一種鋼的淬透性通用擬合計算方法
【專利摘要】一種鋼的淬透性通用擬合計算方法，屬于鋼鐵淬透性計算【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的方法包括使用非線性擬合方法建立淬透性系數(shù)與端淬硬度的一般關(guān)系式、使用支持向量機方法建立合金元素及晶粒度等級與淬透性系數(shù)的關(guān)系、結(jié)合一般方法增強算法適應(yīng)性等三個方面。本發(fā)明方法的優(yōu)點在于：算法適用范圍較廣，適應(yīng)能力較強，能有效提高淬透性預(yù)測精度。
【專利說明】一種鋼的淬透性通用擬合計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵淬透性計算【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種鋼的淬透性通用擬合計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼的淬透性是表征鋼材淬火時獲得馬氏體能力的特性，它是提供鋼的性能及設(shè)計機器零件的一項重要數(shù)據(jù)，目前常用的淬透性計算方法主要有下面幾種。一是理想直徑換算法:這是40年代初的一種換算方法，它是通過計算淬透性的理想臨界直徑，然后利用水冷端硬度和端淬硬度比值表引申而來，美國SAE J406-2009標準以及國內(nèi)的GB/T5216-2004標準都詳細描述了該算法；二是Just擬合公式法:E.Just于1968年提出一種計算公式，在此基礎(chǔ)上美國汽車工業(yè)學(xué)會也對低中碳(合金)鋼分別提出了計算公式。該公式是通過對合金元素做了數(shù)值變換后，利用回歸方程計算的方法獲得的；三是余柏海公式:該公式在業(yè)界計算淬透性時使用頻率也較高，它是在Just公式的基礎(chǔ)上依靠專業(yè)知識和經(jīng)驗進行廣泛的統(tǒng)計分析進行非線性擬合改進后得到的。
[0003]計算淬透性的方法雖多，但這些方法存在著預(yù)測精度低、適用范圍窄等缺點，另外目前為止尚未有一種通用的擬合方法或者計算模型，都不能解決所有鋼種淬透性的計算問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鋼的淬透性通用擬合計算方法，克服了上述預(yù)測精度低、適用范圍窄等缺點；適用于低、中、高碳鋼的淬透性通用擬合及計算；能夠適應(yīng)所有鋼種淬透性計算的擬合。
[0005]本發(fā)明的方法包括使用非線性擬合方法建立淬透性系數(shù)與端淬硬度的一般關(guān)系式、使用支持向量機方法建立合金元素及晶粒度等級與淬透性系數(shù)的關(guān)系、結(jié)合一般方法增強算法適應(yīng)性等三個方面。該計算方法適用范圍較廣，適應(yīng)能力較強，能有效提高淬透性預(yù)測精度。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的工藝步驟包括三部分:使用非線性方法擬合端淬硬度與淬透性系數(shù)的關(guān)系，使用支持向量機方法擬合淬透性系數(shù)與合金元素及晶粒度之間的關(guān)系，結(jié)合一般計算方法在數(shù)據(jù)條件不具備時增強算法適用性。
[0007]所述的淬透性系數(shù)能表征鋼材淬火時獲得馬氏體能力的特性，與末端距離的大小無關(guān)。
[0008]一是使用非線性擬合方法建立淬透性系數(shù)與端淬硬度的一般關(guān)系式，它的依據(jù)如下:
[0009]中低淬透性鋼的硬度幾乎從起始端就開始下降；
[0010]高淬透性鋼的硬度在端部一段距離內(nèi)保持不變，而在超過一定距離后才開始下降；[0011]無論高低淬透性鋼，在距離趨于無窮大時，最終會獲得一個較為穩(wěn)定的硬度；
[0012]設(shè)端淬距離為X，硬度分布密度為J(X)，則有當X=O時，獲得最大硬度Jmax ;當X時，獲得最小硬度Jmin?，F(xiàn)在得到一個一般的擬合公式:
[0013]J (X)=AU(X)+Jmin
[0014]滿足條件:
【權(quán)利要求】
1.一種鋼的淬透性通用擬合計算方法，其特征在于:適用于低、中、高碳鋼的淬透性通用擬合及計算；工藝步驟包括三部分:使用非線性方法擬合端淬硬度與淬透性系數(shù)的關(guān)系，使用支持向量機方法擬合淬透性系數(shù)與合金元素及晶粒度之間的關(guān)系，結(jié)合一般計算方法在數(shù)據(jù)條件不具備時增強算法適用性； 所述的淬透性系數(shù)能表征鋼材淬火時獲得馬氏體能力的特性，與末端距離的大小無關(guān); 所述的端淬硬度和淬透性系數(shù)之間的關(guān)系是通過實驗數(shù)據(jù)擬合得到，具體的擬合關(guān)系式如下: J(x) = fmax ~fmm +(I)
+1
3(h-b)2 X表示端淬距離(mm)，J(X)為硬度分布密度，Jmax為最大硬度(HRC)，Jmin為最小硬度(HRC)，b為獲得全馬氏體的直線長度(mm)，h為淬透性系數(shù)； 使用支持向量機方法擬合淬透性系數(shù)、獲得全馬氏體的直線長度與合金元素及晶粒度等級之間的關(guān)系，并針對具體鋼號及數(shù)據(jù)分別建立SVM模型； 通過實驗數(shù)據(jù)并使用支持向量機擬合淬透性系數(shù)與合金元素及晶粒度的方法，若存在一定數(shù)量的數(shù)據(jù)樣本條件下可適用于任何鋼種淬透性計算模型的建立，具體的方法如下: (1)準備針對某特定鋼號的數(shù)據(jù)樣本，該數(shù)據(jù)樣本為mXn，其中m表示樣本的個數(shù)，η表示不同末端距離的硬度值及該試樣的合金元素個數(shù)，其中η > 3 ; (2)根據(jù)每行數(shù)據(jù)樣本中的[C]含量及業(yè)內(nèi)通用的計算公式計算Jmax；
Jmax=66.5-47.8e_4c (2) (3)根據(jù)每行數(shù)據(jù)樣本不同末端距離的硬度值使用非線性擬合并根據(jù)公式(I)計算出h、Jmin' b ； (4)對整個樣本集，自變量設(shè)為合金元素及晶粒度，因變量分別為h、Jmin、b，選擇ε-SVR算法，設(shè)定C=1000,核函數(shù)類型為RBF ;分別訓(xùn)練并使用2次交叉驗證獲得更好的訓(xùn)練參數(shù)，保存訓(xùn)練結(jié)果； (5)驗證模型的泛化能力和精確度，并調(diào)整參數(shù)，保存該鋼號的淬透性計算模型； 所述的結(jié)合一般計算方法增強算法適用性是指在數(shù)據(jù)條件不具備時采取的一種折中方案； 所述的數(shù)據(jù)條件不具備是指以下幾種情形: O需要同一鋼號下的多個檢驗數(shù)據(jù)樣本，以構(gòu)成SVM算法的小樣本集，若僅有幾條數(shù)據(jù)，算法的學(xué)習(xí)能力及泛化能力將大大減弱； 2)每條樣本必需三個末端距離的硬度值，如果低于三個，將無法根據(jù)公式(I)擬合出h、Jmin' b ； 對于上述情形I)，若每個鋼號數(shù)據(jù)樣本非常小，則考慮使用與鋼號同組的其他鋼號的淬透性檢驗數(shù)據(jù)加入到樣本集中，擴大樣本容量； 對于情形2)，若所擬合的模型使用的是中低淬透性鋼的數(shù)據(jù)樣本，則設(shè)b=0，此時公式(I)化為:
【文檔編號】G06F19/00GK103617354SQ201310598566
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】余志剛, 王麗娜, 徐化巖 申請人:冶金自動化研究設(shè)計院