經(jīng)驗(yàn)公式確定鋼的熱處理溫度

1、鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定熱處理的保溫溫度1鋼的熱處理正火加熱時(shí)間加熱時(shí)間t=KD(1)式中t為加熱時(shí)間(s)；加熱設(shè)備加熱溫度(碳素鋼)K/(s/mm)(合金鋼)K/(s/mm)箱式爐80095050 6060 70鹽浴爐80095015 2520 30K是加熱時(shí)間系數(shù)(s/mn)K值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。表1K值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.2 正火加熱溫度D使工件有效厚度(mm；正火加熱溫度根據(jù)鋼的相變臨界點(diǎn)選擇正火加熱溫度 TOC o 1-5 h z 低碳鋼：T=Ag+(100150C)(2)中碳鋼：T=Ae+(50100C)(3)高碳鋼：T=A+(3050C)(4)亞共析鋼：T=Aq+(

2、3080C)(5)共析鋼及過(guò)共析鋼：T=An+(3050C)(6)淬火加熱時(shí)間為了估算方便起見，計(jì)算淬火加熱時(shí)間多采用下列經(jīng)驗(yàn)公式：t=a-K-D(不經(jīng)預(yù)熱)(7)t=(a+b)-K。彳經(jīng)一次預(yù)熱)(8)t=(a+b+c)KD(經(jīng)二次預(yù)熱)(9)式中t一加熱時(shí)間(min);a一到達(dá)淬火溫度的加熱系數(shù)(min/mn)；b一到達(dá)預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)(min/mm)；c到達(dá)二次預(yù)熱溫度的加熱系數(shù)(min/mm)；K一裝爐修正系數(shù)；D-工件的有效厚度(mrm。在一般的加熱條件下，采用箱式爐進(jìn)行加熱時(shí)，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(yù)熱a=0.50

3、.3;b=2.53.6;二次預(yù)熱a=0.50.3;b=1.52.5;c=0.81.1),若在箱式爐中進(jìn)行快速加熱時(shí)，當(dāng)爐溫較淬火加熱溫度高出100150c時(shí)，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(shí)間，應(yīng)較箱式爐中加熱時(shí)間少五分之一(經(jīng)預(yù)熱)至三分之一(不經(jīng)預(yù)熱)左右。工件裝爐修正系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)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)t030111.11.0t030111.32.0t030111.51.3t030111.71.01.4淬火加熱溫度按常規(guī)工藝， TOC o 1-5 h z 亞共析鋼的淬火加熱溫度為AQ+(3050C)；(10)共析和過(guò)共析鋼為

4、Ad+(3050C)；(11)合金鋼的淬火加熱溫度常選用Ac1(或Acs)+(50100C)(12)1.5回火加熱時(shí)間對(duì)于中溫或高溫回火的工件，回火時(shí)間是指均勻透燒所用的時(shí)間，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：t=aD+b(13)式中t回火保溫時(shí)間(min)；D一工件有效尺寸；(mm;a加熱系數(shù)(min/mn)；b一附加時(shí)間，一般為1020分鐘。鹽浴的力口熱系數(shù)為0.50.8min/mm；鉛浴的力口熱系數(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/mm1.6回火加熱溫度鋼的回火定量關(guān)系式很早就有人研究，其經(jīng)驗(yàn)公式為：鋼

5、的回火溫度的估算，T=200+k(60-x)(14)式中：x一回火后硬度值，HRC;k一待定系數(shù)，對(duì)于45鋼,x30,k=11;x30,k=12o大量試驗(yàn)表明，當(dāng)鋼的回火參數(shù)P一定時(shí)，回火所達(dá)到的工藝效果一一硬度值或力學(xué)性能相同。因此，按傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式確定回火參數(shù)僅在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)(回火1h)時(shí)方可使用，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用受到限制.為了解決上述問(wèn)題，將有關(guān)因素均定量表達(dá)，文獻(xiàn)中導(dǎo)出如下回火公式：(1)在200400c范圍：HV=640-(T-20)X1.05+(lgt-1.28)乂366+(T-200)(lgt-1.28)乂0.036(15)(2)在400600c范圍：HV=17.2X103/T-(1gt一1.

6、28)X29.4-(T-400)(Igt-1.28)X0.023(16)式中T-回火溫度t-回火時(shí)間，min對(duì)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(shí)地反映出實(shí)際工藝參數(shù)的影響，定量地表達(dá)了不同溫度區(qū)間回火硬度的變化特征。鋼的熱處理相變點(diǎn)及再結(jié)晶溫度的計(jì)算AC1和Ac3溫度的經(jīng)驗(yàn)公式41和43分別表示在加熱過(guò)程中組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的溫度，它們對(duì)鋼的熱處理工藝的制定以及新材料和新工藝的設(shè)計(jì)都具有重要意義。因此，對(duì)刖和Ac3的預(yù)測(cè)具有較大的理論和應(yīng)用價(jià)值。Andrews搜集了英，德，法，美等國(guó)家的資料通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得了根據(jù)鋼的化學(xué)成分計(jì)算Ai

7、和A3溫度的經(jīng)驗(yàn)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)式中的元素符號(hào)代表其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wt%下同)，適用鋼的成分范圍為：00.6C,4.9Mn,5Cr,5Ni,05.4Mo。公式(2)表達(dá)了鋼的Aci和慶3與化學(xué)成分之間的關(guān)系，具優(yōu)點(diǎn)是形式簡(jiǎn)明、直觀，便于應(yīng)用。鋼奧氏體化后冷卻時(shí),奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度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)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%&C00.60%,0.04%Mn4.8%,0.11%Si1.89%,0Ni5.04%,0Cr4.61%,0MoC5.4%。注意，上述Ms點(diǎn)的計(jì)算公式主要用于亞共析鋼；對(duì)于過(guò)共析鋼，由于淬火加熱溫度對(duì)奧氏體的成分影響較大，故根據(jù)鋼的成分來(lái)計(jì)算Ms點(diǎn)是沒有意義的。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)適用于SU酸不銹鋼(日本)。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(M)的終了溫度Mf()Mf點(diǎn)根據(jù)不同的馬氏體轉(zhuǎn)變量的計(jì)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)貝氏體組織開始轉(zhuǎn)變的溫Bs()Bs=830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo(27)鋼的再結(jié)晶溫度TR(K)TR=0.4Tm(28)式中：Tm一鋼的熔點(diǎn)溫度,K0鋼在空氣

10、爐中加熱時(shí)間(考慮節(jié)能)的計(jì)算按工件形狀確定加熱時(shí)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=(6/D1/4)=1/21/4;w形狀特征尺寸,直徑、板厚或壁厚,mm。按實(shí)際裝爐量確定加熱時(shí)間t(min)t=(0.60.8)EGw(30)式中：匯Gw-裝爐工件總重量，kg。式(30)適用于45kW1式電爐加熱。鋼的臨界冷卻速度的計(jì)算鋼在油中淬火時(shí)心部得到馬氏體的臨界冷卻速度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奧氏體化參數(shù)(加熱時(shí)間x加熱溫度，此處加熱時(shí)間為1h)0鋼在油中淬火時(shí)心部得到貝氏體的臨界冷卻速度vB(C/h)logvB=10.17-3.80C+1.07Mn+0.70Ni+0.57Cr+1.58Mo+0.0032PA(32)鋼在油中淬火時(shí)心部得到珠光體-鐵素體混合物的臨界冷卻速度vPF(C/h)logvPF=6.36-0.43C+0.49Mn+0.78Ni+0.26Cr+0.38Mo+0.0019PA(33)鋼在油中淬火時(shí)心部得到50%馬氏體+50%貝氏體的臨界冷卻速度V50MB(C/h)logv50MB=8.50-4.13C+0.86Mn+0.57Ni+0.41Cr+0.94Mo+0

12、.0012PA(34)式(31)(34)適用條件:C0.50%,Mn1.75%,Ni3.0%,Cr2.25%,Moc1.0%,Mn+Ni+Cr+M35.0%。鋼的淬火冷卻時(shí)間的計(jì)算鋼預(yù)冷淬火時(shí)空氣預(yù)冷時(shí)間ty(s) TOC o 1-5 h z ty=12+(34)D(35)式中:D淬火工件危險(xiǎn)截面厚度，mm鋼Ms點(diǎn)上分級(jí)冷卻時(shí)間tftf=30+5D(36)鋼的淬火硬度的計(jì)算鋼終端淬火試驗(yàn)時(shí)，距試樣頂端440mm范圍內(nèi)各點(diǎn)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到頂端距離,mm;G奧氏體晶粒度。鋼的最高淬火硬度,即淬火鋼獲得90%馬氏體時(shí)的硬度Hh(HRC)Hh=30+50C(38)鋼的臨界淬火硬度,即淬火鋼獲得50%馬氏體時(shí)的硬度Hl(HRC)Hl=24+40C(39)鋼淬火組織為馬氏體時(shí)的硬度HVMHVM=127+949C+27Si+11Mn+8Ni+16Cr+2110gM(40)鋼淬火組織為貝氏體時(shí)的硬度HVBHVB=-323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+logvB(89+54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)(41)鋼淬火組織為珠光體-鐵素體的硬度HVPF

14、HVPF=42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+logvPF(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(jì)算 TOC o 1-5 h z 鋼淬火組織為馬氏體時(shí)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一回火參數(shù)(回火溫度X回火時(shí)間，此處加熱時(shí)間為1h)。鋼淬火組織為貝氏體時(shí)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)適用條件C00.83%,Mn2.0%,Si1.0%,Cr2.0%,Moc1.0%,Ni3.0%,V0.5%,Mn+Ni+Cr+M醫(yī)5.0%。鋼回火后硬度回歸方程HRC=75.5-0.094T+0.66CM(45)式中：T一回火溫度，C;CM一鋼的含碳量或碳當(dāng)量,%;CM=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/(5+Ni+Cu)/15(46)45鋼回火后硬度回歸方程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。鋼的力學(xué)性能的換算切削性能M=0.087HBt0.8D1.8(50)T=0.195HBt0.8D1.8+0.0022HBD2(51)M是扭矩，T是軸向推力，t是進(jìn)給量，D為鉆頭直徑，HB是布氏硬度?？估瓘?qiáng)度b(9.8XMPa)與布氏硬度HB普通碳鋼及合金鋼52)b1/3HB3.2HRC=2.1HS鑄鐵 TOC o 1-5 h z (Tb=(.03

17、00.40)HB(53)灰口鑄鐵(rb=1/6(HB-40)(54)屈服極限(Ts(MPa與抗拉強(qiáng)度(Tb(MPa退火狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼(rs=(0.550.65)(rb(55)調(diào)質(zhì)狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼(rs=(0.750.0.85)(rb(56)對(duì)稱彎曲疲勞極限(7-1(MPa與抗拉強(qiáng)度。b(MPa碳鋼(奧金格公式)(t-i=(0.490.13)(rb,(rb1200MPa(58)鑄鐵(莫爾公式)(t-i=0.35(Tb+2.0(59)9.5對(duì)稱拉壓疲勞極限er-ip(MPa與對(duì)稱彎曲疲勞極限6-1(MPa(60)普通鋼=0.85(t-i鑄鐵 TOC o 1-5 h z (t-ip=0.65(t-i(61)剪

18、切強(qiáng)度Fb(MPa與抗拉強(qiáng)度bb(MPa退火鋼及碳鋼rb=(0.500.60)(rb,(Tb400(67)(trh=290(HB-30),HB400(68)鋼的硬度換算CHS-15(69)HB,HB450(70)q1/10HB+12(71)q10HC,HB=20O600(72)10由鋼的化學(xué)成分估算力學(xué)性能求屈服比(屈服極限(7s/抗拉強(qiáng)度crb)(1)油夜淬火調(diào)質(zhì)6s/(rb(%)(ts/(Tb=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(73)式中，金屬元素重量百分?jǐn)?shù)()適用范圍：Si01.8%,Mme1.1%,Cr1.8%,Mo0.5%,Ni5%,V0.25%。材料適用直徑在

19、150200mmm(2)空氣淬火調(diào)質(zhì)鋼(Ts/6b(%) TOC o 1-5 h z (ts/(Tb=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V(74)求抗拉強(qiáng)度(Tb(9.8xMPa)(1)調(diào)質(zhì)鋼(Tb=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V(75)適用C0.9%,Si1.8%,Mnc1.1%,Cr1.8%,Ni5%,V2%。(2)普通正火及退火鋼(rb=20+100C(76)熱軋鋼(Tb=27+56C(77)鍛鋼(Tb=27+50C(78)鑄鐵(Tb=27+48C(79)式中，CM-鋼的碳當(dāng)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)壓延狀態(tài)及正火高張力鋼(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由鋼的顯微組織估算力學(xué)性能空冷a-Fe的力學(xué)性能(1)抗拉強(qiáng)度 TOC o 1-5 h z (rb=300MPa(83)(2)延伸率6=40%(84)布氏硬度HB=90(85)亞共析鋼(退火狀態(tài))的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度(MPa)(Tb=300(a-Fe%)+1000(P%)=300(1-C/0.83)+1000(C/0.83)(86)式中，a-Fe%,P%-分別表示亞共析鋼中的a-Fe,P組織體積百分?jǐn)?shù)。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)空冷珠光體(0.83%C)的力學(xué)性能(1)抗拉強(qiáng)度(rb=1000MPa(89)(2)延伸率6=15%(90)布氏硬度HB=280(91)CCT、TTT相圖的計(jì)算孕育期公式為：