鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式

1、鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式參考文獻(xiàn):黃春峰.鋼的力學(xué)性能及熱處理工藝經(jīng)驗(yàn)公式j(luò).金屬熱處理.1998 , （4）: 12-171鋼的熱處理1.1 正火加熱時(shí)間加熱時(shí)間t=kd（1）式中t為加熱時(shí)間（s）；d使工件有效厚度（mm；k是加熱時(shí)間系數(shù)（s/mn）k值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1 表1k值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加熱設(shè)備加熱溫度箱式爐800950鹽浴爐800950（碳素鋼）k/（s/mm）(合金鋼)k/(s/mm)50 6060 7015 2520 301.2 正火加熱溫度根據(jù)鋼的相變臨界點(diǎn)選擇正火加熱溫度低碳鋼：t=ag+(100150c)(2)中碳鋼：t=ae+(50100c)(3)高碳鋼：t=a+(305

2、0c)(4)亞共析鋼：t=aq+(3080c)(5)共析鋼及過共析鋼：t=an+(3050c)(6)1.3 淬火加熱時(shí)間為了估算方便起見，計(jì)算淬火加熱時(shí)間多采用下列經(jīng)驗(yàn)公式:t=a k - d （不經(jīng)預(yù)熱）（7）t=（a+b） k 力（經(jīng)一次預(yù)熱）（8）t=（a+b+c） k d （經(jīng)二次預(yù)熱）（9）式中t一加熱時(shí)間（min）;a一到達(dá)淬火溫度的加熱系數(shù)（min/mn）； b一到達(dá)預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)（min/mm）；到達(dá)二次預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)（min/mm）；k一裝爐修正系數(shù)；d工件的有效厚度（mm。在一般的加熱條件下，采用箱式爐進(jìn)行加熱時(shí)，碳素鋼及合金鋼a多采用1 1.5min/mm； b為

3、1.52min/mm（高速鋼及合金鋼一次預(yù)熱 a=0.50.3; b=2.5 3.6;二次預(yù)熱a=0.50.3; b=1.52.5; c=0.81.1）,若在箱式爐中進(jìn)行快速加熱時(shí)，當(dāng)爐溫較淬火加熱溫度高出100150c時(shí)，系數(shù)a約為1.520秒/毫米，系數(shù)b不用另加。若用鹽浴加熱，則所需時(shí)間，應(yīng)較箱式爐中加熱時(shí)間 少五分之一（經(jīng)預(yù)熱）至三分之一（不經(jīng)預(yù)熱）左右。工件裝爐修正系數(shù)k的經(jīng)驗(yàn)值如表2:表2工件裝爐修正系數(shù)k工件裝爐方式t030111.1修正系數(shù)1.0t030111.32.0t030111.51.3t030111.71.01.4淬火加熱溫度按常規(guī)工藝，亞共析鋼的淬火加熱溫度為 aq+

4、 （3050c）；（10）共析和過共析鋼為ad+ （3050c）；（11）合金鋼的淬火加熱溫度常選用 ac1（或acs） + （50100c）（12）1.5 回火加熱時(shí)間對(duì)于中溫或高溫回火的工件，回火時(shí)間是指均勻透燒所用的時(shí)間，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：t=ad+b（13）式中t回火保溫時(shí)間（min）；d一工件有效尺寸；（mmi ;a加熱系數(shù)（min/mn）；b一附加時(shí)間，一般為1020分鐘。鹽浴的力口熱系數(shù)為0.50.8min/mm；鉛浴的力口熱系數(shù)為0.30.5min/mm； 井式回火電爐（rjj系列回火電爐）加熱系數(shù)為1.01.5min/mm；箱式電爐加熱 系數(shù)為22.5mim/mm1.6回

5、火加熱溫度鋼的回火定量關(guān)系式很早就有人研究，其經(jīng)驗(yàn)公式為：鋼的回火溫度的估算t=200+k(60-x)( 14)式中 : x 回火后硬度值,hrc；k一待定系數(shù)，對(duì)于 45鋼,x>30,k =11 ; x<30,k=12o大量試驗(yàn)表明，當(dāng)鋼的回火參數(shù)p一定時(shí)，回火所達(dá)到的工藝效果一一硬度值或力學(xué)性能相同。因此， 按傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式確定回火參數(shù)僅在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)( 回火 1h)時(shí)方可使用，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用受到限制 .為了解決上述問題， 將有關(guān)因素均定量表達(dá)，文獻(xiàn)中導(dǎo)出如下回火公式：(1)在200400c范圍：hv=640-(t-20) x 1.05+(lgt-1.28) 乂 366+( t-200)(

6、lgt-1.28) 乂 0.036 (15)(2)在400600 c范圍：3hv=17.2x 10/t-(1gt 一 1.28) x29.4-(t-400)(igt-1.28) x 0.023(16)式中 t- 回火溫度 t- 回火時(shí)間，min對(duì)比可以看出影響回火效果的主要因素是t 和 t 能較好 , 較真實(shí)地反映出實(shí)際工藝參數(shù)的影響，定量地表達(dá)了不同溫度區(qū)間回火硬度的變化特征。2 鋼的熱處理相變點(diǎn)及再結(jié)晶溫度的計(jì)算2.1 a c1和a：3溫度的經(jīng)驗(yàn)公式從1和從3分別表示在加熱過程中組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的溫度， 它們對(duì)鋼的熱處理工藝的制定以及新材料和新工藝的設(shè)計(jì)都具有重要意

7、義。因此，對(duì)aci和ac3的預(yù)測(cè)具有較大的理論和應(yīng)用價(jià)值。andrews搜集了英，德，法，美等國家的資料通過對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得了根據(jù)鋼的化學(xué)成分計(jì)算ai和慶3溫度的經(jīng)驗(yàn)公式：ac3()=910 - 203c1/ 2- 15.2ni + 44.7si + 104v + 31.5mo +13.1w(17)aci( c )=723 - 10.7mn - 13.9ni + 29si + 16.9cr + 290as + 6.38w(18)式中的元素符號(hào)代表其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wt%下同)，適用鋼的成分范圍為：00.6c, <4.9mn, <5cr , <5ni , 05.

8、4mo。公式(2)表達(dá)了鋼的 aci和a3與化學(xué)成分之間的關(guān)系，具優(yōu)點(diǎn)是形式簡明、直觀，便于應(yīng)用。2.2 鋼奧氏體化后冷卻時(shí), 奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度ms()ms=550-350c-40mn-35v-20cr-17ni-cu-10mo-5w+15co+30al+0si( 19)ms=561-474c-33mn-17cr-17ni-21mo(20)式(19),(20) 適用于中低碳鋼。ms=539-423c-30.4mn-17.7ni-12.1cr-7.5mo(21)式(21)適用于 0.11%&c00.60%,0.04%<mn <4.8%,0.11%<si &l

9、t;1.89% ,0<ni<5.04%,0<cr<4.61% ,0 < moc5.4%。注意，上述ms點(diǎn)的計(jì)算公式主要用于亞共析鋼；對(duì)于過共析鋼，由于淬火加 熱溫度對(duì)奧氏體的成分影響較大，故根據(jù)鋼的成分來計(jì)算ms點(diǎn)是沒有意義的。ms=41.7(14.6-cr)+0.6(6.9-ni)+33(1.33-mn)+28(0.47-s)+1677(0.068-c-ni)-17.8(22)式(22)適用于su酸不銹鋼(日本)。2.3 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(m) 的終了溫度mf( )mf 點(diǎn)根據(jù)不同的馬氏體轉(zhuǎn)變量的計(jì)算公式:mf=(100%m)=ms-(215 ± 1

10、5)(23)mf=(90%m)=ms-(103 ± 12)(24)mf=(50%m)=ms-(47 ± 9)(25)mf=(10%m)=ms-(10± 3)(26)2.4 貝氏體組織開始轉(zhuǎn)變的溫 bs( )bs=830-270c-90mn-37ni-70cr-83mo(27)2.5 鋼的再結(jié)晶溫度tr(k)tr=0.4tm(28)式中：tm一鋼的熔點(diǎn)溫度,k03 鋼在空氣爐中加熱時(shí)間 ( 考慮節(jié)能 ) 的計(jì)算3.1 按工件形狀確定加熱時(shí)間 t(min)t = kiw(29)式中:ki 形狀系數(shù)，k圓柱=1/61/9,k板=1/31/6,k 薄壁管=(6/d<

11、1/4)=1/4 1/5,k 厚壁管(6/d>1/ 4) = 1/21/4 ;w 形狀特征尺寸, 直徑、板厚或壁厚,mm。3.2 按實(shí)際裝爐量確定加熱時(shí)間 t(min)t=(0.6 0.8) egw(30)式中：匯gw-裝爐工件總重量，kg。式(30)適用于45kw1式電爐加熱。4 鋼的臨界冷卻速度的計(jì)算4.1 鋼在油中淬火時(shí)心部得到馬氏體的臨界冷卻速度v m(c /h)log v m=9.81-4.62c+1.10mn+0.54ni+0.50cr+0.60mo+0.00183pa(31)式中：pa奧氏體化參數(shù)(加熱時(shí)間x加熱溫度，此處加熱時(shí)間為1h)04.2 鋼在油中淬火時(shí)心部得到貝氏

12、體的臨界冷卻速度v b( c/h)log v b=10.17-3.80c+1.07mn+0.70ni+0.57cr+1.58mo+0.0032pa(32)4.3 鋼在油中淬火時(shí)心部得到珠光體-鐵素體混合物的臨界冷卻速度v pf( c /h)log v pf=6.36-0.43c+0.49mn+0.78ni+0.26cr+0.38mo+0.0019pa(33)4.4 鋼在油中淬火時(shí)心部得到50%馬氏體+50%貝氏體的臨界冷卻速度v 50mb(c /h)log v 50mb=8.50-4.13c+0.86mn+0.57ni+0.41cr+0.94mo+0.0012pa(34)式(31)(34)適用

13、條件:c<0.50%,mn< 1.75%,ni <3.0%,cr <2.25% , moc 1.0% ,mn+ni+cr+m3 5.0%。5 鋼的淬火冷卻時(shí)間的計(jì)算5.1 鋼預(yù)冷淬火時(shí)空氣預(yù)冷時(shí)間 ty(s)ty=12+(3 4)d(35)式中:d淬火工件危險(xiǎn)截面厚度，mm5.2 鋼ms點(diǎn)上分級(jí)冷卻時(shí)間tftf=30+5d( 36)6 鋼的淬火硬度的計(jì)算6.1 鋼終端淬火試驗(yàn)時(shí)，距試樣頂端440 mm范圍內(nèi)各點(diǎn)硬度h440 (hrc)h 40=88c1/2-0.0135e2c1/2+19cr1/2+6.3ni 1/2+16mni/2+35mo/2+5si 1/2 -0.

14、82g-20e 1/2 +2.11e-2(37)式中 : e 到頂端距離,mm;g奧氏體晶粒度。6.2 鋼的最高淬火硬度, 即淬火鋼獲得90%馬氏體時(shí)的硬度hh(hrc)hh=30+50c(38)6.3 鋼的臨界淬火硬度, 即淬火鋼獲得50%馬氏體時(shí)的硬度hl(hrc)hl=24+40c(39)6.4 鋼淬火組織為馬氏體時(shí)的硬度hvmhvm=127+949c+27si+11mn+8ni+16cr+2110gm(40)6.5 鋼淬火組織為貝氏體時(shí)的硬度hvbhvb=-323+185c+330si+153mn+65ni+144cr+191mo+log v b(89+54c-55si-22mn- 1

15、0ni-20cr-33mo)(41)6.6 鋼淬火組織為珠光體- 鐵素體的硬度hvpfhvpf=42+223c+53si+30mn+13ni+7cr+19mo(42)+log v pf(10-19si+4ni+8cr+130v)式(40)(42)適用條件同式(31)(33)7 鋼回火后硬度的計(jì)算7.1 鋼淬火組織為馬氏體時(shí)的回火硬度hvmhvm=-74-434c-368si+15mn+37ni+17cr-335mo-2235v+(103/pb)(260+616c+321si-21mn-35ni-11cr+352mo-2345v)(43)式中：pb一回火參數(shù)(回火溫度x回火時(shí)間，此處加熱時(shí)間為1

16、h)。7.2 鋼淬火組織為貝氏體時(shí)的回火硬度hvbhvb=262+162c-349si-64mn-6ni-186cr-485mo-857+(103/pb)(-149+43c+336si+79mn+16ni+196cr+498mo+1094v)(44)式(42) , (43) 適用條件 c00.83% ,mn<2.0%,si < 1.0%,cr<2.0%,moc 1.0%,ni < 3.0%,v< 0.5%,mn+ni+cr+m醫(yī) 5.0%。7.3 鋼回火后硬度回歸方程hrc=75.5-0.094t+0.66cm(45)式中：t一回火溫度，c;cm一鋼的含碳量或碳當(dāng)

17、量,%;cm=c+mn/6+(cr+mo+v)/(5+ni+cu)/15(46)7.4 45 鋼回火后硬度回歸方程hv=640-(t-200)1.05-(logt-1.28)36.6+(t-200)(logt-1.28)0.0036 (47)20< t< 400 4 hv=17.2x 10 /t-(logt-1.28)29.4-(t-400)(logt-1.28)0.014(48)400< t< 600式中 : t 回火時(shí)間 ,min 。8 鋼的回火溫度的估算( 適用于碳素鋼 )t=200+k(60-x)(49)式中 : x 回火后硬度值,hrc;k一待定系數(shù)，對(duì)于45

18、鋼,x>30,k=11;x <30,k=12。9 鋼的力學(xué)性能的換算9.1 切削性能m=0.087hbt0.8 d1.8( 50)t=0.195hbt0.8d1.8+0.0022hbd2(51)m是扭矩，t是軸向推力，t是進(jìn)給量，d為鉆頭直徑，hb是布氏硬度9.2 抗拉強(qiáng)度仃b(9.8x mpa)與布氏硬度 hb(1.(1) 碳鋼及合金鋼6 b= 1/3hb=3.2hrc=2.1hs(1.(2)(t b=(.030 0.40)hb(53)(1.(3) 鑄鐵(rb=1/6(hb-40)(54)9.3 屈服極限(ts (mpa與抗拉強(qiáng)度crb (mpa(1.(1) 狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼(rs=

19、(0.55 0.65) (rb(55)(1.(2) 狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼(rs= (0.750.0.85) (rb(56)9.4 對(duì)稱彎曲疲勞極限(7-1 (mpa與抗拉強(qiáng)度(7b (mpa(1.(1) (奧金格公式)(t-1=(0.49 ±0.13) (rb, (rb<1200mpa(57)(1.(2) 鋼(茹科夫公式)(7-1=0.35(rb+12.2, (rb>1200mpa(58)(1.(3) (莫爾公式)(t-i=0.35(t b+2.0(59)9.5 對(duì)稱拉壓疲勞極限(t-1p (mpa與對(duì)稱彎曲疲勞極限(7-1 (mpa(1.(1) 鋼(t-ip=0.85(t-i(1

20、.(2)(t-ip=0.65(t-i(61)9.6 剪切強(qiáng)度rb (mpa與抗拉強(qiáng)度crb (mpa(1.(1) 鋼及碳鋼r b=(0.50 0.60 ) (rb,(t b<700mpa(62)(1.(2) 強(qiáng)度鋼rb=(0.60 -0.65) (tb,6 b=8001200mpa(63)(1.(3)rb= (0.80 0.10) (rb(64)9.7 對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限r(nóng)-1 (mpa與對(duì)稱彎曲疲勞極限(t-1(1.(1) 鋼r-1=0.55(r-1(65)(52)(60)(1.(2)r-1=0.80(t-1(66)9.8 解除疲勞極限(trh(mpa)與布氏硬度(hb (應(yīng)力循環(huán)基數(shù)為

21、107)(1.(1) ”產(chǎn)280(hb-25),hb>400(67)(1.(2) (trh=290(hb-30),hb<400(68)9.9 鋼的硬度換算(1.(1) chs-15(69)(1.(2) hb,hb<450(70)(1.(3) 1/10hb+12(71)(1.(4) q10hc,hb=200600(72)10 由鋼的化學(xué)成分估算力學(xué)性能10.1 求屈服比(屈服極限us/抗拉強(qiáng)度crb)(1)油夜淬火調(diào)質(zhì)(ts/(rb( %)(ts/(t b=55+3si+4mn+8cr+10mo+3ni+20v(73)式中，金屬元素重量百分?jǐn)?shù)()適用范圍：si 0 1.8 %,

22、 mme 1.1 %, cr<1.8 %, mo< 0.5 %, ni<5% , v< 0.25 %。材 料適用直徑在 150200mmm(2)空氣淬火調(diào)質(zhì)鋼(ts/6b( %)(ts/(t b=48+3si+4mn+8cr+10mo+3ni+20v(74)10.2 求抗拉強(qiáng)度 (rb ( 9.8 x mpa )(1) 調(diào)質(zhì)鋼(t b=100c-100(c-0.40)/3+100si/10+100mo/4+30mn+6ni+2w+60v(75)適用 c< 0.9 % , si <1.8 % , mnc 1.1 % , cr<1.8 % , ni<

23、5% , v< 2%。 (2) 普通正火及退火鋼(rb=20+100c(76)(3) 熱軋鋼(t b=27+56c(77)(4) 鍛鋼(t b=27+50c(78)(5) 鑄鐵(t b=27+48c(79)式中，cm- 鋼的碳當(dāng)量。cm=1+0.5(c-0.20)c+0.15si+0.125+0.25(c+0.20)mn+1.25-0.5(c-0.20)p+0.20cr+0.10ni(80)(6) 壓延狀態(tài)及正火高張力鋼(rb=3.5±(61cm+24.3)(81)cm=c+1/5mn+1/7si+1/7cu+1/2mo+1/9cr+1/2v+1/20ni(82)11 由鋼的顯

24、微組織估算力學(xué)性能11.1 空冷 a-fe 的力學(xué)性能(1) 抗拉強(qiáng)度(t b=300mpa(83)(2) 延伸率6 =40%(84)(3) 布氏硬度hb=90(85)11.2 亞共析鋼(退火狀態(tài))的力學(xué)性能(1) 抗拉強(qiáng)度 (mpa)(t b=300(a-fe %)+1000(p %)=300(1-c/0.83)+1000(c/0.83)(86)式中，a-fe%, p% -分別表示亞共析鋼中的a-fe, p組織體積百分?jǐn)?shù)。延伸率()6 =40(1-c/0.83)+15(c/0.83)(87)(3) 布氏硬度hb=90(1-c/0.83)+280(c/0.83)(88)11.3空冷珠光體(0.

25、83 % c)的力學(xué)性能(1) 抗拉強(qiáng)度(rb=1000mpa(89)(2) 延伸率6=15%(90)(3) 布氏硬度(91)hb=280表4 bs點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)公式table 4 empirical equation of bs研究者年份bssteven101956830 -270c -90mn 37ni -70cr -83mobodnar111989844 -597c -63mn -16ni -78crzhao121992720 -585.63c 126.60c2 66.34ni 6.06ni2 0.232ni3 _223-31.66cr 2.17cr -91.68mn 7.82mn -0.33

26、78mn42.37mo 9.16co-0.1255co2 0.000284co3 -36.02cu-46.15ruzhao132000630 -45mn -40v -35si -30cr -25mo -20ni -15w軋制過程中，需在未結(jié)晶溫度之上發(fā)生一定程度的變形，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)鸟Y豫或者熱處理，再進(jìn)行第二階段的變形。鋼的未再結(jié)晶溫度的計(jì)算公式為7:tnr =887 464c (6445nb -644 nb) (732v -230、v) 890ti 363al -357si參考文獻(xiàn)1翁宇慶.超細(xì)晶鋼理論及技術(shù)進(jìn)展j.鋼鐵，2005, 40(3):1-8.2翁宇慶.超細(xì)晶鋼鋼的組織細(xì)化理論與控制

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