經(jīng)驗公式確定鋼的熱處理溫度

1、鋼的熱處理工藝設(shè)計經(jīng)驗公式根據(jù)經(jīng)驗公式確定熱處理的保溫溫度 1鋼的熱處理1.1正火加熱時間加熱時間t=KD（ 1）式中t為加熱時間（s）;加熱設(shè)備加熱溫度（碳素鋼）K/（s/mm）(合金鋼)K/(s/mm)箱式爐80095050 6060 70鹽浴爐80095015 2520 30K是加熱時間系數(shù)（s/mm）K值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表1。表1K值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)1.2 正火加熱溫度D使工件有效厚度（mrh；1.2 正火加熱溫度根據(jù)鋼的相變臨界點選擇正火加熱溫度低碳鋼：T=Ac+（ 100150C）（2）中碳鋼：T=Ac+（ 50100C）（3）高碳鋼：T=A+（ 3050 C）（4）亞共析鋼：T=Aq+（

2、3080C）（5）共析鋼及過共析鋼：T=A+（ 3050C）（6）1.3 淬火加熱時間為了估算方便起見，計算淬火加熱時間多采用下列經(jīng)驗公式：t=a K -D1 （不經(jīng)預(yù)熱）（7）t=（a+b） - K -d'（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 加熱時間（min）；a到達(dá)淬火溫度的加熱系數(shù)（min/mm）;b到達(dá)預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)（min/mm）;c 到達(dá)二次預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)（min/mn）;K裝爐修正系數(shù)；D1-工件的有效厚度（mrh。在一般的加熱條件下，采用箱式爐進(jìn)行加熱時，碳素鋼及合金鋼a多采用11.5min/mm； b為1.5

3、2min/mm（高速鋼及合金鋼一次預(yù)熱 a=0.50.3 ; b=2.53.6 ;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100150C時，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，則所需時間，應(yīng)較箱式爐中加熱時間 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)驗值如表2:表2工件裝爐修正系數(shù)K工件裝爐方式修正系數(shù)t030111.11.0t030111.32.0t030111.51.3t030111.71.01.4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+（ 3050C）；（10）

4、共析和過共析鋼為Ao+（3050C）；（11）合金鋼的淬火加熱溫度常選用 Ac（或Acs） +（50100C）（1.5回火加熱時間對于中溫或高溫回火的工件，回火時間是指均勻透燒所用的時間， 可按下列 經(jīng)驗公式計算：t=aD+b（13）式中t 回火保溫時間（min）；D工件有效尺寸；（mr）；a加熱系數(shù)（min/mm）；b附加時間，一般為1020分鐘。鹽浴的加熱系數(shù)為0.50.8min/mm；鉛浴的加熱系數(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回火加熱溫度鋼的回火定量關(guān)系式很早就有人研究，

5、其經(jīng)驗公式為：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待定系數(shù),對于 45 鋼,x>30,k =11 ； x< 30,k=12。大量試驗表明， 當(dāng)鋼的回火參數(shù) P 一定時， 回火所達(dá)到的工藝效果硬 度值或力學(xué)性能相同。因此， 按傳統(tǒng)經(jīng)驗式確定回火參數(shù)僅在標(biāo)準(zhǔn)態(tài) ( 回火 1h) 時方可使用，實際生產(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：在20040OC范圍：HV=640-(T-20) X 1.05+(lgt-1.28) X 366+( T-200)(lgt-1.28) X 0.036(15)

6、在400600C范圍：HV=17.2X103/T-(1gt 一1.28) X 29.4-(T-400)(Igt-1.28) X 0.023(16)式中 T- 回火溫度 Ct- 回火時間， min對比可以看出影響回火效果的主要因素是 T和t能較好，較真實地反映出實際工 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 鋼的熱處理相變點及再結(jié)晶溫度的計算2.1 A ci和A3溫度的經(jīng)驗公式Aci和AC3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 體時的溫度，它們對鋼的熱處理工藝的制定以及新材料和新工藝的設(shè)計都具有重 要意義。因此，對AC1和AC3的預(yù)測具有較大的理論和應(yīng)用

7、價值。Andrews搜集了英，德，法，美等國家的資料通過對大量試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得了根據(jù)鋼 的化學(xué)成分計算A1和兀3溫度的經(jīng)驗公式：1/ 2Ac3(C)=910 - 203c1/ 2- 15.2Ni + 44.7Si + 104V + 31.5Mo +13.1W(17)Ac1( C )=723 - 10.7Mn - 13.9Ni + 29Si + 16.9Cr + 290As + 6.38W(18)式中的元素符號代表其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wt%下同)，適用鋼的成分范圍為：< 0.6C, <4.9Mn, <5Cr , < 5Ni , <5.4Mo。公式(1) 表達(dá)

8、了鋼的 Ac1 和人3與化學(xué)成分之間的關(guān)系，其優(yōu)點是形式簡明、直觀，便于應(yīng)用。2.2 鋼奧氏體化后冷卻時 , 奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度 Ms(C)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%< C< 0.60%,0.04%< Mn <4.8%,0.11%< Si <

9、 1.89% ,0< Ni < 5.04%,0< Cr< 4.61% ,0 < MoC 5.4%。注意，上述Ms點的計算公式主要用于亞共析鋼；對于過共析鋼，由于淬火加 熱溫度對奧氏體的成分影響較大，故根據(jù)鋼的成分來計算Ms點是沒有意義的。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SUS類不銹鋼(日本)。2.3奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(M)的終了溫度MfC)Mf 點根據(jù)不同的馬氏體轉(zhuǎn)變量的計算公式 :Mf=(100%M)=Ms-(215

10、77;15)(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(C)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 鋼的熔點溫度，K。3 鋼在空氣爐中加熱時間 ( 考慮節(jié)能 ) 的計算3.1 按工件形狀確定加熱時間 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=(S /

11、D<1/4)=1/4 1/5,k 厚壁管(S /D>1/ 4) = 1/2 1/4 ; w 形狀特征尺寸 ,直徑、板厚或壁厚 ,mm。3.2 按實際裝爐量確定加熱時間 t(min)t=(0.6 0.8)刀 Gw(30)式中:刀Gw-裝爐工件總重量，kg。式(30)適用于45kW箱式電爐加熱。4 鋼的臨界冷卻速度的計算4.1鋼在油中淬火時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)(加熱時間X加熱溫度，此處加熱時間為1h)。4.2 鋼在油中

12、淬火時心部得到貝氏體的臨界冷卻速度 v B(C/h)logv 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

13、(31)(34)適用條件:C < 0.50%,MrK 1.75%,Ni < 3.0%,Cr < 2.25% ,Mo 1.0% ,Mn+Ni+Cr+Mo 5.0%。5 鋼的淬火冷卻時間的計算5.1 鋼預(yù)冷淬火時空氣預(yù)冷時間 ty(s)ty=12+(3 4)D(35)式中:D 淬火工件危險截面厚度，mm5.2鋼Ms點上分級冷卻時間tf(s)tf=30+5D( 36)6 鋼的淬火硬度的計算6.1鋼終端淬火試驗時，距試樣頂端440 mm范圍內(nèi)各點硬度H440 (HRC)H440=88C1/2-0.0135E2C1/2+19Cr1/2+6.3Ni 1/2 + 1 6 M n1/2 +3

14、5 M o1/2+5Si 1/2-0.82G-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%馬氏體時的硬度 Hl(HRC)Hl=24+40C(39)6.4 鋼淬火組織為馬氏體時的硬度 HVMHVM=127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+21lVogM(40)6.5 鋼淬火組織為貝氏體時的硬度 HVBHVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo

15、+logV B(89+54C-55Si-22Mn- 10Ni-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+log V PF(10-19Si+4Ni+8Cr+130V)(42)式(40)(42) 適用條件同式 (31) (33) 。7 鋼回火后硬度的計算7.1鋼淬火組織為馬氏體時的回火硬度HVMHVM=-74-434C-368Si+15M n+37Ni+17Cr-335Mo-2235V3+(10 /PB)(260+616C+321Si-21Mn-35Ni-11Cr+352Mo-2345

16、V)(43)式中：PB 回火參數(shù)(回火溫度X回火時間，此處加熱時間為1h)。7.2鋼淬火組織為貝氏體時的回火硬度 HVBHVB=262+162C-349Si-64 Mn-6Ni-186Cr-485Mo-857+(10 3/PB)(-149+43C+336Si+79M n+16Ni+196Cr+498Mo+1094V)(44)式(42) , (43)適用條件:C< 0.83% ,Mn < 2.0%,Si < 1.0%,Cr < 2.0%,Mg 1.0%,Ni < 3.0%,V< 0.5%,Mn+Ni+Cr+MoC 5.0%。7.3鋼回火后硬度回歸方程HRC=7

17、5.5-0.094T+0.66CM(45)式中：T回火溫度，C;CM 鋼的含碳量或碳當(dāng)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)20C TC 400HV=17.2X 104/T-(logt-1.28)29.4 -(T-400)(logt-1.28)0.014(48)400C TC 600式中：t 回火時間,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

18、硬度值,HRC;k待定系數(shù)，對于45鋼,x>30,k=11;x C 30,k=129鋼的力學(xué)性能的換算9.1切削性能M=0.087HBf8D.8(50/T=0.195HBt0.8D.8+0.0022HBD(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抗拉強度二b(9.8X MPa)與布氏硬度HB (1.1)普通碳鋼及合金鋼(52)(T b 1/3HB"3.2HRC=2.1HS鑄鐵(1.2)(1.3)9.3(1.1)(1.2)9.4(1.1)(1.2)(1.3)9.5(1.1)(1.2)9.6(1.1)(1.2)(1.3)9.7(1.1)(1.2

19、)9.8(1.1)(T b=(.030 0.40)HB(53)灰口鑄鐵(T b=1/6(HB-40)(54)屈服極限(T s( MPa與抗拉強度(T b(MPa退火狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼(T s= (0.55 0.65) (T b(55)調(diào)質(zhì)狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼(T s= (0.75 0.0.85 ) (T b(56)對稱彎曲疲勞極限c -i(MPa與抗拉強度c b(MPa 碳鋼(奧金格公式c-1=(0.49 ±0.13) cb，cb<1200MPa(57)合金鋼(茹科夫公式c-1=0.35c b+12.2，cb>1200MPa(58)鑄鐵(莫爾公式c -1=0.35c b+2.0(59)對稱

20、拉壓疲勞極限 c -1p(MPa 與對稱彎曲疲勞極限 c -1(MPa 普通鋼(60)c -1p =0.85 c -1鑄鐵c -1p =0.65 c -1(61)剪切強度r b (MPa與抗拉強度c b (MPa 退火鋼及碳鋼r b=(0.50 0.60 ) c b, c b<700MPa(62)中高強度鋼r b=(0.60 0.65) c b, c b=8001200MPa(63)生鐵r b=(0.80 0.10) c b(64)對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限r(nóng)-1 (MPa與對稱彎曲疲勞極限c-1 普通鋼r-1=0.55 c-1(65)鑄鐵r-1=0.80 c-1(66)解除疲勞極限 cRH(MP

21、a) 與布氏硬度( HB (應(yīng)力循環(huán)基數(shù)為 107) c RH=280(HB-25),HB>400(67)(1.2)(T rh=290(HB-30),HB<400(68)9.9 鋼的硬度換算(1.1) HRC HS-15(1.2) HV HB,HB<450(1.3) HS 1/10HB+12(1.4) HB 10HC,HB=20600(69)(70)(71)(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t s/抗拉強度t b)(1) 油夜淬火調(diào)質(zhì)t s/ t b( % )Ts/T b=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(73)式中，金屬

22、元素重量百分?jǐn)?shù)(%)適用范圍：Si < 1.8 %, Mn< 1.1 %, Cr< 1.8 %, Moc 0.5 %, Ni < 5%, V< 0.25 %。材 料適用直徑在 150200mm。(2) 空氣淬火調(diào)質(zhì)鋼 T s/Tb(% )Ts/T b=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(74)10.2 求抗拉強度t b ( 9.8 x MPa )(1) 調(diào)質(zhì)鋼Tb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V(75)適用 Cc0.9%, Sic1.8%, Mnc1.1%, Crc1.8%

23、, Nic5%, Vc2%。(2) 普通正火及退火鋼T b=20+100CM(76)(3) 熱軋鋼T b=27+56CM(77)(4) 鍛鋼T b=27+50CM(78)(5) 鑄鐵T b=27+48CM(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Tb=3.5±(61CM+24.3)(81)CM=C+1/5Mn+1/7Si+1/7Cu+1/2Mo+1/9Cr+1/2V+1/20Ni(82)11由鋼的顯微組

24、織估算力學(xué)性能11.1空冷a-Fe的力學(xué)性能(1) 抗拉強度(T b=300MPa(83)(2) 延伸率S =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)抗拉強度(MPa)(86)a-Fe, P組織體積百分?jǐn)?shù)。(T b=300(a-Fe % )+1000(P % ) =300(1-C/0.83)+1000(C/0.83)式中，a-Fe %, P% -分別表示亞共析鋼中的 延伸率(%)S =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(0.83 % C)的力學(xué)性能(1) 抗拉強度(T b=1000MPa(89)(2) 延伸率S =15%(90)(3) 布氏硬度HB=280(91)CCT、TTT相圖的計算孕育期公式為：(X,T) =1.2(gt)/2 d ： TqdX0 X 2(1-X)/3(1