经验公式确定钢的热处理温度

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);D使工件有效厚度（mm）；K是加热时间系数（s/mm）。K值的经验数据见表1。表1K值的经验数据加热设备加热温度(碳素钢）K/(s/mm)(合金钢)K/(s/mm)箱式炉800～95050～6060～70盐浴炉800～95015～2520～301.2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=Ac3+（100～150℃）（2）中碳钢：T=Ac3+（50～100℃）（3）高碳钢：T=ACm+（30～50℃）（4）亚共析钢：T=Ac3+（30～80℃）（5）共析钢及过共析钢：T=ACm+（30～50℃）（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·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）；到达淬火温度的加热系数（min/mm）；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—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1.5～2min/mm（高速钢及合金钢一次预热a=0.5～0.3；b=2.5～3.6；二次预热a=0.5～0.3；b=1.5～2.5；c=0.8～1.1），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100～150℃时，系数a约为1.5～20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Ac3＋（30～50℃）；（10）共析和过共析钢为Ac1＋（30～50℃）；（11）合金钢的淬火加热温度常选用Ac1（或Ac3）＋（50～100℃）（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—工件有效尺寸；（mm）；a—加热系数（min/mm）；b—附加时间，一般为10～20分钟。盐浴的加热系数为0.5～0.8min/mm；铅浴的加热系数为0.3～0.5min/mm；井式回火电炉（RJJ系列回火电炉）加热系数为1.0～1.5min/mm；箱式电炉加热系数为2～2.5mim/mm。1.6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。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ν50MB(℃/h)logν50MB=8.50-4.13C+0.86Mn+0.57Ni+0.41Cr+0.94Mo+0.0012PA(34式(31)～(34)适用条件:C≤0.50%,Mn≤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,mm。5.2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4～40mm范围内各点硬度H4～40(HRC)H4～40=88C1/2-0.0135E2C1/2+19Cr1/2+6.3Ni1/2+16Mn1/2+35Mo+5Si1/2-0.82G-20E1/2+2.11E-2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+21logνM(40)6.5钢淬火组织为贝氏体时的硬度HVBHVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+logνB(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+logνPF(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+15Mn+37Ni++(103/PB)(260+616C+321Si-21Mn-35Ni-11Cr+352Mo-2345V)(43)式中:PB—回火参数(回火温度×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-64Mn-6Ni-186Cr-485Mo-857+(103/PB)(-149+43C+336Si+79Mn+16Ni+196Cr+498Mo+1094V)(44)式(42),(43)适用条件:C≤0.83%,Mn≤2.0%,Si≤1.0%,Cr≤2.0%,Mo≤1.0%,Ni≤3.0%,V≤0.5%,Mn+Ni+Cr+Mo≤5.0%。7.3钢回火后硬度回归方程HRC=75.5-0.094T+0.66CM式中:T—回火温度,℃;CM—钢的含碳量或碳当量,%;CM=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+（Ni+Cu）/15(46)7.445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≤400HV=17.2×104/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—待定系数,对于45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=0.087HBt0.8D1.8（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。9.2抗拉强度b(9.8×MPa)与布氏硬度HB(1.1)普通碳钢及合金钢σb≈1/3HB≈3.2HRC=2.1HS（52）(1.2)铸铁σb=(.030～0.40)HB(53)(1.3)灰口铸铁σb=1/6(HB-40)(54)9.3屈服极限σs（MPa）与抗拉强度σb（MPa）(1.1)退火状态结构钢σs=（0.55～0.65）σb(55)(1.2)调质状态结构钢σs=（0.75～0.0.85）σb(56)9.4对称弯曲疲劳极限σ-1（MPa）与抗拉强度σb（MPa）(1.1)碳钢（奥金格公式）σ-1=(0.49±0.13)σb，σb<1200MPa(57)(1.2)合金钢（茹科夫公式）σ-1=0.35σb+12.2，σb>1200MPa(58)(1.3)铸铁（莫尔公式）σ-1=0.35σb+2.0(59)9.5对称拉压疲劳极限σ-1p（MPa）与对称弯曲疲劳极限σ-1（MPa）(1.1)普通钢σ-1p=0.85σ-1(60)(1.2)铸铁σ-1p=0.65σ-1(61)9.6剪切强度Γb（MPa）与抗拉强度σb（MPa）(1.1)退火钢及碳钢Γb=（0.50～0.60）σb，σb<700MPa(62)(1.2)中高强度钢Γb=（0.60～0.65）σb，σb=800～1200MPa(63)(1.3)生铁Γb=（0.80～0.10）σb(64)9.7对称扭转疲劳极限Γ-1（MPa）与对称弯曲疲劳极限σ-1(1.1)普通钢Γ-1=0.55σ-1(65)(1.2)铸铁Γ-1=0.80σ-1(66)9.8解除疲劳极限σRH(MPa)与布氏硬度（HB）(应力循环基数为107)(1.1)σRH=280(HB-25),HB>400(67)(1.2)σRH=290(HB-30),HB<400(68)9.9钢的硬度换算(1.1)HRC≈HS-15(69)(1.2)HV≈HB,HB<450(70)(1.3)HS≈1/10HB+12(71)(1.4)HB≈10HC,HB=200～600(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σs/抗拉强度σb）(1)油夜淬火调质σs/σb(﹪)σs/σb=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(73)式中，金属元素重量百分数（﹪）适用范围：Si≤1.8﹪，Mn≤1.1﹪，Cr≤1.8﹪，Mo≤0.5﹪，Ni≤5﹪，V≤0.25﹪。材料适用直径在Ф150～200mmm。(2)空气淬火调质钢σs/σb(﹪)σs/σb=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(74)10.2求抗拉强度σb（9.8×MPa）(1)调质钢σb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V适用C≤0.9﹪，Si≤1.8﹪，Mn≤1.1﹪，Cr≤1.8﹪，Ni≤5﹪，V≤2﹪。(2)普通正火及退火钢σb=20+100CM(3)热轧钢σb=27+56CM(4)锻钢σb=27+50CM(5)铸铁σb=27+48CM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σb=3.5±(61CM+24.3)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11.1空冷a-Fe的力学性能(1)抗拉强度σb=300MPa(83)(2)延伸率δ=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)σb=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。(2)延伸率(﹪)δ=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σb=1000MPa(89)(2)延伸率δ=15﹪(90)(3)布氏硬度HB=280