经验公式确定钢的热处理温度

1、钢的热处理工艺设计经验公式根据经验公式确定热处理的保温温度 1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）;加热设备加热温度（碳素钢）K/（s/mm）(合金钢)K/(s/mm)箱式炉80095050 6060 70盐浴炉80095015 2520 30K是加热时间系数（s/mm）K值的经验数据见表1。表1K值的经验数据1.2 正火加热温度D使工件有效厚度（mrh；1.2 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=Ac+（ 100150C）（2）中碳钢：T=Ac+（ 50100C）（3）高碳钢：T=A+（ 3050 C）（4）亚共析钢：T=Aq+（

2、3080C）（5）共析钢及过共析钢：T=A+（ 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 -D1 （不经预热）（7）t=（a+b） - K -d'（经一次预热）（8）t=（a+b+c） K -D'（经二次预热）（9） 式中t 加热时间（min）；a到达淬火温度的加热系数（min/mm）;b到达预热温度的加热系数（min/mm）;c 到达二次预热温度的加热系数（min/mn）;K装炉修正系数；D1-工件的有效厚度（mrh。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11.5min/mm； b为1.5

3、2min/mm（高速钢及合金钢一次预热 a=0.50.3 ; b=2.53.6 ;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工件装炉方式修正系数t030111.11.0t030111.32.0t030111.51.3t030111.71.01.4淬火加热温度按常规工艺，亚共析钢的淬火加热温度为 Aq+（ 3050C）；（10）

4、共析和过共析钢为Ao+（3050C）；（11）合金钢的淬火加热温度常选用 Ac（或Acs） +（50100C）（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工件有效尺寸；（mr）；a加热系数（min/mm）；b附加时间，一般为1020分钟。盐浴的加热系数为0.50.8min/mm；铅浴的加热系数为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回火加热温度钢的回火定量关系式很早就有人研究，

5、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待定系数,对于 45 钢,x>30,k =11 ； x< 30,k=12。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：在20040OC范围：HV=640-(T-20) X 1.05+(lgt-1.28) X 366+( T-200)(lgt-1.28) X 0.036(15)

6、在400600C范围：HV=17.2X103/T-(1gt 一1.28) X 29.4-(T-400)(Igt-1.28) X 0.023(16)式中 T- 回火温度 Ct- 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 ci和A3温度的经验公式Aci和AC3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 要意义。因此，对AC1和AC3的预测具有较大的理论和应用

7、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A1和兀3温度的经验公式：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)式中的元素符号代表其含量(质量分数，wt%下同)，适用钢的成分范围为：< 0.6C, <4.9Mn, <5Cr , < 5Ni , <5.4Mo。公式(1) 表达

8、了钢的 Ac1 和人3与化学成分之间的关系，其优点是形式简明、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(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) 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%< 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SUS类不锈钢(日本)。2.3奥氏体转变为马氏体(M)的终了温度MfC)Mf 点根据不同的马氏体转变量的计算公式 :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 贝氏体组织开始转变的温 Bs(C)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 钢的熔点温度，K。3 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=(S /

11、D<1/4)=1/4 1/5,k 厚壁管(S /D>1/ 4) = 1/2 1/4 ; 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)刀 Gw(30)式中:刀Gw-装炉工件总重量，kg。式(30)适用于45kW箱式电炉加热。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)。4.2 钢在油中

12、淬火时心部得到贝氏体的临界冷却速度 v B(C/h)logv B=10.17-3.80C+1.07Mn+0.70Ni+0.57Cr+1.58Mo+0.0032PA(32)4.3 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

13、(31)(34)适用条件:C < 0.50%,MrK 1.75%,Ni < 3.0%,Cr < 2.25% ,Mo 1.0% ,Mn+Ni+Cr+Mo 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tf(s)tf=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)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+21lVogM(40)6.5 钢淬火组织为贝氏体时的硬度 HVBHVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo

15、+logV B(89+54C-55Si-22Mn- 10Ni-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+log V PF(10-19Si+4Ni+8Cr+130V)(42)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+15M n+37Ni+17Cr-335Mo-2235V3+(10 /PB)(260+616C+321Si-21Mn-35Ni-11Cr+352Mo-2345

16、V)(43)式中：PB 回火参数(回火温度X回火时间，此处加热时间为1h)。7.2钢淬火组织为贝氏体时的回火硬度 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)适用条件: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钢回火后硬度回归方程HRC=7

17、5.5-0.094T+0.66CM(45)式中：T回火温度，C;CM 钢的含碳量或碳当量，;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)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

18、硬度值,HRC;k待定系数，对于45钢,x>30,k=11;x C 30,k=129钢的力学性能的换算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抗拉强度二b(9.8X MPa)与布氏硬度HB (1.1)普通碳钢及合金钢(52)(T b 1/3HB"3.2HRC=2.1HS铸铁(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)灰口铸铁(T b=1/6(HB-40)(54)屈服极限(T s( MPa与抗拉强度(T b(MPa退火状态结构钢(T s= (0.55 0.65) (T b(55)调质状态结构钢(T s= (0.75 0.0.85 ) (T b(56)对称弯曲疲劳极限c -i(MPa与抗拉强度c b(MPa 碳钢(奥金格公式c-1=(0.49 ±0.13) cb，cb<1200MPa(57)合金钢(茹科夫公式c-1=0.35c b+12.2，cb>1200MPa(58)铸铁(莫尔公式c -1=0.35c b+2.0(59)对称

20、拉压疲劳极限 c -1p(MPa 与对称弯曲疲劳极限 c -1(MPa 普通钢(60)c -1p =0.85 c -1铸铁c -1p =0.65 c -1(61)剪切强度r b (MPa与抗拉强度c b (MPa 退火钢及碳钢r b=(0.50 0.60 ) c b, c b<700MPa(62)中高强度钢r b=(0.60 0.65) c b, c b=8001200MPa(63)生铁r b=(0.80 0.10) c b(64)对称扭转疲劳极限r-1 (MPa与对称弯曲疲劳极限c-1 普通钢r-1=0.55 c-1(65)铸铁r-1=0.80 c-1(66)解除疲劳极限 cRH(MP

21、a) 与布氏硬度( HB (应力循环基数为 107) c RH=280(HB-25),HB>400(67)(1.2)(T rh=290(HB-30),HB<400(68)9.9 钢的硬度换算(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 由钢的化学成分估算力学性能10.1求屈服比(屈服极限t s/抗拉强度t b)(1) 油夜淬火调质t s/ t b( % )Ts/T b=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(73)式中，金属

22、元素重量百分数(%)适用范围：Si < 1.8 %, Mn< 1.1 %, Cr< 1.8 %, Moc 0.5 %, Ni < 5%, V< 0.25 %。材 料适用直径在 150200mm。(2) 空气淬火调质钢 T s/Tb(% )Ts/T b=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(74)10.2 求抗拉强度t b ( 9.8 x MPa )(1) 调质钢Tb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V(75)适用 Cc0.9%, Sic1.8%, Mnc1.1%, Crc1.8%

23、, Nic5%, Vc2%。(2) 普通正火及退火钢T b=20+100CM(76)(3) 热轧钢T b=27+56CM(77)(4) 锻钢T b=27+50CM(78)(5) 铸铁T b=27+48CM(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由钢的显微组

24、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S =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)(86)a-Fe, P组织体积百分数。(T b=300(a-Fe % )+1000(P % ) =300(1-C/0.83)+1000(C/0.83)式中，a-Fe %, P% -分别表示亚共析钢中的 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空冷珠光体(0.83 % C)的力学性能(1) 抗拉强度(T b=1000MPa(89)(2) 延伸率S =15%(90)(3) 布氏硬度HB=280(91)CCT、TTT相图的计算孕育期公式为：(X,T) =1.2(gt)/2 d ： TqdX0 X 2(1-X)/3(1