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/mn)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(mm；正火加热温度根据钢的相变临界点选择正火加热温度 TOC o 1-5 h z 低碳钢：T=Ag+(100150C)(2)中碳钢：T=Ae+(50100C)(3)高碳钢：T=A+(3050C)(4)亚共析钢：T=Aq+(

2、3080C)(5)共析钢及过共析钢：T=An+(3050C)(6)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。彳经一次预热)(8)t=(a+b+c)KD(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)；c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(mrm。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1.52min/mm(高速钢及合金钢一次预热a=0.50

3、.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， TOC o 1-5 h z 亚共析钢的淬火加热温度为AQ+(3050C)；(10)共析和过共析钢为

4、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；(mm;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

5、的回火温度的估算，T=200+k(60-x)(14)式中：x一回火后硬度值，HRC;k一待定系数，对于45钢,x30,k=11;x30,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)X1.05+(lgt-1.28)乂366+(T-200)(lgt-1.28)乂0.036(15)(2)在400600c范围：HV=17.2X103/T-(1gt一1.

6、28)X29.4-(T-400)(Igt-1.28)X0.023(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。钢的热处理相变点及再结晶温度的计算AC1和Ac3温度的经验公式41和43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，对刖和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

7、和A3温度的经验公式： TOC o 1-5 h z AC3()=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：00.6C,4.9Mn,5Cr,5Ni,05.4Mo。公式(2)表达了钢的Aci和庆3与化学成分之间的关系，具优点是形式简明、直观，便于应用。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-1

8、0Mo-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%Mn4.8%,0.11%Si1.89%,0Ni5.04%,0Cr4.61%,0MoC5.4%。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-M

9、n)+28(0.47-S) TOC o 1-5 h z +1677(0.068-C-Ni)-17.8(22)式(22)适用于SU酸不锈钢(日本)。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-(21515)(23)Mf=(90%M)=Ms-(10312)(24)Mf=(50%M)=Ms-(479)(25)Mf=(10%M)=Ms-(103)(26)贝氏体组织开始转变的温Bs()Bs=830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo(27)钢的再结晶温度TR(K)TR=0.4Tm(28)式中：Tm一钢的熔点温度,K0钢在空气

10、炉中加热时间(考虑节能)的计算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/D1/4)=1/21/4;w形状特征尺寸,直径、板厚或壁厚,mm。按实际装炉量确定加热时间t(min)t=(0.60.8)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。钢的临界冷却速度的计算钢在油中淬火时心部得到马氏体的临界冷却速度vM(C/h) TOC o 1-5 h z logvM=9.81-4.62C+1.10Mn+0.54Ni+0.50Cr+0.60Mo+0.00183PA(31)式中：

11、PA奥氏体化参数(加热时间x加热温度，此处加热时间为1h)0钢在油中淬火时心部得到贝氏体的临界冷却速度vB(C/h)logvB=10.17-3.80C+1.07Mn+0.70Ni+0.57Cr+1.58Mo+0.0032PA(32)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vPF(C/h)logvPF=6.36-0.43C+0.49Mn+0.78Ni+0.26Cr+0.38Mo+0.0019PA(33)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V50MB(C/h)logv50MB=8.50-4.13C+0.86Mn+0.57Ni+0.41Cr+0.94Mo+0

12、.0012PA(34)式(31)(34)适用条件:C0.50%,Mn1.75%,Ni3.0%,Cr2.25%,Moc1.0%,Mn+Ni+Cr+M35.0%。钢的淬火冷却时间的计算钢预冷淬火时空气预冷时间ty(s) TOC o 1-5 h z ty=12+(34)D(35)式中:D淬火工件危险截面厚度，mm钢Ms点上分级冷却时间tftf=30+5D(36)钢的淬火硬度的计算钢终端淬火试验时，距试样顶端440mm范围内各点硬度H440(HRC)H40=88C1/2-0.0135E2C1/2+19Cr1/2+6.3Ni1/2+16Mni/2+35MO/2+5Si1/2-0.82G-20E1/2+2

13、.11E-2(37)式中:E到顶端距离,mm;G奥氏体晶粒度。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)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)钢淬火组织为马氏体时的硬度HVMHVM=127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+2110gM(40)钢淬火组织为贝氏体时的硬度HVBHVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+logvB(89+54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)(41)钢淬火组织为珠光体-铁素体的硬度HVPF

14、HVPF=42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+logvPF(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 TOC o 1-5 h z 钢淬火组织为马氏体时的回火硬度HVMHVM=-74-434C-368Si+15Mn+37Ni+17Cr-335Mo-2235V3+(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1h)。钢淬火组织为贝氏体时的回火硬度HVBHVB=262+162C

15、-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%,Mn2.0%,Si1.0%,Cr2.0%,Moc1.0%,Ni3.0%,V0.5%,Mn+Ni+Cr+M医5.0%。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量,%;CM=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/(5+Ni+Cu)/15(46)45钢回火后硬度回归方程HV=640-(T-200)1.05-(l

16、ogt-1.28)36.6+(T-200)(logt-1.28)0.0036(47)20T400HV=17.2X104/T-(logt-1.28)29.4-(T-400)(logt-1.28)0.014(48)400T30,k=11;x30,k=12。钢的力学性能的换算切削性能M=0.087HBt0.8D1.8(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。抗拉强度b(9.8XMPa)与布氏硬度HB普通碳钢及合金钢52)b1/3HB3.2HRC=2.1HS铸铁 TOC o 1-5 h z (Tb=(.03

17、00.40)HB(53)灰口铸铁(rb=1/6(HB-40)(54)屈服极限(Ts(MPa与抗拉强度(Tb(MPa退火状态结构钢(rs=(0.550.65)(rb(55)调质状态结构钢(rs=(0.750.0.85)(rb(56)对称弯曲疲劳极限(7-1(MPa与抗拉强度。b(MPa碳钢(奥金格公式)(t-i=(0.490.13)(rb,(rb1200MPa(58)铸铁(莫尔公式)(t-i=0.35(Tb+2.0(59)9.5对称拉压疲劳极限er-ip(MPa与对称弯曲疲劳极限6-1(MPa(60)普通钢=0.85(t-i铸铁 TOC o 1-5 h z (t-ip=0.65(t-i(61)剪

18、切强度Fb(MPa与抗拉强度bb(MPa退火钢及碳钢rb=(0.500.60)(rb,(Tb400(67)(trh=290(HB-30),HB400(68)钢的硬度换算CHS-15(69)HB,HB450(70)q1/10HB+12(71)q10HC,HB=20O600(72)10由钢的化学成分估算力学性能求屈服比(屈服极限(7s/抗拉强度crb)(1)油夜淬火调质6s/(rb(%)(ts/(Tb=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(73)式中，金属元素重量百分数()适用范围：Si01.8%,Mme1.1%,Cr1.8%,Mo0.5%,Ni5%,V0.25%。材料适用直径在

19、150200mmm(2)空气淬火调质钢(Ts/6b(%) TOC o 1-5 h z (ts/(Tb=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(74)求抗拉强度(Tb(9.8xMPa)(1)调质钢(Tb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V(75)适用C0.9%,Si1.8%,Mnc1.1%,Cr1.8%,Ni5%,V2%。(2)普通正火及退火钢(rb=20+100C(76)热轧钢(Tb=27+56C(77)锻钢(Tb=27+50C(78)铸铁(Tb=27+48C(79)式中，CM-钢的碳当量。CM=1+0.5(C

20、-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)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由钢的显微组织估算力学性能空冷a-Fe的力学性能(1)抗拉强度 TOC o 1-5 h z (rb=300MPa(83)(2)延伸率6=40%(84)布氏硬度HB=90(85)亚共析钢(退火状态)的力学性能抗拉强度(MPa)(Tb=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)布氏硬度HB=90(1-C/0.83)+280(C/0.83)(88)空冷珠光体(0.83%C)的力学性能(1)抗拉强度(rb=1000MPa(89)(2)延伸率6=15%(90)布氏硬度HB=280(91)CCT、TTT相图的计算孕育期公式为：