钢的热处理工艺设计经验公式

1、钢的热处理工艺设计经验公式参考文献:黄春峰.钢的力学性能及热处理工艺经验公式j.金属热处理.1998 , （4）: 12-171钢的热处理1.1 正火加热时间加热时间t=kd（1）式中t为加热时间（s）；d使工件有效厚度（mm；k是加热时间系数（s/mn）k值的经验数据见表1 表1k值的经验数据加热设备加热温度箱式炉800950盐浴炉800950（碳素钢）k/（s/mm）(合金钢)k/(s/mm)50 6060 7015 2520 301.2 正火加热温度根据钢的相变临界点选择正火加热温度低碳钢：t=ag+(100150c)(2)中碳钢：t=ae+(50100c)(3)高碳钢：t=a+(305

2、0c)(4)亚共析钢：t=aq+(3080c)(5)共析钢及过共析钢：t=an+(3050c)(6)1.3 淬火加热时间为了估算方便起见，计算淬火加热时间多采用下列经验公式:t=a k - d （不经预热）（7）t=（a+b） k 力（经一次预热）（8）t=（a+b+c） k d （经二次预热）（9）式中t一加热时间（min）;a一到达淬火温度的加热系数（min/mn）； b一到达预热温度的加热系数（min/mm）；到达二次预热温度的加热系数（min/mm）；k一装炉修正系数；d工件的有效厚度（mm。在一般的加热条件下，采用箱式炉进行加热时，碳素钢及合金钢a多采用1 1.5min/mm； b为

3、1.52min/mm（高速钢及合金钢一次预热 a=0.50.3; b=2.5 3.6;二次预热a=0.50.3; b=1.52.5; c=0.81.1）,若在箱式炉中进行快速加热时，当炉温较淬火加热温度高出100150c时，系数a约为1.520秒/毫米，系数b不用另加。若用盐浴加热，则所需时间，应较箱式炉中加热时间 少五分之一（经预热）至三分之一（不经预热）左右。工件装炉修正系数k的经验值如表2:表2工件装炉修正系数k工件装炉方式t030111.1修正系数1.0t030111.32.0t030111.51.3t030111.71.01.4淬火加热温度按常规工艺，亚共析钢的淬火加热温度为 aq+

4、 （3050c）；（10）共析和过共析钢为ad+ （3050c）；（11）合金钢的淬火加热温度常选用 ac1（或acs） + （50100c）（12）1.5 回火加热时间对于中温或高温回火的工件，回火时间是指均匀透烧所用的时间，可按下列经验公式计算：t=ad+b（13）式中t回火保温时间（min）；d一工件有效尺寸；（mmi ;a加热系数（min/mn）；b一附加时间，一般为1020分钟。盐浴的力口热系数为0.50.8min/mm；铅浴的力口热系数为0.30.5min/mm； 井式回火电炉（rjj系列回火电炉）加热系数为1.01.5min/mm；箱式电炉加热 系数为22.5mim/mm1.6回

5、火加热温度钢的回火定量关系式很早就有人研究，其经验公式为：钢的回火温度的估算t=200+k(60-x)( 14)式中 : x 回火后硬度值,hrc；k一待定系数，对于 45钢,x>30,k =11 ; x<30,k=12o大量试验表明，当钢的回火参数p一定时，回火所达到的工艺效果一一硬度值或力学性能相同。因此， 按传统经验式确定回火参数仅在标准态( 回火 1h)时方可使用，实际生产应用受到限制 .为了解决上述问题， 将有关因素均定量表达，文献中导出如下回火公式：(1)在200400c范围：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范围：3hv=17.2x 10/t-(1gt 一 1.28) x29.4-(t-400)(igt-1.28) x 0.023(16)式中 t- 回火温度 t- 回火时间，min对比可以看出影响回火效果的主要因素是t 和 t 能较好 , 较真实地反映出实际工艺参数的影响，定量地表达了不同温度区间回火硬度的变化特征。2 钢的热处理相变点及再结晶温度的计算2.1 a c1和a：3温度的经验公式从1和从3分别表示在加热过程中组织开始转变为奥氏体和全部转变为奥氏体时的温度， 它们对钢的热处理工艺的制定以及新材料和新工艺的设计都具有重要意

7、义。因此，对aci和ac3的预测具有较大的理论和应用价值。andrews搜集了英，德，法，美等国家的资料通过对大量试验数据进行回归分析，获得了根据钢的化学成分计算ai和庆3温度的经验公式：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)式中的元素符号代表其含量(质量分数，wt%下同)，适用钢的成分范围为：00.6c, <4.9mn, <5cr , <5ni , 05.

8、4mo。公式(2)表达了钢的 aci和a3与化学成分之间的关系，具优点是形式简明、直观，便于应用。2.2 钢奥氏体化后冷却时, 奥氏体开始转变为马氏体的温度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) 适用于中低碳钢。ms=539-423c-30.4mn-17.7ni-12.1cr-7.5mo(21)式(21)适用于 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点的计算公式主要用于亚共析钢；对于过共析钢，由于淬火加 热温度对奥氏体的成分影响较大，故根据钢的成分来计算ms点是没有意义的。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)适用于su酸不锈钢(日本)。2.3 奥氏体转变为马氏体(m) 的终了温度mf( )mf 点根据不同的马氏体转变量的计算公式: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 贝氏体组织开始转变的温 bs( )bs=830-270c-90mn-37ni-70cr-83mo(27)2.5 钢的再结晶温度tr(k)tr=0.4tm(28)式中：tm一钢的熔点温度,k03 钢在空气炉中加热时间 ( 考虑节能 ) 的计算3.1 按工件形状确定加热时间 t(min)t = kiw(29)式中:ki 形状系数，k圆柱=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 形状特征尺寸, 直径、板厚或壁厚,mm。3.2 按实际装炉量确定加热时间 t(min)t=(0.6 0.8) egw(30)式中：汇gw-装炉工件总重量，kg。式(30)适用于45kw1式电炉加热。4 钢的临界冷却速度的计算4.1 钢在油中淬火时心部得到马氏体的临界冷却速度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奥氏体化参数(加热时间x加热温度，此处加热时间为1h)04.2 钢在油中淬火时心部得到贝氏

12、体的临界冷却速度v b( c/h)log v b=10.17-3.80c+1.07mn+0.70ni+0.57cr+1.58mo+0.0032pa(32)4.3 钢在油中淬火时心部得到珠光体-铁素体混合物的临界冷却速度v pf( c /h)log v pf=6.36-0.43c+0.49mn+0.78ni+0.26cr+0.38mo+0.0019pa(33)4.4 钢在油中淬火时心部得到50%马氏体+50%贝氏体的临界冷却速度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)适用

13、条件:c<0.50%,mn< 1.75%,ni <3.0%,cr <2.25% , moc 1.0% ,mn+ni+cr+m3 5.0%。5 钢的淬火冷却时间的计算5.1 钢预冷淬火时空气预冷时间 ty(s)ty=12+(3 4)d(35)式中:d淬火工件危险截面厚度，mm5.2 钢ms点上分级冷却时间tftf=30+5d( 36)6 钢的淬火硬度的计算6.1 钢终端淬火试验时，距试样顶端440 mm范围内各点硬度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 到顶端距离,mm;g奥氏体晶粒度。6.2 钢的最高淬火硬度, 即淬火钢获得90%马氏体时的硬度hh(hrc)hh=30+50c(38)6.3 钢的临界淬火硬度, 即淬火钢获得50%马氏体时的硬度hl(hrc)hl=24+40c(39)6.4 钢淬火组织为马氏体时的硬度hvmhvm=127+949c+27si+11mn+8ni+16cr+2110gm(40)6.5 钢淬火组织为贝氏体时的硬度hvbhvb=-323+185c+330si+153mn+65ni+144cr+191mo+log v b(89+54c-55si-22mn- 1

15、0ni-20cr-33mo)(41)6.6 钢淬火组织为珠光体- 铁素体的硬度hvpfhvpf=42+223c+53si+30mn+13ni+7cr+19mo(42)+log v pf(10-19si+4ni+8cr+130v)式(40)(42)适用条件同式(31)(33)7 钢回火后硬度的计算7.1 钢淬火组织为马氏体时的回火硬度hvmhvm=-74-434c-368si+15mn+37ni+17cr-335mo-2235v+(103/pb)(260+616c+321si-21mn-35ni-11cr+352mo-2345v)(43)式中：pb一回火参数(回火温度x回火时间，此处加热时间为1

16、h)。7.2 钢淬火组织为贝氏体时的回火硬度hvbhvb=262+162c-349si-64mn-6ni-186cr-485mo-857+(103/pb)(-149+43c+336si+79mn+16ni+196cr+498mo+1094v)(44)式(42) , (43) 适用条件 c00.83% ,mn<2.0%,si < 1.0%,cr<2.0%,moc 1.0%,ni < 3.0%,v< 0.5%,mn+ni+cr+m医 5.0%。7.3 钢回火后硬度回归方程hrc=75.5-0.094t+0.66cm(45)式中：t一回火温度，c;cm一钢的含碳量或碳当

17、量,%;cm=c+mn/6+(cr+mo+v)/(5+ni+cu)/15(46)7.4 45 钢回火后硬度回归方程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 回火时间 ,min 。8 钢的回火温度的估算( 适用于碳素钢 )t=200+k(60-x)(49)式中 : x 回火后硬度值,hrc;k一待定系数，对于45

18、钢,x>30,k=11;x <30,k=12。9 钢的力学性能的换算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是轴向推力，t是进给量，d为钻头直径，hb是布氏硬度9.2 抗拉强度仃b(9.8x mpa)与布氏硬度 hb(1.(1) 碳钢及合金钢6 b= 1/3hb=3.2hrc=2.1hs(1.(2)(t b=(.030 0.40)hb(53)(1.(3) 铸铁(rb=1/6(hb-40)(54)9.3 屈服极限(ts (mpa与抗拉强度crb (mpa(1.(1) 状态结构钢(rs=

19、(0.55 0.65) (rb(55)(1.(2) 状态结构钢(rs= (0.750.0.85) (rb(56)9.4 对称弯曲疲劳极限(7-1 (mpa与抗拉强度(7b (mpa(1.(1) (奥金格公式)(t-1=(0.49 ±0.13) (rb, (rb<1200mpa(57)(1.(2) 钢(茹科夫公式)(7-1=0.35(rb+12.2, (rb>1200mpa(58)(1.(3) (莫尔公式)(t-i=0.35(t b+2.0(59)9.5 对称拉压疲劳极限(t-1p (mpa与对称弯曲疲劳极限(7-1 (mpa(1.(1) 钢(t-ip=0.85(t-i(1

20、.(2)(t-ip=0.65(t-i(61)9.6 剪切强度rb (mpa与抗拉强度crb (mpa(1.(1) 钢及碳钢r b=(0.50 0.60 ) (rb,(t b<700mpa(62)(1.(2) 强度钢rb=(0.60 -0.65) (tb,6 b=8001200mpa(63)(1.(3)rb= (0.80 0.10) (rb(64)9.7 对称扭转疲劳极限r-1 (mpa与对称弯曲疲劳极限(t-1(1.(1) 钢r-1=0.55(r-1(65)(52)(60)(1.(2)r-1=0.80(t-1(66)9.8 解除疲劳极限(trh(mpa)与布氏硬度(hb (应力循环基数为

21、107)(1.(1) ”产280(hb-25),hb>400(67)(1.(2) (trh=290(hb-30),hb<400(68)9.9 钢的硬度换算(1.(1) chs-15(69)(1.(2) hb,hb<450(70)(1.(3) 1/10hb+12(71)(1.(4) q10hc,hb=200600(72)10 由钢的化学成分估算力学性能10.1 求屈服比(屈服极限us/抗拉强度crb)(1)油夜淬火调质(ts/(rb( %)(ts/(t b=55+3si+4mn+8cr+10mo+3ni+20v(73)式中，金属元素重量百分数()适用范围：si 0 1.8 %,

22、 mme 1.1 %, cr<1.8 %, mo< 0.5 %, ni<5% , v< 0.25 %。材 料适用直径在 150200mmm(2)空气淬火调质钢(ts/6b( %)(ts/(t b=48+3si+4mn+8cr+10mo+3ni+20v(74)10.2 求抗拉强度 (rb ( 9.8 x mpa )(1) 调质钢(t b=100c-100(c-0.40)/3+100si/10+100mo/4+30mn+6ni+2w+60v(75)适用 c< 0.9 % , si <1.8 % , mnc 1.1 % , cr<1.8 % , ni<

23、5% , v< 2%。 (2) 普通正火及退火钢(rb=20+100c(76)(3) 热轧钢(t b=27+56c(77)(4) 锻钢(t b=27+50c(78)(5) 铸铁(t b=27+48c(79)式中，cm- 钢的碳当量。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) 压延状态及正火高张力钢(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 由钢的显

24、微组织估算力学性能11.1 空冷 a-fe 的力学性能(1) 抗拉强度(t b=300mpa(83)(2) 延伸率6 =40%(84)(3) 布氏硬度hb=90(85)11.2 亚共析钢(退火状态)的力学性能(1) 抗拉强度 (mpa)(t b=300(a-fe %)+1000(p %)=300(1-c/0.83)+1000(c/0.83)(86)式中，a-fe%, p% -分别表示亚共析钢中的a-fe, p组织体积百分数。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空冷珠光体(0.

25、83 % c)的力学性能(1) 抗拉强度(rb=1000mpa(89)(2) 延伸率6=15%(90)(3) 布氏硬度(91)hb=280表4 bs点的经验公式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轧制过程中，需在未结晶温度之上发生一定程度的变形，再经过适当的驰豫或者热处理，再进行第二阶段的变形。钢的未再结晶温度的计算公式为7:tnr =887 464c (6445nb -644 nb) (732v -230、v) 890ti 363al -357si参考文献1翁宇庆.超细晶钢理论及技术进展j.钢铁，2005, 40(3):1-8.2翁宇庆.超细晶钢钢的组织细化理论与控制

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