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制造工艺

钢的热处理工艺设计

中国航空燃气涡轮研究所(四川江油·621703)黄春峰

摘要介绍钢的热处理工艺设计的原则与方法，给出常用钢材的热处理回火方程以及新钢种热处理工

艺参数的计算经验公式。以供机械零件的技术设计和制定热处理工艺规范时参考。

关键词：金属热处理淬火回火冷却介质

一、常用钢的热处理工艺设计(方法I)

常用钢已经实现了批量生产，原材料的生产工艺质量日趋稳定，并获得了大量的热工参数和可靠的理论依据，为正确实施热处理常规工艺方法(如淬火、回火)创造了条件。

钢的淬火、回火是发挥钢的力学性能的重要工艺方法，其工艺参数主要有：淬火温度与保温时间、冷却介质、回火温度与保温时间。

一般情况下：淬火温度主要依据钢的临界温度Ae或Aa来确定的，即亚共析钢淬火温度(C)=Ae?+(30

~50℃)或共析与过共析钢淬火温度(C)=Aci+(40

~60℃);淬火加热保温时间，则与工件有效截面、原始组织状况和装炉量等因素有关，以不产生加热缺陷、充分奥氏体化为原则。

常用钢回火温度选择，是依据技术设计时所提出的力学性能要求来确定的，可以用回火方程(经验公式)来计算。通常，机械零件热处理之后，作为主要的综合力学性能检验指标就是回火所得的硬度值(H),它主要取决于回火参数P[回火温度(T)×回火时间(t)],它们之间存在着一定的函数关系，即

H=f(P)=f(T,t)(1)

当t为定值时，H与T的函数关系可划分为四种类型(H与T互为反函数):①直线型；②抛物线型；③幂函数型；④直线与幂函数或抛物线与幂函数的复合型。因后二种类型在使用时，计算和作图都极为不便，故大多数情况下都可简化成直线型或抛物线型，用回火方程表示为：

H=a?+k?7(2)

H?=a?+k?T2(3)式中a?、a?、k?、k?——待定系数

依据实际工艺试验和有关参考文献的数据，运用数理统计技术计算和修正，得到表1所列常用钢材的回火方程。回火方程实用性强，其对于机械零件金属材料的选择力学性能潜力的发挥，有关技术指标的制定以及产品质量的提高等方面都有所裨益。金属材料回火方程的建立，是获得金属材料热处理柔性系统数据

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库的首要前期工作之一。

回火方程在使用中应注意到以下几点：

(1)钢材原材料化学成份及力学性能应符合国家技术标准(GB、YB等),最大外径(或有效截面积)接近或小于淬火临界直径。

(2)在淬火温度、回火时间为定值和限定的回火温度范围内(未注明回火温度范围的均为180℃≤T≤650C)的条件下，回火方程仅适用于常规淬火回火工艺。不可用于复合热处理、形变热处理、亚温淬火等新工艺(现在正在建立)。

(3)钢材按要求进行预备热处理，除高速钢外，一般仅进行一次回火工序。

(4)在热处理过程中，还应选择正确的淬火介质，使冷却能力满足工艺要求。

(5)考虑到随机因素的影响，钢材热处理后，回火实际温度和硬度与计算所得数据允许有≤±5%的误差。

二、新钢种热处理的工艺设计(方法Ⅱ)

为满足机械零件越来越高的力学性能要求，新研制和引进的钢种日益增多，由于种种原因，实际生产厂家不可能及时获得钢的有关资料和数据，给热处理工艺编制和设计带来困难。

解决的办法之一，是进行必要的工艺试验，但这不仅要消耗大量的经费和时间，而且计算的工作量较大。还需精密的试验设备和仪器。这对从事单件、小批量生产的单位是难以办到的。

解决的办法之二可在新钢种的有关资料和数据缺乏的条件下，仅需通过理化分析得到新钢种的化学成份，运用冶金热处理工作者试验导出的实用性经验公式，就可计算出各种热处理工艺参数，完成新钢种的热处理工艺设计。

1.钢的Aei、Ac点的计算

Ae?、Ac?是正确选择淬火温度的关键和基本条件。

Ae(℃)=723+25Si-7Mn+15Cr-15Ni+30W

+40Mo+50V(4)

Ae?(