經(jīng)驗公式確定鋼的熱處理溫度

鋼的熱處理工藝設計經(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);D使工件有效厚度（mm）；K是加熱時間系數(shù)（s/mm）。K值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表1。表1 K值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)加熱設備加熱溫度(碳素鋼）K/(s/mm)(合金鋼)K/(s/mm)箱式爐80095050606070鹽浴爐800950152520301.2 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=Ac3+（100150） （2） 中碳鋼：T=Ac3+（50100） （3） 高碳鋼：T=ACm+（3050） （4） 亞共析鋼：T=Ac3+（3080） （5） 共析鋼及過共析鋼：T=ACm+（3050） （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 D (不經(jīng)預熱) （7） t=(a+b) K D(經(jīng)一次預熱) （8） t=(a+b+c) K D(經(jīng)二次預熱) （9） 式中t加熱時間（min）；a 到達淬火溫度的加熱系數(shù)（min/mm）；b 到達預熱溫度的加熱系數(shù)（min/mm）；c 到達二次預熱溫度的加熱系數(shù)（min/mm）；K裝爐修正系數(shù)；D-工件的有效厚度（mm）。在一般的加熱條件下，采用箱式爐進行加熱時，碳素鋼及合金鋼a多采用11.5min/mm；b為1.52min/mm（高速鋼及合金鋼一次預熱a=0.50.3；b=2.53.6；二次預熱a=0.50.3；b=1.52.5；c=0.81.1），若在箱式爐中進行快速加熱時，當爐溫較淬火加熱溫度高出100150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，應較箱式爐中加熱時間少五分之一（經(jīng)預熱）至三分之一（不經(jīng)預熱）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)t.11.0t.32.0t.51.3t.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Ac3（3050）； （10） 共析和過共析鋼為Ac1（3050）； （11） 合金鋼的淬火加熱溫度常選用Ac1（或Ac3）（50100） （12） 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；（mm）；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/mm。1.6 回火加熱溫度鋼的回火定量關系式很早就有人研究，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,x30,k =11；x30,k=12。 大量試驗表明， 當鋼的回火參數(shù)P一定時， 回火所達到的工藝效果硬度值或力學性能相同。因此， 按傳統(tǒng)經(jīng)驗式確定回火參數(shù)僅在標準態(tài)(回火1h)時方可使用，實際生產(chǎn)應用受到限制.為了解決上述問題， 將有關因素均定量表達，文獻中導出如下回火公式：(1)在20040O范圍：HV=640-(T-20)1.05+(lgt-1.28)366+( T-200)(lgt-1.28)0.036 （15）(2)在400600范圍: HV=17.2103/T-(1gt一1.28)29.4-(T-400)(Igt-1.28)0.023 （16）式中T-回火溫度 t-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晶溫度的計算2.1 AC1和AC3溫度的經(jīng)驗公式AC1和AC3 分別表示在加熱過程中組織開始轉變?yōu)閵W氏體和全部轉變?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計都具有重要意義。因此，對AC1和AC3的預測具有較大的理論和應用價值。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)進行回歸分析，獲得了根據(jù)鋼的化學成分計算AC1和AC3溫度的經(jīng)驗公式：AC3()=910 - 203C1/ 2- 15.2Ni + 44.7Si + 104V + 31.5Mo +13.1W (17)AC1()=723 10.7Mn 13.9Ni + 29Si + 16.9Cr + 290As + 6.38W (18)式中的元素符號代表其含量 (質量分數(shù)，wt%，下同) ，適用鋼的成分范圍為： 0.6C, 4.9Mn, 5Cr , 5Ni , 5.4Mo。公式(1)(2)表達了鋼的AC1和AC3與化學成分之間的關系，其優(yōu)點是形式簡明、直觀，便于應用。2.2 鋼奧氏體化后冷卻時,奧氏體開始轉變?yōu)轳R氏體的溫度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)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%C0.60%,0.04%Mn 4.8%,0.11%Si 1.89% ,0Ni5.04%,0Cr4.61% ,0Mo5.4%。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 奧氏體轉變?yōu)轳R氏體(M)的終了溫度Mf()Mf點根據(jù)不同的馬氏體轉變量的計算公式: Mf=(100%M)=Ms-(21515) (23) Mf=(90%M)=Ms-(10312) (24) Mf=(50%M)=Ms-(479) (25)Mf=(10%M)=Ms-(103) (26)2.4 貝氏體組織開始轉變的溫Bs() Bs=830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo (27)2.5 鋼的再結晶溫度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=(/D1/ 4) = 1/21/4 ; 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=(0.60.8)Gw (30)式中: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M(/h)logM=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)(加熱時間加熱溫度,此處加熱時間為1h)。4.2 鋼在油中淬火時心部得到貝氏體的臨界冷卻速度B(/h)logB=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PF(/h) logPF=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 50MB(/h)log50MB=8.50-4.13C+0.86Mn+0.57Ni+0.41Cr+0.94Mo+0.0012PA (34)式(31)(34)適用條件:C0.50%,Mn1.75%,Ni3.0%,Cr2.25% ,Mo1.0% ,Mn+Ni+Cr+Mo5.0%。5 鋼的淬火冷卻時間的計算5.1 鋼預冷淬火時空氣預冷時間ty(s) ty=12+(34)D (35)式中:D淬火工件危險截面厚度,mm。5.2 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范圍內各點硬度H440 (HRC) H440=88C 1/2-0.0135E2C1/2+19Cr1/2+6.3Ni 1/2+16Mn 1/2+35Mo 1/2+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HVM HVM=127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+21logM (40)6.5 鋼淬火組織為貝氏體時的硬度HVB HVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+logB(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HVPF HVPF=42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+logPF(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HVM HVM=-74-434C-368Si+15Mn+37Ni+17Cr-335Mo-2235V+(103/PB)(260+616C+321Si-21Mn-35Ni-11Cr+352Mo-2345V) (43)式中: PB回火參數(shù)(回火溫度回火時間,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HVB HVB=262+162C-349Si-64Mn-6Ni-186Cr-485Mo-857+(103/PB)(-149+43C+336Si+79Mn+16Ni+196Cr+498Mo+1094V) (44)式(42) , (43) 適用條件:C0.83% ,Mn2.0%,Si1.0%,Cr2.0%,Mo1.0%,Ni3.0%,V0.5%,Mn+Ni+Cr+Mo5.0%。7.3 鋼回火后硬度回歸方程HRC=75.5-0.094T+0.66CM (45)式中: T回火溫度, ;CM 鋼的含碳量或碳當量,%;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)20T400HV=17.2104/T-(logt-1.28)29.4 -(T-400)(logt-1.28)0.014 (48)400T600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回火后硬度值,HRC;k待定系數(shù),對于45鋼,x30,k=11;x30,k=12。9 鋼的力學性能的換算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是軸向推力，t是進給量，D為鉆頭直徑，HB是布氏硬度。9.2 抗拉強度b(9.8MPa)與布氏硬度HB(1.1)普通碳鋼及合金鋼b1/3HB3.2HRC=2.1HS （52） (1.2)鑄鐵 b=(.0300.40)HB (53)(1.3)灰口鑄鐵 b=1/6(HB-40) (54)9.3 屈服極限s（MPa）與抗拉強度b（MPa）(1.1) 退火狀態(tài)結構鋼 s=（0.550.65）b (55)(1.2) 調質狀態(tài)結構鋼 s=（0.750.0.85）b (56)9.4 對稱彎曲疲勞極限-1（MPa）與抗拉強度b（MPa）(1.1)碳鋼（奧金格公式） -1=(0.490.13)b，b1200MPa (58)(1.3)鑄鐵（莫爾公式）-1=0.35b+2.0 (59)9.5 對稱拉壓疲勞極限-1p（MPa）與對稱彎曲疲勞極限-1（MPa）(1.1)普通鋼 -1p=0.85-1 (60)(1.2)鑄鐵 -1p=0.65-1 (61)9.6 剪切強度b（MPa）與抗拉強度b（MPa）(1.1)退火鋼及碳鋼b=（0.500.60）b，b400 (67)(1.2) RH=290(HB-30),HB400 (68) 9.9 鋼的硬度換算(1.1)HRCHS-15 (69) (1.2)HVHB,HB450 (70) (1.3)HS1/10HB+12 (71) (1.4)HB10HC,HB=200600 (72)10 由鋼的化學成分估算力學性能10.1 求屈服比（屈服極限s/抗拉強度b）(1)油夜淬火調質s/b()s/b=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V (73)式中，金屬元素重量百分數(shù)（）適用范圍：Si1.8，Mn1.1，Cr1.8，Mo0.5，Ni5，V0.25。材料適用直徑在150200mmm。(2)空氣淬火調質鋼s/b()s/b=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V (74)10.2 求抗拉強度b（9.8MPa ） (1)調質鋼b=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V (75)適用C0.9，Si1.8，Mn1.1，Cr1.8，Ni5，V2。(2)普通正火及退火鋼b=20+100CM (76)(3)熱軋鋼b=27+56CM (77)(4)鍛鋼b=27+50CM (78)(5)鑄鐵b=27+48CM (79)式中，CM-鋼的碳當量。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b