回火工艺参数的确定方法

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-48还画出了没有完全淬成马氏体的组织回火后硬度与回火参数的关系。图3-48回火温度与时间对不同淬火硬度的45钢回火硬度的影响图3-48下面部分，作为用图解法由回火温度与回火时间求得M参数之用。当淬火后硬度低于规定值下限时，如果允许，则回火温度应适当降低；对于生产批量较大的工件，通常需要通过工艺试验来确定回火温度。

1.回火温度

淬火钢回火后的力学性能，常以硬度来衡量。因为对同种钢来说，在淬火后组织状态相同的情况下，如果回火后的硬度相同，则其他力学性能指标(σb、σs、ψ、ak)基本上也相同，而在生产上测量硬度又很方便。因此，生产中通常按回火硬度来选择回火温度。常用的方法有以下几种。

1)计算＋图解法

利用回火特性来计算回火温度以及回火时间。

图3-46为wC＝0.98%钢不同回火温度和回火时间对硬度的影响。由图可见，在回火初期，硬度下降很快，但回火时间增加至1h后，硬度继续下降，但下降的幅度很小，由此可见，淬火钢回火后的硬度主要取决于回火温度。

根据图3-46的规律，可以把温度和时间的综合影响归纳为一参数M表示，即

式中 T——回火温度，K；

τ——回火时间，s或h；

C——与碳含量有关的常数，一般随着碳含量增加，C值减小。

图3-47为常数C与碳含量关系图。

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图3-46　回火温度和时间对淬火钢回火后硬度的影响(wC=0.98%)

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图3-47　参数M中常数C与碳含量的关系

不同钢种都可以得出淬火回火后硬度与M的关系曲线。根据此曲线，可按要求获得的硬度来确定参数M，从而确定回火规程。图3-48为45钢硬度与参数M的关系，其中虚线为淬成马氏体的钢回火后的硬度。图3-48还画出了没有完全淬成马氏体的组织回火后硬度与回火参数的关系。由图看到，淬火后硬度稍低于全淬成马氏体的组织的硬度曲线，在M值增大时高于淬成全马氏体的。这说明非马氏体组织回火时，其变化比马氏体慢。由此可以推断，在未完全淬透情况下，沿工件截面硬度差别随着回火温度的提高及回火时间的延长而逐渐减小。

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图3-48　回火温度与时间(即参数M)对不同淬火硬度的45钢回火硬度的影响

图3-48下面部分，作为用图解法由回火温度与回火时间求得M参数之用。例如，400℃回火1h，则可由下面的图中找到400℃温度线与1h的时间线交点，向上引垂线，与M参数即T(lgτ＋15)坐标相交即得；也可继续上引与对应淬火后某硬度值的硬度曲线相交，再引水平线与纵坐标相交，求得45钢在该条件下淬火回火的硬度值。

一般无二次硬化的合金钢的回火特性基本和碳钢类似，都可以用M参数来表征回火程度。但对具有二次硬化现象的钢则不同，不能简单地用M参数来表征回火程度。

2)查表法

经过长期生产经验数据的积累，已经制定许多钢材回火温度与硬度的对照表，可供制定工艺时使用。这些表在有关手册和资料中可以查到。

3)查图法

图3-49为共析碳钢的回火硬度与回火温度、时间的关系曲线。根据此曲线，即可确定回火温度和回火时间。

在实际中确定回火温度时，还应考虑各种影响因素，对回火温度进行调整。例如，同种钢，其化学成分(主要是碳含量)处于上限时，回火温度应偏高些；同一钢号，为获得同一硬度，水淬比油淬的回火温度要高些。当淬火后硬度低于规定值下限时，如果允许，则回火温度应适当降低；对于生产批量较大的工件，通常需要通过工艺试验来确定回火温度。

2.回火时间的确定

回火时间应包括按工件截面均匀地达到回火温度所需加热时间，以及按M参数达到要求回火硬度完成组织转变所需的时间，如果考虑内应力的消除，则应考虑不同回火温度下应力弛豫所需要的时间。

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图3-49　共析碳钢的回火硬度与回火温度、时间的关系曲线

(a)回火温度；(b)回火时间

加热至回火温度所需的时间，可按前述加热计算的方法进行计算。

对达到所要求的硬度需要回火时间的计算，从M参数出发，对不同钢种可得出不同的计算公式。例如，对50钢，回火后硬度与回火温度及时间的关系为

对40CrNiMo的关系为

式中 HRC——回火后所达到的硬度值；

τ——回火时间，h；

T—回火温度，℃。

若仅考虑透热及组织转变所需的时间，则常用钢的回火保温时间可参考表3-7确定。

表3-7　回火保温时间参数

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一般组织转变时间有30min即可，透热时间取决于温度、材料成分、工件的尺寸和形状、装炉量、加热方式等。回火温度高，回火时间则可短一些；合金钢的回火时间比碳钢要长些；工件尺寸和装炉量较大时，回火时间要长些；空气炉中回火比盐浴或油浴炉中时间长些；炉气强制对流比炉气静止的回火时间短一些。对二次硬化型高合金钢，其回火时间应根据碳化物转变过程通过试验确定。当含有较多残留奥氏体，而靠二次淬火消除时，还应确定回火次数。例如，W18Cr4V高速钢，为了使残留奥氏体充分转变成马氏体及消除残余应力，除了按二次硬化最佳温度回火，还需进行三次回火。

高合金渗碳钢渗碳后，消除残留奥氏体的高温回火保温时间应该根据过冷奥氏体等温转变动力学曲线确定，如20Cr2Ni4钢渗碳后，高温回火时间约为8h。

此外，还要考虑消除应力的需要。试验证明回火温度越低，消除应力所需要的时间应越长。例如，对以应力弛豫为主的低温回火时间应比表列数据长，可达几十小时。

3.回火后的冷却

回火后工件一般在空气中冷却。对于一些工模具，回火后不允许水冷，以防止开裂。对于具有第二类回火脆性的钢件，回火后应进行油冷，以抑制回火脆性。对于性能要求较高的工件，在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力。

回火工艺参数的确定方法

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