钢感应淬火工艺参数优化探讨.docx

钢感应淬火工艺参数优化探讨《徐州工程学院学报》2017年第2期摘要：通过响应面法建立了35SiMn钢感应淬火工艺参数电流频率、电流密度、移动速度与淬火性能工艺目标表面硬度、淬层深度、抗拉强度之间的二次回归方程并对35SiMn钢感应淬火工艺参数进行了单工艺目标和综合工艺目标优化分别得到了各自的优化工艺参数同时进行了验证试验实际结果与优化预测结果基本一致．关键词：35SiMn钢；淬火；工艺参数；优化；响应面35SiMn是一种性能优良、经济实用的合金调质钢其淬透性好具有较高的强度、良好的韧性和耐磨性、可切削加工性等优点［1－2］常用于制造传动齿轮、主轴、心轴、转轴、连杆、蜗杆、轨道电车轴、发电机轴、曲轴、飞轮和大小锻件等［3－4］．淬火是35SiMn钢的常见热处理方式也是改善其力学性能的主要手段．感应淬火技术具有加热速度快、生产效率高、节约能源、保护环境、易于实现机械化和自动化等诸多优点在机械制造行业已获得广泛的应用［5－6］．感应淬火是涉及电、磁、热、相变和力学方面的复杂物理过程［7－8］其工艺参数直接影响材料的淬火效果和性能．感应器的移动速度、电流频率、电流密度等参数影响加热温度的变化因此对零件表面奥氏体化的形成过程产生影响进而影响材料淬火后的最终组织及力学性能［9－10］．合理选择感应淬火工艺参数对提高零件淬火效果和材料的综合力学性能十分重要．响应面优化是将体系的响应作为1个或多个因素的函数通过一系列确定性试验用多项式函数来近似隐式极限状态函数通过合理地选取试验点和迭代策略来保证多项式函数能够在失效概率上收敛于真实的隐式极限状态函数的失效概率从而寻找最优条件［7－8］．优化结果不仅局限在试验设计的孤立点上而是在整个响应多项式函数定义域内所以比正交试验优化法有更高的精度．本文运用响应面法优化35SiMn钢感应淬火工艺参数以期为其淬火工艺设计与生产控制提供借鉴．1试验方法试验材料为16mm×120mm的35SiMn钢棒料．采用试件旋转感应器沿试件轴向移动的加热方式淬火．加热停止后继续喷水冷却5s直至温度降到马氏体停止转变温度以下［11－12］．在不同感应圈移动速度、电流频率及电流密度下分别考察试件的淬火效果即以电流频率（A）、电流密度（B）、移动速度（C）为感应淬火优化工艺参数．利用响应面优化软件工具设计一个3因素5水平的旋转中心组合试验［9－10］试验设计见表1．材料淬火后的性能指标较多如力学性能（硬度强度塑性）、工艺性能（切削铸造焊接锻造）、金相组织结构等．文中以表面硬度（Y1）、淬层深度（Y2）、抗拉强度（Y3）为感应淬火试件综合力学性能为优化工艺目标．用HV－1000维氏硬度计测量试件的表面硬度沿试件轴向和径向分别取5个不同点测点取其平均值为其硬度；将试样打磨干净用体积分数4％硝酸乙醇溶液（4mL硝酸＋96mL乙醇）浸蚀后观测硬化层及金相组织淬硬层的测量自表面开始测至显示出清晰50％马氏体组织处为止．在WDW－100电子万能试验机上进行拉伸试验测量试件的抗拉强度。2试验分析2．1二次回归方程响应面法优化的基本原理是首先利用试验数据建立优化工艺参数和工艺目标之间的函数关系然后对拟合的函数进行规划最后得到最优解．根据表2中的试验数据分别对试件的表面硬度（Y1）、淬层深度（Y2）、抗拉强度（Y3）进行二次回归拟合。2．2方差分析方差分析主要是检验模型的拟合精度．方差分析常用的指标有：模型检验值F、失拟项检验值F′、模型概率P、失拟项概率P′、相关系数R2、修正相关系数R2Adj、预测相关系数R2Pred、信噪比PAdeq等［13－14］．模型的检验值F越大概率值P越小、信噪比PAdeq越大说明模型的拟合精度越高；失拟项的检验值F′越小概率值P′越大说明模型的拟合精度越高；相关系数R2越大说明模型的拟合度越好但是R2随着自变量的个数增加而增大为了全面的考察拟合程度引进修正相关系数R2Adj当R2Adj与R2值相接近时说明拟合程度较好；当R2Adj与R2值相差较大时说明近似模型中存在不重要的参数可以通过回归分析删除冗余参数．此外还可以根据预测相关系数R2Pred判断方程的拟合精度R2Pred与修正相关系数R2Adj越接近说明预测精度越高。3工艺优化3．1单工艺目标优化分别对感应淬火试件的表面硬度（Y1）、淬层深度（Y2）、抗拉强度（Y3）进行单工艺目标优化即分别求Y1、Y2、Y3达到最优时的淬火工艺参数淬火频率、电流密度、移动速度的最佳值．表面硬度、淬层深度、抗拉强度最优即Y1、Y2、Y3均最大。3．2综合工艺参数优化综合优化工艺目标是求使3项工艺目标同