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鋼的熱處理工藝設計經驗公式

01

鋼的熱處理

1.1正火加熱時間

t=KD

t

加熱時間

D

工件有效厚度(mm)

K

加熱時間系數(s/mm)

K值的經驗數據

加熱設備

加熱溫度(℃)

碳素鋼K/(S/mm)

合金鋼K(S/mm)

箱式爐

800~950

50~60

60~70

鹽浴爐

800~950

12~25

20~30

1.2正火加熱溫度

根據鋼的相變臨界點選擇正火加熱溫度

低碳鋼

T=Ac3 (100~150℃)

中碳鋼

T=Ac3 (50~100℃)

高碳鋼

T=Ac3 (30~50℃)

亞共析剛

T=Ac3 (30~80℃)

共析鋼及過共析鋼

T=ACM (30~50℃)

1.3淬火加熱時間

t=a×K×D（不經預熱）

t=(a b)×K×D（經一次預熱）

t=(a b c)×K×D（經二次預熱）

t

加熱時間(min)

a

到達淬火溫度的加熱系數(min/mm)

b

到達預熱溫度的加熱系數(min/mm)

c

到達二次預熱溫度的加熱系數(min/mm)

K

裝爐修正系數

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1～1.5min/mm；b為1.5～2min/mm(高速鋼及合金鋼一次預熱a=0.5～0.3；b=2.5～3.6；二次預熱a=0.5～0.3；b=1.5～2.5；c=0.8～1.1)，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100～150℃時，系數a約為1.5～20s/mm，系數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1/5(經預熱)至1/3(不經預熱)左右。

工件裝爐修正系數K

工件裝爐方式

修正系數

t030111.1

1.0

t030111.3

2.0

t030111.5

1.3

t030111.7

1.0

1.4淬火加熱溫度

亞共析鋼的淬火加熱溫度

Ac3 (30~50℃)

共析和過共析鋼

Ac1 (30~50℃)

合金鋼的淬火加熱溫度

Ac1（或Ac3） (50~100℃)

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

t=aD b

t

回火保溫時間(min)

D

工件有效尺寸(mm)

a

加熱系數(min/mm)

b

附加時間，一般為10~20min

鹽浴的加熱系數為0.5~0.8min/mm；

鉛浴的加熱系數為0.3~0.5min/mm;

井式回火電爐（RJJ系列回火電爐）加熱系數為1.0~1.5min/mm

箱式電爐加熱系數為2~2.5min/mm

1.6回火加熱溫度

T=200 k(60-x)

x

回火後硬度值(HRC)

k

待定系數，對于45鋼，x＞30，k=11

大量試驗表明，當鋼的回火參數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，按傳統經驗式确定回火參數僅在标準态(回火1h)時方可使用，實際生産應用受到限制。

為了解決上述問題，将有關因素均定量表達，文獻中導出如下回火公式:

(1) 在200~400℃範圍：

HV=640-(T-20)×1.05 (lgt-1.28)×366 (T-200)(lgt-1.28)×0.036

(2) 在400~600℃範圍：

HV=17.2×10³/T-(lgt-1.28)×29.4-(T-400)(lgt-1.28)×0.023

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的影響，定量地表達了不同溫度區間回火硬度的變化特征。

02

鋼的淬火冷卻時間計算

鋼預冷淬火時空氣預冷時間ty(s)

ty=12 (3~4)D

D

淬火工件危險截面厚度(mm)

鋼Ms點上分級冷卻時間tf(s)

tf=30 5D

03

鋼的淬火硬度的計算

鋼終端淬火試驗時，距試樣頂端4~40mm範圍内各點硬度H4~40(HRC)

H_4~40=88C^1/2-0.0135E²C^1/2 19Cr^1/2 6.3Ni^1/2 16Mn^1/2 35Mo^1/2 5Si^1/2-0.82G-20E^1/2 2.11E-2

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%馬氏體時的硬度Hh(HRC)

Hh=30 50C

鋼的臨界淬火硬度，即淬火鋼獲得50%馬氏體時的硬度H1(HRC)

H1=24 40C

鋼淬火組織為馬氏體時的硬度HVM

HVM=127 949C 27Si 11Mn 8Ni 16Cr 21logvM

鋼淬火組織為貝氏體時的硬度HVB

HVB=-323 185C 330Si 153Mn 65Ni 144Cr 191Mo logv B(89 54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)

鋼淬火組織為珠光體-鐵素體的硬度HVPF

HVPF=42 223C 53Si 30Mn 13Ni 7Cr 19Mo logv PF(10-19Si 4Ni 8Cr 130V)

04

鋼回火後硬度的計算

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)

PB

回火參數（回火溫度×回火時間），此處加熱時間為1h

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)

鋼回火後硬度回歸方程

HRC=75.5-0.094T 0.66CM

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

45鋼回火後硬度回歸方程

HV=640-(T-200)1.05-(logt-1.28)36.6 (T-200)(logt-1.28)0.0036

20≤T≤400

HV=17.2×10⁴/T-(logt-1.28)29.4-(T-400)(logt-1.28)0.014

400≤T≤600

t

回火時間(min)

05

鋼的回火溫度的估算（使用于碳素鋼）

T=200 k(60-x)

x

回火後硬度值(HRC)

k

待定系數，對于45鋼，x＞30,k=11;x≤30,k=12

06

由鋼的化學成分估算力學性能

6.1求屈服比（屈服極限σs/抗拉強度σb）

油液淬火調質σs/σb(%)

σs/σb=55 3Si 4Mn 8Cr 10Mo 3Ni 20V

Si≤1.8%,Mn≤1.1%,Cr≤1.8%,Mo≤0.5%,Ni≤5%,V≤0.25%

材料适用直徑在φ150~200mm

空氣淬火調質鋼σs/σb(%)

σs/σb=48 3Si 4Mn 8Cr 10Mn 3Ni 20V

6.2求抗拉強度σb(9.8×MPa)

調質鋼

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%

普通正火及退火鋼

σb =20 100C_M

熱軋鋼

σb=27 56C_M

鍛鋼

σb=27 50C_M

鑄鐵

σb=27 48C_M

C_M

鋼的碳當量

C_M=[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

機加工常用計算公式

術語和單位

Dm

加工直徑(mm)

Vc

切削速度(m/min)

n

主軸轉速(r/min)

Tc

加工時間(min)

Qz

金屬去除量(cm³/min)

Im

加工長度(mm)

Pc

有效功率(kW)

Kc0.4

切削厚度為0.4mm時的單位切削力(N/mm²)

fn

每轉進給量(mm/r)

kr

主偏角（度）

Rmax

表面粗糙度(μm)

rε

刀片刀尖半徑(mm)

ap

切削深度(mm)

公式

切削速度(m/min)

Vc=π×Dm×n/10³

主軸轉速(r/min)

n=vc×10³/(π×Dm)

金屬去除量(cm³/min)

Qz=vc×ap×fn

所需功率(kW)

Pc=vc×ap×fn×kc0.4/60×10³(0.4/fn×sin kr)0.29

加工時間(min)

Tc=Im/fn×n

表面粗糙度(μm)

Rmax=fn2/ rε×125

刀尖R補償公式

Z=R-R*tan(a/2)

X=Z*tan(a)

01

常用車削加工計算公式

● 切削線速度Vc（m/min）

D_m：加工直徑，單位(mm)

n：主軸轉速，單位(rpm)

● 主軸轉速 n （rpm）

Vc：切削線速度，單位（m/min）

D_m：加工直徑，單位(mm)

● 金屬去除率 Q （cm3/min）

Vc：切削線速度，單位（m/min）

a_p：切深（吃刀量），單位（mm）

f_n：每轉進給量，單位（mm/r）

● 淨功率 Pc （kW）

Vc：切削線速度，單位（m/min）

a_p：切深（吃刀量），單位（mm）

f_n：每轉進給量，單位（mm/r）

● 加工時間 Tc （min）

I_m：加工長度，單位（mm）

f_n：每轉進給量，單位（mm/r）

n：主軸轉速，單位(rpm)

● 特定切削力 Kc（N/mm2）

k_c1：特定切削力，适用于h_m= 1 mm

h_m：平均切屑厚度，單位（mm)

m_c：實際校正系數h_m

γ₀：切屑前角

02

常用銑削加工計算公式

03

常用孔加工計算公式

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