经验公式确定钢热处理温度知识交流x

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（mrh；

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?950

50 ?60

60 ?70

盐浴炉

800?950

15 ?25

20 ?30

1.2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=Ao+ （100?150C）

(2)

中碳钢：t=Ao+ (50?100C)

(3)

高碳钢：t=A+ (30?50 C)

(4)

亚共析钢：T=Ao+ （30?80 C）

（5）

共析钢及过共析钢：T=Am+ （30?50 C）

（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 D1 （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）；

a—到达淬火温度的加热系数（min/mm）;

b—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—装炉修正系数；

D1--工件的有效厚度（mrh。

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°C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

修正系数1.02.01.3工件装炉方式

修正系数

1.0

2.0

1.3

t030111.1

t030111.3

t030111.5

1.0

1.4淬火加热温度

按常规工艺，

亚共析钢的淬火加热温度为 Ao+（ 30?50C）；

（10）

共析和过共析钢为Ag+（ 30?50C）；

（11）

合金钢的淬火加热温度常选用 AC1 （或Aq） + （ 50?100C）

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；（mr）；

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。

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200?40OC范围：

HV=640-(T-20) X1.05+(lgt-1.28) X366+( T-200)(lgt-1.28) X0.036 (15)

⑵在400?600C范围：

HV=17.2X103/T-(1gt 一 1.28) X29.4-(T-400)(lgt-1.28) X0.023

(16)

式中T--回火温度C

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。

2钢的热处理相变点及再结晶温度的计算

2.1 A ci和A33温度的经验公式

Aci和AC3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，对阳和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Aci和Ac3温度的经验公式：

MC )=910 - 203C 1/ 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：

< 0.6C, <4.9Mn, <5Cr , < 5Ni , <5.4Mo。公式(1)?⑵ 表达了钢的 Ac1

和AC3与化学成分之间的关系，其优点是形式简明、直观，便于应用。

2.2钢奥氏体化后冷却时，奥氏体开始转变为马氏体的温度 Ms(C)

TOC \o "1-5" \h \z Ms=550-350C-40M n-35V-20Cr-17Ni-Cu-10Mo-5W+15Co+30Al+0Si (19)

Ms=561-474C-33 Mn-17Cr-17Ni-21Mo (20)

式(19),(20)适用于中低碳钢。

Ms=539-423C-30.4 Mn-17.7Ni-12.1Cr-7.5Mo (21)

式(21)适用于 0.11%< C< 0.60%,0.04%< Mn <4.8%,0.11%< Si < 1.89% ,

0< Ni < 5.04%,0< Cr< 4.61% ,0 < MoC 5.4%。

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 n)+28(0.47-S)

TOC \o "1-5" \h \z +1677(0.068-C-Ni)-17.8 (22)

式(22)适用于SUS类不锈钢(日本)。

2.3奥氏体转变为马氏体(M)的终了温度Mf「C )

Mf点根据不同的马氏体转变量的计算公式：

Mf=(100%M)=Ms-(215 ±15) (23)

Mf=(90%M)=Ms-(103 ±12) (24)

Mf=(50%M)=Ms-(47 ±9) (25)

Mf=(10%M)=Ms-(10±3) (26)

2.4贝氏体组织开始转变的温 Bs( C)

Bs=830-270C-90M n-37Ni-70Cr-83Mo (27)

2.5钢的再结晶温度TR(K)

TR=0.4Tm (28)

式中：Tm —钢的熔点温度，K。

3钢在空气炉中加热时间(考虑节能)的计算

3.1按工件形状确定加热时间t(mi n)

t = kiw (29)

式中:ki —形状系数,k圆柱=1/6?1/9,k板=1/3?1/6,

k 薄壁管=(8/D<1/4)=1/4 ?1/5,k 厚壁管(8/D>1/ 4) = 1/2 ?1/4 ;

w —形状特征尺寸，直径、板厚或壁厚,mm

3.2按实际装炉量确定加热时间t(mi n)

(30)t=(0.6 ?0.8)刀 Gw

(30)

式中：刀Gw—装炉工件总重量，kg。

　式(30)适用于45kW箱式电炉加热。

4钢的临界冷却速度的计算

4.1钢在油中淬火时心部得到马氏体的临界冷却速度v M(°C /h)

TOC \o "1-5" \h \z log vM=9.81-4.62C+1.10Mn+0.54Ni+0.50Cr+0.60Mo+0.00183PA (31)

式中:PA —奥氏体化参数(加热时间x加热温度，此处加热时间为1h)。

4.2钢在油中淬火时心部得到贝氏体的临界冷却速度v B( C /h)

log vB=10.17-3.80C+1.07Mn+0.70Ni+0.57Cr+1.58Mo+0.0032PA (32)

4.3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)

log vPF=6.36-0.43C+0.49Mn+0.78Ni+0.26Cr+0.38Mo+0.0019PA (33)

4.4钢在油中淬火时心部得到 50^马氏体+50%5氏体的临界冷却速度 v50MB(C /h)

log v50MB=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%,MrK 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)

(35)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?40 mm范围内各点硬度H4?40 (HRC)

H4 ?40=88C1/2-0.0135E2C1/2+19C 严+6.3Ni 1/2+16M『2+35M0/2

TOC \o "1-5" \h \z +5Si1/2 -0.82G-20E 1/2 +2.11E-2 (37)

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HI(HRC)

Hl=24+40C (39)

6.4钢淬火组织为马氏体时的硬度HVM

HVM=127+949C+27Si+11M n+8Ni+16Cr+21loM (40)

6.5钢淬火组织为贝氏体时的硬度HVB

HVB=-323+185C+330Si+153 Mn+65Ni+144Cr+191Mo

+log vB(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HVPF

HVPF=42+223C+53Si+30M n+13Ni+7C r+19Mo

+log vPF(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 HVM

TOC \o "1-5" \h \z HVM=-74-434C-368Si+15M n+37Ni+17Cr-335Mo-2235V +(103/PB)(260+616C+321Si-21M n-35Ni-11Cr+352Mo-2345V) (43)

式中：PB —回火参数(回火温度X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HVB

HVB=262+162C-349Si-64 Mn-6Ni-186Cr-485Mo-857+

(10 3/PB)(-149+43C+336Si+79M n+16Ni+196Cr+498Mo+1094V) (44)

式(42) , (43) 适用条件:C< 0.83% ,Mn < 2.0%,Si < 1.0%,Cr < 2.0%,

Mg 1.0%,Ni < 3.0%,V< 0.5%,Mn+Ni+Cr+MoC 5.0%。

7.3钢回火后硬度回归方程

HRC=75.5-0.094T+0.66CM (45)

式中：T—回火温度，C;

CM —钢的含碳量或碳当量，％;

CM=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5(Ni+Cu) /15

(46)

7.4 45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)

20C TC 400

4

HV=17.2X10 /T-(logt-1.28)29.4 -(T-400)(logt-1.28)0.014 (48)

400C TC 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=0.087HBf8D.8

(50)

T=0.195HBt°.8D.8+0.0022HBD

(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(9.8X MPa)与布氏硬度HB

普通碳钢及合金钢

ob~ 1/3HB" 3.2HRC=2.1HS

(52)

铸铁

TOC \o "1-5" \h \z ob=(.030 ?0.40)HB (53)

灰口铸铁

ob=1/6(HB-40) (54)

屈服极限cs (MPa与抗拉强度c b (MPa

退火状态结构钢

cs= (0.55 ?0.65) Cb (55)

调质状态结构钢

cs= (0.75 ?0.0.85 ) Cb (56)

对称弯曲疲劳极限C -1 (MPa与抗拉强度C b (MPa

碳钢(奥金格公式)

TOC \o "1-5" \h \z q=(0.49 ±0.13) cb,ob<1200MPa (57)

合金钢(茹科夫公式)

o-i=0.35 ob+12.2 ,ob>1200MPa (58)

铸铁(莫尔公式)

o-i=0.35 ob+2.0 (59)

9.5对称拉压疲劳极限c -ip ( MPa与对称弯曲疲劳极限c -i ( MPa

普通钢

(60)cip=0.85 C1

(60)

铸铁

TOC \o "1-5" \h \z c1p=0.65 C1 (61)

9.6 剪切强度rb (MPa与抗拉强度c b (MPa

退火钢及碳钢

Ib= (0.50 ?0.60) Cb,Cb<700MPa (62)

中高强度钢

Ib= (0.60 ?0.65) Cb,Cb=800?1200MPa (63)

生铁

Ib= (0.80 ?0.10) Cb (64)

9.7对称扭转疲劳极限r -1 (MPa与对称弯曲疲劳极限C -1

普通钢

P1=0.55 c1 (65)

铸铁

P1=0.80 c1 (66)

9.8解除疲劳极限c Rh（MPa）与布氏硬度（HB （应力循环基数为107）

TOC \o "1-5" \h \z c尸280(HB-25),HB>400 (67)

orh=290(HB-30),HB<400 (68)

9.9钢的硬度换算

HRC ?HS-15 (69)

HV ?HB,HB<450 (70)

HS ?1/10HB+12 (71)

HB ?10HC,HB=20~600 (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c s/抗拉强度cb)

油夜淬火调质c s/ ob( % )

cs/ ob=55+3Si+4Mn+8C叶10Mo+3Ni+20V (73)

式中，金属元素重量百分数(％)适用范围：

Si < 1.8 %, MrK 1.1 %, Cr< 1.8 %, Mo< 0.5 %, Ni < 5%, V< 0.25 %。材 料适用直径在①150?200mm。

空气淬火调质钢c s/ ob( %)

cs/ ob=48+3Si+4Mn+8Cr+10Mo+3Ni+20V (74)

10.2 求抗拉强度cb (9.8 XMPa )

调质钢

ob=100C-100(C-0.40)/3+100Si/10+100Mo/4+30 Mn+6Ni+2W+60V (75)

适用 C< 0.9 %, Si < 1.8 %, Mnc 1.1 %, Cr < 1.8 %, Ni < 5%, V< 2%。

(2)普通正火及退火钢

ob=20+100CM

⑶热轧钢

ob=27+56CM

⑷锻钢

(76)

(77)

ob=27+50CM

(78)

(5)铸铁

ob=27+48CM

(79)

式中，CM---钢的碳当量

G=[1+0.5(C-0.20)]C+0.15Si+[0.125+0.25(C+0.20)M n]

+[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

ob=3.5 ±(61Cm+24.3)

(81)

G=C+1/5 Mn+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

抗拉强度

ob=300MPa (83)

延伸率

8=40% (84)

布氏硬度

HB=90 (85)

11.2亚共析钢(退火状态)的力学性能

⑴抗拉强度(MPa)

ob=300(a-Fe % )+1000(P %)

(86)=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。

⑵延伸率(%)

TOC \o "1-5" \h \z §=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)

11.3空冷珠光体(0.83% C)的力学性能

抗拉强度

ob=1000MPa (89)

延伸率

8=15% (90)

布氏硬度

HB=280 (91)

CCT、TTT相图的计算

孕育期公式为：

(X,T)1?2(g 1)/2

(X,T)

1

?2(g 1)/2 d t q

X dX

2(1 X)/3

(1

X)2X/3

(131)

式中：G为ASME晶粒度：B为修正系数：D为实际的扩散系数：△ T为过冷度

系数，它是由实际的扩散机制所确定的实验指数： X是转变量：T是转变温

度： 是孕育期

对于马氏体：

Ms 561 474C 33Mn 17Cr 21M632)

对于铁素体：

910 320C AO(C% 0.4) ( 1.3.3)

A3

782 150(C 0.4) A0(C% 0.4)

式中：

Ao 14Ni 12Cu 10Mn 5Cr 7W 14Mo(5V.4)18Si

59.6Mn 1.45Ni 66.7Cr 24.4Mo f ? I (1.3.5)

?2(g 1)/2( T)3exp( 23500/RT)

对于珠光体：

A1 723 26Si 20Cr 8W 16Mo 55V

A1 723 26Si 20Cr 8W 16Mo 55V

14Cu 18Ni

(1

12Mn

.3.6)

1.79 5.42(Cr Mo 4Mo?Ni)

?2(G 1)/2?( T)3

?2(G 1)/2

?( T)3

1

(exp( 27500/RT)

0.01Cr 0.52Mo

exp( 37000/RT)

(1.3.

)?I 7)

对于贝氏体:

Tbs

Tbs 656 58C 35Mn

75Si 15Ni 34Cr (41M)

(1.3.9)

(2.34 10.1C 3.8Cr 19Mo)?104?〔

Ms?2§6T2(474c2 eXP3Mn75100CiRT21Mo(仁.10)

上述式中:

(1.3.11)X

(1.3.11)

0 x2(1 X)/3(1 ~~x)2X/3

x exp X2(1.9C02.5 Mn 0.9Ni 1.7Cr

x exp X2(1.9C

0

2.5 Mn 0.9Ni 1.7Cr

2(1 X)/3

2X/3

4Mo 2.6)

(1313)

Ms 561 474C 33Mn 17Cr 21Mo

(1.3.12

)

合金元素为重量百分比含量