热处理工件装炉系数

退火（Annealing）定义:将金属加温到高于再结晶温度的一点并维持此温度一段时间，再将其缓慢冷却。

从而改变材料微结构，进而改变如硬度、强度的机械性质的热处理。

目的：恢复因冷加工而降低的性质，增加柔软性、延性和韧性，释放内部残留应力、产生特定的显微结构。

过程：第一阶段是回复（recovery）：回复冷加工过的金属的物理性质。

第二阶段是再结晶（recrystallization）：再结晶过程中，新的晶粒成型。

再结晶完成时，开始晶粒成长（grain growth）。

晶粒成长过程中，小的晶粒会与大的晶粒合并，减少材料内部晶界的数目。

第三阶段是正常化（Normalizing）：加热细化晶粒，释放应力，改善物质的延展性和韧性。

正常化：把钢加热至沃斯田铁转化温度之上，此温度恒温一小段时间，空冷。

足够时间之后，使铁碳合金完全沃斯田铁化。

回火（tempering）定义:经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。

或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。

目的：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）改善和提高加工性能。

按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。

低温回火：150~250℃。

目的：保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性中温回火：350～500 ℃。

目的：得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。

高温回火：500℃以上。

目的：得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。

淬火(quenching)定义:加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺目的:过冷奥氏体转变成马氏体或贝氏体组织，配合不同温度的回火，提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性，满足金属铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

一、对流换热的计算
流体与固体表面间的换热量可用牛顿公式计算。 假设：1）单位时间内对流换热量为 Q（单位 W）；2）流体与固体表面间的接触面积为 F（m2）；3）流 体与固体表面间的温度差为 t1-t2(单位℃)；4）对流换热系数为α（单位 W/ m2℃）。 则根据牛顿公式有：Q=α（t1-t2）F，该式表明，对刘欢热所传递的热流量与流体和固体表面间的温度 差、两者间的接触面积成正比。此外，由该公式可见，计算热流量的关键是确定对流换热系数。故下面先 介绍影响对流换热的因素，然后再介绍如何确定对流换热系数。
由公式 q=
t1 tn1
得：q= 950 50 666W / m2
s1 s2 sn
0.115 0.230
1 2
n
0.519 0.204
t2=t1-qs1/λ1=950-666*0.115/0.519=803℃ 可见，计算温度和假设温度非常接近。通常前后两次的近似温差小于 5%时，即可认为计算正确。因 为（807-803）/807=0.5%， 因此，界面温度为 803℃，热流密度为 666W/m2。
则：q1=q2=q3=q，
根据导热基本方程有：第一层：q=
1 s1
(t1
t2
)
→t1-t2=qs1/λ1
第二层：q=
2 s2
(t 2
t3 ) →t2-t3=qs2/λ2
第三层:q=
3 s3
(t3
t4
)
→t3-t4=qs3/λ3
上述三式相加并变换可得：q= t1 t4 s1 s2 s3 1 2 3
二、温度场与温度梯度 1、温度场
温度场是描述物体中温度分布情况的，它是空间坐标和时间坐标的函数。 如果物体的温度沿空间三个坐标方向都有变化，则该温度场称为三向温度场；如物体的温度仅沿空间 坐标的一个方向有变化，则称该温度场为单向温度场。 如果物体各点的温度不随时间而变化，则称该温度场为稳定温度场。稳定温度场中的传热为稳定态传 热，如长时间横温后的炉壁的传热。 如果物体各点的温度随时间的变化而变化，则称该温度场为不稳定态稳定场。不稳定态温度场中的传 热为不稳定传热，如升温时炉壁的传热。

1. 完全退火热处理工艺1.1 工艺参数选用完全退火的原因：因为完全退火主要用于含碳量质量分数为0.3%~0.6%的中碳钢铸、锻件，因为38CrMnAl含碳量为0.38%，且是锻件，故选用完全退火。

完全退火的目的：在于消除其锻件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均匀等组织缺陷及内应力，使钢的强度、塑性和韧性达到技术要求即均匀组织、细化晶粒、消除内应力、改善切削加工性能等，为最终热处理做好组织准备。

1.1.1 加热温度选择：920℃理由：因为38CrMnAl钢是亚共析钢，其完全退火温度为Ac3+30～50℃；且其Ac3为885℃，故可选温度为920℃。

这样既可以细化晶粒，又有助于奥氏体成分均匀化，以改善切削加工性能并未淬火作良好的准备。

1.1.2 加热方法选择：随炉温加热理由：简单易控制，且是预备热处理，对性能要求不高。

1.1.3 加热介质选择：氮气理由：由于加热温度过高，零件容易氧化脱碳，氮气可以很好的防护，使金属烧损、性能降低。

1.1.4 保温时间选择：3h理由：一般可按有效厚度1.5~2.5min/mm估算，但保温时间一般不超过10h，本零件的有效厚度为125mm，故可以选择3h。

保温的目的是为了使工件熟透并得到比较均匀的奥氏体。

1.1.5 冷却方法选择：随炉冷却理由：表面与心部温度差距小，不易产生应力，防止其开裂。

1.1.6 冷却介质选择：氮气理由：因为是随炉冷却，且炉内气体是氮气1.1.7 热处理后检验方法内容：硬度应小于或等于229HBW方法：通过加载将钢球压头压入被检测的金属零件表面，根据单位压痕面积上所受的负荷大小来确定硬度值。

HB=P/F=P/DtπF：凹陷压痕的面积t：压痕凹陷的深度检测面应是光滑平面。

1.1.8工艺曲线图温度℃920℃3h时间/h图1.1完全退火的工艺曲线图操作守则：a.严格控制加热温度和时间，并尽量减轻钢件的表面氧化脱碳；b.完全退火加热并透烧后，在大量装炉情况下，随炉缓冷或控制一定的冷却速度经济出炉温度。

20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺1. 前言1.1 20CrMnTi 钢概述20CrMnTi 是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能，零件表面渗碳 0.7-1.1mm 。

在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62HRC ，心部硬度为30-45HRC 。

20CrMnTi 的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。

此外，20CrMnTi 还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直 接降温淬火。

且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。

适合于制造 承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi 钢是比较合适的。

经过910-940℃渗碳，870℃淬火，180-200℃回火后机械性能 的抗拉强度³1100Mpa 、屈服强度³850Mpa 、延伸率³10％、断面收缩率³45％， 冲击韧性³680，硬度为58-62HRC 。

20CrMnTi 合金成分表1.1 C Si Mn Cr S P Ni Cu Ti0.17～0.230.17～0.370.80～1.101.00～1.30£0.035£0.035£0.030£0.0300.04～0.101.2 20CrMnTi 泵体齿轮的的工艺流程：1.3 20CrMnTi 钢常见的热处理工艺表1.2 20CrMnTi 钢常见的热处理工艺表热处理工艺 工艺参数硬度要求工艺特点完全退火加热860~880℃，保温，炉 冷£217HB S消除残余应力，降低硬度正火加热920~950℃，保温，空 冷156~2 07HBS 加热温度在Ac3825℃线之上，细化晶 粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少 量铁素体组织淬火 加热860~900℃，保温，油 冷 48~54 HRC 淬火温度高，淬透性中等，变形较大， 硬度不高，耐磨性差回火加热500~650℃，保温2h ， 油冷30~36HRC 回火索氏体组织下料 锻造 正火清洗淬火回火加工渗碳包装清洗检验气体渗碳加热900~920℃，以0.15~0.2mm/h计保温时间加热温度不超过920℃，以避免晶粒长大渗碳后淬火与回火淬火：加热820~850℃，保温后油冷60~63HRC心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性回火：加热180~200℃，保温2h，空冷表：56~62HRC心：35~40HRC气体碳氮共渗共渗温度840~860℃，出炉油冷60~65HRC心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性回火温度160~180℃，出炉空冷表：58~62HRC心：35~40HRC固体渗硼渗硼温度900℃，保温4h，油冷(渗硼剂：85%SiC+10%B4C+5%KBF4) 。