)為， b 可以很短甚至可以為零，這樣淬火后可以獲得極細(xì)板條狀的馬氏體 組織，對(duì) 鋼 的機(jī)械性能大有好處。所以可以根據(jù)工件的材質(zhì)、組織等合理的選擇 b 的大小，甚至為零。這樣對(duì)于中小尺寸的工件即為 總 = b。 淬火加熱時(shí)的組織狀態(tài)決定淬火后的組織性能，淬火加熱速度、溫度和時(shí)間是決定奧氏體狀態(tài)的基本參數(shù)。有關(guān)學(xué)者分析指出，改變影響奧氏體狀態(tài)的溫度和時(shí)間，獲得不均勻的奧氏體可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和節(jié)約能源。傳統(tǒng)的時(shí)間概念過(guò)度的強(qiáng)調(diào)均溫過(guò)程，即工件表面和心部溫度達(dá)到一樣高的過(guò)程，嚴(yán)格的講溫差的確存在，特別對(duì)于大型工件更不可忽略，但對(duì)于小的工件，由于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)極高，我們可以認(rèn)為溫差不存在。 有 種種理論分析和大量的實(shí)驗(yàn)研究可以得出淬火加熱的保溫時(shí)間可以為零，即工件表面達(dá)到淬火溫度后應(yīng)立即冷卻處理，因此叫“零保溫”淬火熱處理。這樣處理后，不僅節(jié)約了能源、提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且省去了傳統(tǒng)淬火工藝中工件熱透和組織轉(zhuǎn)變所花費(fèi)的額外時(shí)間，也可以消除工件在保溫過(guò)程中產(chǎn)生的氧化、脫碳等缺陷，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)了“零保溫”條件下，不同的淬火溫度對(duì) 20MnV 組織和性能的影響，對(duì)“零保溫”淬火的可行性進(jìn)行了論證。 傳統(tǒng)加熱時(shí)間的計(jì)算法，盡管各種資料有所差別，但總的是以有效厚度 (柱狀零件指直徑，板狀 零件指厚度，管狀零件指壁厚 )為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的，即 t=K*a*D.然而工件在爐內(nèi)的加熱速度實(shí)際上決定于受熱面積和工件體積的比值，即 F/V.只有在工件無(wú)限長(zhǎng)，由于端面受熱可以忽略不計(jì)，上述公式才是正確的。實(shí)際上，絕大部分工件端面受熱是不容忽略的。而其它尺寸不同的零件加熱時(shí)，到溫的時(shí)間相差很大 .板件相差 3 倍，柱件相差 1.5 倍，管狀件相差 2 倍。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 21 另外，在以前對(duì)“加熱時(shí)間”概念中，往往過(guò)分的強(qiáng)調(diào)了“均熱”的過(guò)程，也就是工件表面到溫后，還必須有一定的時(shí)間通過(guò)熱傳導(dǎo)，使心部也達(dá)到相同溫度。不過(guò)實(shí)際上由于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)非常大 ，而一般的加熱爐加熱速度均比較緩慢，這個(gè)“ 均熱 時(shí)間僅僅是瞬間的事 .不論是理論計(jì)算還是試驗(yàn)測(cè)定，都已證實(shí)對(duì)于傳熱學(xué)上的薄件來(lái)說(shuō)，所謂“均熱”時(shí)間是極短的，可以忽略不計(jì) .例如通過(guò)計(jì)算可知在空氣爐中直徑 (或板厚 )在 280mm 以內(nèi)的零件，均可視為薄件。因而可以認(rèn)為大部分熱處理零件均可看成薄件而忽略均熱時(shí)間。另外，我們通常的熱處理加熱總是在臨界線以上 3050，即使心部與表面相差 1020，也不會(huì)對(duì)淬火后性能有什么影響。何況限于淬透性，過(guò)大的零件也是不可能完全淬透的 .總之，過(guò)分強(qiáng)調(diào)“均熱 而盲目增加保溫時(shí)間是不 合理的。在緩慢加熱條件下，表面到溫就可以認(rèn)為心部也已到了淬火溫度。 最后，傳統(tǒng)工藝往往過(guò)分強(qiáng)調(diào)工件到溫后，為了完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物的溶解和奧氏體均勻化所需的時(shí)間，即 t 保 。不同的資料分別規(guī)定了保溫時(shí)間不得少于總加熱時(shí)間的 1/2， 1/3 或 1/5。這些規(guī)定并沒(méi)有確實(shí)的依據(jù)。實(shí)際上組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間很短，而淬火加熱溫度又在相變溫度點(diǎn)以上 3050。例如 45 鋼的 Ac3 為 780，通常的淬火加熱溫度為 810840 .但實(shí)驗(yàn)表明，鐵素體消失的時(shí)間僅在 10 秒以內(nèi)。而且這還是等溫形成奧氏體的情況。實(shí)踐中奧氏體是在連續(xù) 加熱過(guò)程中形成的。一般設(shè)備加熱升高這幾十度 (超過(guò)臨界溫度的數(shù) )所需的時(shí)間，對(duì)于補(bǔ)償奧氏體形成時(shí)間是綽綽有余的。因此，完全可以認(rèn)為在加熱到溫時(shí)已全部奧氏體化。 碳化物的溶解和奧氏體的均勻化，則需要較長(zhǎng)的時(shí)間。碳化物完全溶解大約需要一個(gè)小時(shí)，而奧氏體要達(dá)到完全均勻化，甚至三個(gè)小時(shí)還不夠。問(wèn)題在于熱處理淬火加熱時(shí)，只需要碳化物的溶解和奧氏體的均勻化達(dá)到一定的程度，而達(dá)到這種必要程度的時(shí)間是很短的。實(shí)際上保留一部分碳化物，和采用不均勻奧氏體淬火，對(duì)零件的性能更為有利。這是因?yàn)樵谥楣怏w轉(zhuǎn)變成為奧氏體剛結(jié)束時(shí)， 鋼中還殘留有一些未溶解的碳化物。當(dāng)然，由于碳化物僅部分溶解，新生奧氏體的含碳量還低兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 22 - 于鋼中的平均含碳量，不過(guò)淬火硬化并不需要奧氏體被碳化物的碳所完全飽和，一般說(shuō)來(lái)，馬氏體中固溶碳達(dá)到 0.55%就可以了。由于奧氏體初形成時(shí)的碳濃度梯度大，根據(jù)費(fèi)克定律，碳擴(kuò)散很快，要達(dá)到淬火的目的，有試驗(yàn)證明僅需要一分鐘左右即可，至于亞共析鋼，因?yàn)樘蓟镱w粒是在鐵素體完全消失前消失，因此奧氏體中的均勻化是在 A-F 混合物內(nèi)順利進(jìn)行的，開(kāi)始時(shí)速度很快，以后隨著濃度梯度的降低逐步緩慢，不過(guò)最后的均勻化是不重要的。有實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于含碳 1%的鋼在870加熱時(shí)， 10 秒內(nèi)碳化物溶解達(dá) 80%，而繼續(xù)保溫一個(gè)小時(shí)也不能使其全部溶解。最近還有研究認(rèn)為，奧氏體化至鐵素體剛消失時(shí)，奧氏體內(nèi)具有最大的碳濃度不均勻范圍和最低的平均碳濃度，并且此時(shí)的奧氏體晶粒還未長(zhǎng)大，從而有益于增加淬火組織中板條馬氏體的比列，使碳鋼韌化。加熱速度越快，碳濃度不均勻范圍增大，更有利于細(xì)化組織和獲得更多的韌性板條馬氏體。若改善鋼的原始組織，在鐵素體基體上分布有均勻細(xì)小球狀碳化物時(shí)則效果更加明顯。 總而言之，對(duì)于組織轉(zhuǎn)變，碳化物溶解和奧氏體均勻化所需要的時(shí)間 (t 保 )應(yīng)當(dāng)進(jìn)行 分析，對(duì)于不含過(guò)剩碳化物的鋼， t 保 可以看為零或只保溫極短的時(shí)間就夠了。而對(duì)于含過(guò)剩碳化物的鋼，也只需要較短的保溫時(shí)間就夠了。 由于受到上述傳統(tǒng)思想的束縛，傳統(tǒng)加熱時(shí)間計(jì)算往往是寧長(zhǎng)勿短。直徑100mm*760mm 工件，入爐 60 分鐘就已到溫，而按傳統(tǒng)算法加上爐溫回升時(shí)間，一共加熱 180 分鐘，不僅浪費(fèi)了大量的能源，降低了生產(chǎn)率。而且，由于加熱時(shí)間長(zhǎng)，也使得材料表面嚴(yán)重氧化和脫碳，使淬火后硬度下降。 熱處理加熱時(shí)間的保守性和不嚴(yán)格，還體現(xiàn)在退火加熱時(shí)間和回火加熱時(shí)間的計(jì)算上。以前對(duì)于回火加熱時(shí)間很 不嚴(yán)格，一般計(jì)算按 25mm/小時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于碳鋼一般保溫 12 小時(shí)，合金鋼保溫 1.53 小時(shí)。實(shí)際上在很多情況下，并不需要這么長(zhǎng)的時(shí)間。 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 23 第 六 章 數(shù)據(jù)處理 6.1 原始數(shù)據(jù) 表 7 20MnV 鋼的硬度值 Tab.7 The test result of hardness of 20MnV 初次淬火溫 度 二次淬火溫 度 測(cè) 量 值 HRC 820 790 23.0 23.5 18.5 16.5 24.0 18.0 19.0 18.0 16.0 17.5 21.5 23.0 21.5 21.5 19.5 840 30.0 24.5 27.5 26.5 22.5 29.5 29.0 25.0 25.0 31.5 23.0 24.0 22.0 24.5 25.0 890 30.5 28.5 25.0 28.0 28.0 38.0 31.0 30.5 35.0 37.5 30.5 28.0 29.0 28.5 28.5 870 790 26.5 22.5 21.0 23.0 21.5 19.5 20.0 20.5 20.0 20.0 20.5 20.0 22.5 21.5 23.0 840 25.5 28.0 29.0 27.0 29.0 25.5 22.0 29.5 28.0 28.5 28.0 25.0 22.0 27.0 25.5 890 31.5 31.0 31.0 33.0 31.0 29.5 32.0 30.0 34.0 32.0 30.0 28.0 30.0 33.0 29.5 920 790 22.0 23.0 25.0 22.0 24.0 19.5 19.5 16.5 16.0 18.0 22.0 26.0 27.5 31.0 30.0 840 29.5 25.0 23.0 26.0 26.5 26.0 25.5 22.5 31.0 32.0 32.0 20.0 27.0 24.0 34.0 890 29.2 28.5 32.0 32.0 30.5 32.2 31.5 32.0 30.5 35.0 33.0 28.0 30.0 32.0 32.5 兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 24 - 注：表 7 中所有試樣的回火溫度均為 630，淬火 溫度單位都為 : 表 8 20MnV 鋼的強(qiáng)度值 Tab.8 The test result of tensile strength of 20MnV 淬火溫度（） 強(qiáng)度 b（ Mpa） 820 790 753 736 761 840 847 892 797 890 892 1067 915 870 790 788 736 761 840 880 826 837 890 980 980 940 920 790 788 736 880 840 847 880 880 890 953 993 966 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 25 6.2 數(shù)據(jù)的處理過(guò)程 表 9 20MnV 鋼硬度的平均值 Tab.9 The average value of hardness of 20MnV 表 10 20MnV 鋼強(qiáng)度的平均值 Tab.10 The average value of tensile strength of 20MnV 淬火溫度 （） 硬度（ HRC） 820 790 20.1 840 25.9 890 30.4 870 790 21.5 840 26.1 890 31.0 920 790 22.8 840 26.9 890 31.2 溫度 （） 強(qiáng)度 b（ Mpa） 820 790 750.0 840 845.3 890 958.0 870 790 761.7 840 847.7 890 966.7 920 790 801.3 840 869.0 890 970.6 兩次零保溫淬火溫度對(duì) 20MnV 鋼組織、性能的影響 - 26 - 表 11 20MnV 鋼正交計(jì)算表（硬度） Tab.11 the orthogonal calculate of 20MnV（ hardness） 注：表 11 中 X3=3（ X12 2/3） X4= 3（ X22 2/3） 得出回歸方程： HRC=(b0-2b3-2b4)+b1x1+b2x2+3b3x12+3b4x22+b5x1x2 帶入值得： HRC=26.276+0.75 x1+4.7 x2+0.018 x12-0.132 x22-0.475 x1x2 其中： x1 與 x2的值都屬于區(qū)間 -1， +1。 設(shè) 計(jì) 矩 陣 系 數(shù) 矩 陣 號(hào)碼 X1 X2 X0 X1 X2 X3 X4 X5 Yi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -1 0 1 -1 0 1 -1 0 1 -1 -1 -1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 0 1 -1 0 1 -1 0 1 -1 -1 -1 0 0 0 1 1 1 1 -2 1 1 -2 1 1 -2 1 1 1 1 -2 -2 -2 1 1 1 1 0 -1 0 0 0 -1 0 1 20.1 21.5 22.8 25.9 26.1 26.9 30.4 31.0 31.2 B= XjiYi B0 B1 B2 B3 B4 B5 Yi2 =6320.3 235.9 4.5 28.2 0.1 -0.8 -1.9 Aj= Xji2 a0 a1 a 2 a 3 a 4 a 5 9 6 6 18 18 4 bj= Bj/aj b 0 b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 26.2 0.75 4.7 0.006 -0.044 -0.475 Qj= bjBj Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 6182.9 3.375 132.54 0.0006 0.0352 0.903 河南理工大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 - 27 表 12 20MnV 鋼方差檢驗(yàn)計(jì)算表（硬度） Tab.12 Variance test and calculation of 20MnV（ hardness） 因素 號(hào)碼 X1 X2 e y 1 -1 -1 -1 20.1 2 0 -1 0 21.5 3 1 -1 1 22.8 4 -1 0 1 25.9 5 0 0 -1 26.1 6 1 0 0 26.9 7