分析和控制淬火变形的冷却速度带法(10)

八、工件群体的冷却速度带和第Ⅱ区
        在此之前，本文讨论的主要是单个工件的淬火变形问题。讨论内容是工件的第Ⅱ区和冷却速度带。其中，我们把各因素的作用大小，都设想在其期望值上。然而，在大批量工件的生产中，热处理工程师面对的往往是相同钢种制造、性能指标相同、同一种工件的淬火变形问题。这就是工件群体的淬火变形问题，和单个工件相比，群体中不同工件的任何特性都不可能是完全一致。对每一个工件来说，众多生产工序的实际作用效果相对于所希望的目标效果的偏差，是引起这种差异的原因。比如，确定的冶金过程生产的相同品种的钢，其化学成分总有一定程度的波动；同样淬火冷却条件，不同工件的冷却效果总有一定的差异等。总之，这种偏差是不可避免的。现代大生产对工件的性能有四个层次上的均匀性要求：一是单个工件上的性能均匀性；二是同炉处理的不同工件的 l'kfl~,的均匀一致性；三是不同中频炉次的T件的性能均匀性；四是长年生产中，不同时期处理的工件的性能的均匀一致性 工件群体的淬火变形问题，讨论的就是有关因素的性能波动对工件群体的淬火变形的影响规律。本方法认为，任何因素对工件淬火变形的影响，都足通过它对工件的第Ⅱ区和冷却速度带的影响来起作用的。因此，关于工件群体的淬火变形，我们也首；I己研究工件群体的第『1区和冷却速度带的分布特点，然后再结合前而介绍的分析和解决单个上件淬火变形的基本思路和办法，来分析和解决工件群体的淬火变形问题。
        1．用统计分布来描述工件群体的特性一一般说，不同工件之间，淬火冷却效果的差异大致可以分成两类。一类差异呈随机分布，看不出明显的变化规律。另一类差异呈现明显的规律性。比如，有的逐渐变大，或者逐渐变小；有的随季 而有规律地变化等等。后一类有规律的变化，一经发现，都吖以按前面对待单个I 件的淬火变形问题的解决办法加以纠止。在此，我仃J将重点讨论前一类变化对工件群体淬火变形的影响规律。不管是工件的冷却速度带，还足工件的第Ⅱ区，都可以用它们两端边界对应的冷去¨速度值来加以描述。在长期、大量生产中，工件群体的第Ⅱ 和冷却速度带的任何边界的位置也不会是一个确定不变的值，而会形成有一种分布。为便于讨论，我们假定这砦性能指标的测量值呈正态分布，如图18所示。正态分布是一种左右对称的分布。按正态分布的特点，图18中，x表示所讨论的性能指标值，f表示测量值的出现频数。期望值(统计平均值) ，代表分布的集中特性。标准s代表分布的分散特性。标准差越大，测量出的性能数据越分散。图18a中，曲线两端距平均值1．96s以远的尾部(无斜线部分)面积，都正好等于曲线以下总面积的2．5％。两端尾部面积之和等于曲线以下总面积的5％。而二者之问(即斜线部分)的面积就是95％。曲线两端距平均值2．576s以远的尾部面积之和为总面积的1％，二者之间的向积就是99％ (如图1 8b所示)。依次类推，当以距平均值-i-3．291s为界时，能使99．9％的面积落在中间，而只有0．1％的面积划在外面。当以距平均值：tz 3．89ls为界时，能使99．99％的面积落在中间，只有类推，当以距平均值-i-3．291s为界时，能使99．9％的面积落在中间，而只有0．1％的面积划在外面。当以距平均值：tz 3．89ls为界时，能使99．99％的面积落在中间，只有万分之一的面积落在其外 的工件的第Ⅱ区的宽度则长于( l— 2)。与工件群体的冷却速度带的分析方法不同的是，为保证95％的工件具有更宽的第Ⅱ区，就要从内部去切割曲线尾部(如图2O所示)。其结果，工件群体的第Ⅱ区的宽度，就比工艺目标值的第Ⅱ区要短。当要求包含95％的工件时，工件群体的第Ⅱ区将比工艺目标值的第Ⅱ区缩短1．96(sl十s2)。当要求包含99％的工件时，工件群体的第Ⅱ区将缩短2．57(sl十S2)。当要求包含99．9％的工件时，将缩短3．29(sl十s2)。当要求包含99．99％的工件时，将缩短3．89(s。十s2)。工件群体第Ⅱ区端部的分散程度越大，也就是S 和S：的值越大。第Ⅱ区缩短得就越多，控制工件的淬火变形就越困难。
  
4．影响工件群体变形特性的重要因素
        引起上述两类边界波动的原因，是影响工件冷却速度带和第Ⅱ区的因素的特性波动。其中包含生产加工设备、条件、原材料和工艺的特性波动，以及管理和操作水平等人为因素的不稳定形成的波动。其中，已经发现的重要影响因素有如下几个：
钢材的化学成分波动造成的淬透性特性波动、预备组织种类和均匀性的波动、所用液态淬火介质的特性温度 题、淬火冷却中工件的装挂方式和装挂密度。其中，装挂方式和密度又常常与介质的特性温度问题结合在一起，而使问题变得更复杂和更严重。这几个重要因素中，除了液态淬火介质的特性温度问题之外，其他几个的影响因素都已得到相当的研究和重视，并正在加以控制。另外的次要因素的特性波动，对工件群体的冷却速度带和第Ⅱ区的影响，可以通过建立和实施标准化与质量管理来加以控制。无疑生产中各项丁序的机械化和自动化，是减小这类特性波动的有效方法。不管是重要影响因素迩是次要影响因素，我们所施加的控制都不可能消除它们的波动，而只能尽可能稳定它们的目标值和减小它们的分散程度，从而减小工件淬火变形的程度和超差变形工件的量。完全消除工件的淬火变形是不可能的。


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