[发明专利]一种钢的淬透性通用拟合计算方法

摘要

一种钢的淬透性通用拟合计算方法，属于钢铁淬透性计算技术领域。本发明的方法包括使用非线性拟合方法建立淬透性系数与端淬硬度的一般关系式、使用支持向量机方法建立合金元素及晶粒度等级与淬透性系数的关系、结合一般方法增强算法适应性等三个方面。本发明方法的优点在于：算法适用范围较广，适应能力较强，能有效提高淬透性预测精度。

主权项

一种钢的淬透性通用拟合计算方法，其特征在于：适用于低、中、高碳钢的淬透性通用拟合及计算；工艺步骤包括三部分：使用非线性方法拟合端淬硬度与淬透性系数的关系，使用支持向量机方法拟合淬透性系数与合金元素及晶粒度之间的关系，结合一般计算方法在数据条件不具备时增强算法适用性；所述的淬透性系数能表征钢材淬火时获得马氏体能力的特性，与末端距离的大小无关；所述的端淬硬度和淬透性系数之间的关系是通过实验数据拟合得到，具体的拟合关系式如下： J ( x ) = J max , 0 ≤ x < b J max - J min ( x - b ) 2 3 ( h - b ) 2 + 1 + J min , x ≥ b - - - ( 1 ) x表示端淬距离（mm），J(x)为硬度分布密度，Jmax为最大硬度（HRC），Jmin为最小硬度（HRC），b为获得全马氏体的直线长度（mm），h为淬透性系数；使用支持向量机方法拟合淬透性系数、获得全马氏体的直线长度与合金元素及晶粒度等级之间的关系，并针对具体钢号及数据分别建立SVM模型；通过实验数据并使用支持向量机拟合淬透性系数与合金元素及晶粒度的方法，若存在一定数量的数据样本条件下可适用于任何钢种淬透性计算模型的建立，具体的方法如下：（1）准备针对某特定钢号的数据样本，该数据样本为m×n，其中m表示样本的个数，n表示不同末端距离的硬度值及该试样的合金元素个数，其中n≥3；（2）根据每行数据样本中的[C]含量及业内通用的计算公式计算Jmax；Jmax=66.5‑47.8e‑4c      （2）（3）根据每行数据样本不同末端距离的硬度值使用非线性拟合并根据公式(1)计算出h、Jmin、b；（4）对整个样本集，自变量设为合金元素及晶粒度，因变量分别为h、Jmin、b，选择ε‑SVR算法，设定C=1000，核函数类型为RBF；分别训练并使用2次交叉验证获得更好的训练参数，保存训练结果；（5）验证模型的泛化能力和精确度，并调整参数，保存该钢号的淬透性计算模型；所述的结合一般计算方法增强算法适用性是指在数据条件不具备时采取的一种折中方案；所述的数据条件不具备是指以下几种情形：1）需要同一钢号下的多个检验数据样本，以构成SVM算法的小样本集，若仅有几条数据，算法的学习能力及泛化能力将大大减弱；2）每条样本必需三个末端距离的硬度值，如果低于三个，将无法根据公式(1)拟合出h、Jmin、b；对于上述情形1)，若每个钢号数据样本非常小，则考虑使用与钢号同组的其他钢号的淬透性检验数据加入到样本集中，扩大样本容量；对于情形2)，若所拟合的模型使用的是中低淬透性钢的数据样本，则设b=0，此时公式(1)化为： J ( x ) = J max - J min x 2 3 h 2 + 1 + J min - - - ( 3 ) 此时只需两个末端距离的硬度值即可拟合出h和Jmin；若以上条件均不具备，则考虑放弃SVM进行拟合，使用以下方法来计算，该算法利用了余柏海公式可得： h = 12 5 + G · [ 1 12 M + ( M 8.5 ) 4 + 1 ] · [ 1 + 25 C 3 1 + 5 C 4 ] - - - ( 4 ) b=0.22h‑0.34      (5)式中G为晶粒度等级，M为合金当量，C为碳含量；最后b的计算公式同(5)，结合以上公式，带入到公式(1)中便得到一个计算淬透性的通用公式。