鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式

1、鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式參考文獻(xiàn)：黃春峰.鋼的力學(xué)性能及熱處理工藝經(jīng)驗(yàn)公式J. 金屬熱處理.1998，（4）：12-171 鋼的熱處理1.1 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);D使工件有效厚度（mm）；K是加熱時(shí)間系數(shù)（s/mm）。K值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。表1 K值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加熱設(shè)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(diǎn)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=A

2、Cm+（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(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 ·D(經(jīng)一次預(yù)熱) （8） t=(a+b+c)· K ·D(經(jīng)二次預(yù)熱) （9） 式中t加熱時(shí)間（min）；a 到達(dá)淬火溫度的加熱系數(shù)（min/mm）；b 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裝爐修正系數(shù)；D-工件的有效厚度（

3、mm）。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；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100150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)t030111.11.0t030111.32.0t030111.51.3

4、t030111.71.01.4 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(shí)間對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工件有效尺寸；（mm）；a加熱系數(shù)（min/mm）；b附加時(shí)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

5、.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(guān)系式很早就有人研究，其經(jīng)驗(yàn)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,x>30,k =11；x30,k=12。 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20040O范圍：HV=640-(T-20)×1

6、.05+(lgt-1.28)×366+( T-200)(lgt-1.28)×0.036 （15）(2)在400600范圍: HV=17.2×103/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(shí)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(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。2 鋼的熱處理相變點(diǎn)及再結(jié)晶溫度的計(jì)算2.1 AC1和AC3溫度的經(jīng)驗(yàn)公式AC1和AC3 分別表示在加熱過程中組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W

7、氏體時(shí)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(shè)計(jì)都具有重要意義。因此，對AC1和AC3的預(yù)測具有較大的理論和應(yīng)用價(jià)值。Andrews搜集了英，德，法，美等國家的資料通過對大量試驗(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AC1和AC3溫度的經(jīng)驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，wt%，下同) ，適用鋼的成分范圍為： 0.

8、6C, 4.9Mn, 5Cr , 5Ni , 5.4Mo。公式(1)(2)表達(dá)了鋼的AC1和AC3與化學(xué)成分之間的關(guān)系，其優(yōu)點(diǎn)是形式簡明、直觀，便于應(yīng)用。2.2 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-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

9、.11%Si 1.89% ,0Ni5.04%,0Cr4.61% ,0Mo5.4%。注意 ,上述 Ms點(diǎn)的計(jì)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(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-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(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-(215±15) (23) Mf=(90%M)=M

10、s-(103±12) (24) Mf=(50%M)=Ms-(47±9) (25)Mf=(10%M)=Ms-(10±3) (26)2.4 貝氏體組織開始轉(zhuǎn)變的溫Bs() Bs=830-270C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo (27)2.5 鋼的再結(jié)晶溫度TR(K) TR=0.4Tm (28)式中: Tm鋼的熔點(diǎn)溫度,K。3 鋼在空氣爐中加熱時(shí)間(考慮節(jié)能)的計(jì)算3.1 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=(/D<1/4)=1/41/5,k厚壁管(/D>

11、;1/ 4) = 1/21/4 ; w形狀特征尺寸,直徑、板厚或壁厚,mm。3.2 按實(shí)際裝爐量確定加熱時(shí)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(jì)算4.1 鋼在油中淬火時(shí)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(shí)間×加熱溫度,此處加熱時(shí)間為1h)。4.2 鋼在油中淬火時(shí)心部得到貝氏體的臨界冷卻速度B(/h)logB=10.17-3.80C+

12、1.07Mn+0.70Ni+0.57Cr+1.58Mo+0.0032PA (32)4.3 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(shí)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

13、+Cr+Mo5.0%。5 鋼的淬火冷卻時(shí)間的計(jì)算5.1 鋼預(yù)冷淬火時(shí)空氣預(yù)冷時(shí)間ty(s) ty=12+(34)D (35)式中:D淬火工件危險(xiǎn)截面厚度,mm。5.2 鋼Ms 點(diǎn)上分級冷卻時(shí)間tf(s) tf=30+5D （36）6 鋼的淬火硬度的計(jì)算6.1 鋼終端淬火試驗(yàn)時(shí),距試樣頂端440 mm范圍內(nèi)各點(diǎn)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

14、淬火鋼獲得90%馬氏體時(shí)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(shí)的硬度Hl(HRC) Hl=24+40C (39)6.4 鋼淬火組織為馬氏體時(shí)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(shí)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+53

15、Si+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(jì)算7.1 鋼淬火組織為馬氏體時(shí)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(shí)間,此處加熱時(shí)間為1h)。7.2 鋼淬火組織為貝氏體時(shí)的回火硬度HVB HVB=262+162C-349Si-64Mn-6N

16、i-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(dāng)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-(l

17、ogt-1.28)36.6 +(T-200)(logt- 1.28)0.0036 (47)20T400HV=17.2×104/T-(logt-1.28)29.4 -(T-400)(logt-1.28)0.014 (48)400T600式中: t回火時(shí)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,x>30,k=11;x30,k=12。9 鋼的力學(xué)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

18、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。9.2 抗拉強(qiáng)度b(9.8×MPa)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(qiáng)度b（MPa）(1.1) 退火狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼 s=（0.550.65）b (55)(1.2) 調(diào)質(zhì)狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼 s=（0.750.0.85）b (56)9.4 對稱彎曲疲勞極限-1（MPa）與抗拉強(qiáng)度b（MPa）(1.1)碳鋼（奧金格公式） -1=(0.49

19、7;0.13)b，b<1200MPa (57)(1.2)合金鋼（茹科夫公式）-1=0.35b+12.2，b>1200MPa (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(qiáng)度b（MPa）與抗拉強(qiáng)度b（MPa）(1.1)退火鋼及碳鋼b=（0.500.60）b，b<700MPa (62)(1.2)中高強(qiáng)度鋼b=（0.600.65）b，b=8001200MPa (63)(1.3)生鐵b

20、=（0.800.10）b (64)9.7 對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限-1（MPa）與對稱彎曲疲勞極限-1(1.1)普通鋼-1=0.55-1 (65)(1.2)鑄鐵-1=0.80-1 (66)9.8 解除疲勞極限RH(MPa) 與布氏硬度（HB）(應(yīng)力循環(huán)基數(shù)為107)(1.1) RH=280(HB-25),HB>400 (67)(1.2) RH=290(HB-30),HB<400 (68) 9.9 鋼的硬度換算(1.1)HRCHS-15 (69) (1.2)HVHB,HB<450 (70) (1.3)HS1/10HB+12 (71) (1.4)HB10HC,HB=200600 (72)

21、10 由鋼的化學(xué)成分估算力學(xué)性能10.1 求屈服比（屈服極限s/抗拉強(qiáng)度b）(1)油夜淬火調(diào)質(zhì)s/b()s/b=55+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V (73)式中，金屬元素重量百分?jǐn)?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(diào)質(zhì)鋼s/b()s/b=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V (74)10.2 求抗拉強(qiáng)度b（9.8×MPa ） (1)調(diào)質(zhì)鋼b=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30Mn+6Ni+2W+60V (75)

22、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(dāng)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=3.5±(61CM+24.3) (81)CM=C+1/5Mn+1/7Si+1/7Cu+1/2Mo+1/9Cr+1/2V+1/20Ni (8

23、2)11 由鋼的顯微組織估算力學(xué)性能11.1 空冷a-Fe的力學(xué)性能(1)抗拉強(qiáng)度b=300MPa (83)(2)延伸率=40 (84)(3)布氏硬度HB=90 (85)11.2 亞共析鋼（退火狀態(tài)）的力學(xué)性能(1)抗拉強(qiáng)度(MPa)b=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)。(2)延伸率()=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 空冷珠光體(0.83C)的力學(xué)性能

24、(1)抗拉強(qiáng)度b=1000MPa (89)(2)延伸率=15 (90)(3)布氏硬度HB=280 (91)表4 Bs點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)公式Table 4 Empirical equation of Bs研究者年份Bs Steven101956Bodnar111989Zhao121992Zhao132000軋制過程中，需在未結(jié)晶溫度之上發(fā)生一定程度的變形，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)鸟Y豫或者熱處理，再進(jìn)行第二階段的變形。鋼的未再結(jié)晶溫度的計(jì)算公式為7：參考文獻(xiàn)1 翁宇慶. 超細(xì)晶鋼理論及技術(shù)進(jìn)展 J. 鋼鐵, 2005, 40(3):1-8.2 翁宇慶. 超細(xì)晶鋼鋼的組織細(xì)化理論與控制技術(shù) M.北京, 2003.3 Ho

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