加热保温热处理法则介绍

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摘要:该法则包括各种金属材料加热保温时的369法则,真空热处理的预热、加热、保温时的369法则,以及用于密封箱式多用炉热处理加热保温的369法则。

本文介绍用于热处理加热时保温时间的简单计算法则——369法则,实际生产表明,该369法则的实行有助于提高产品质量、提高生产率、降低生产成本、简化工艺。该法则包括各种金属材料加热保温时的369法则,真空热处理的预热、加热、保温时的369法则,以及用于密封箱式多用炉热处理加热保温的369法则。
一、各种金属材料在空气炉中加热淬火保温的369法则
1、高合金工具钢(9SiCr、CrWMn、Crl2MoV、W6、W8等)
对于这些合金元素含量较高的钢种,合金碳化物较多,因此需要较长的保温时间,使其均匀化。369法则的保温时间是原来传统保温时间的90%。
2、特殊性能钢(不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)
这些钢种的369法则可按照合金工具钢的公式计算。即以传统公式计算的加热保温时间×90%作为保温时间。
3、预热淬火
对于大型工件(有效直径≥1m)调质处理的预热保温时问的369法则为
即 T1=3D
T2=6D
T3=9D
式中:T1为一次预热时间/h;T2为第二次预热时间/h;T3为保温时间/h;D为工件有效厚度/m。
对于直径φ475~1030mm的大型锻件,淬火加热时应该有一次或二次预热保温,并且阶梯加热时,温差出现在400~560℃和800~850℃,在这两个温度范围内的保温时间也适用预热淬火的369法则。实际生产证明,对于空气炉加热的中小零件(有效尺寸≤500mm),预热和加热时的保温时间也可按369法则计算。
4、碳素钢和低合金钢(45#、T7、T8等)
传统的碳素钢淬火加热时间的计算公式:T=K•αD
式中,T为加热时间min
K为反映装炉状况的修正系数,通常在1.0~1.3范围内选取
α为加热系数,一般在0.7~0.8min/mm
D为工件有效厚度
在实际生产中,一般也根据经验和工件有效厚度(mm)来计算保温时间。例如某45#钢工件的有效厚度为60mm,在空气炉中加热淬火保温时间大约是炉温到温后再保温60min,即工件的每1mm有效厚度加热1min,
这是对于单件加热。对于大批量生产,一炉装入很多工件,就只有根据实际经验延长保温时间或通过窥视孔,观察工件透烧后再保温一定的时间。
经验证明,如果按照369法则,对于碳素钢,保温时间仅需原传统保温时间的30%即可。例如,对于采用箱式炉加热60mm直径的45钢工件,其保温时间需60min×30%=20min。
5、合金结构钢(40Cr、40MnB、35CrMo)
因为合金结构钢中添加了一些合金元素,在加热保温过程中为使碳化物均匀化需要一定的时间。根据369法则,合金结构钢加热的保温时间可以是原来传统保温时间的60%。例如用传统的公式计算的40Cr的保温时间如果为100min,根据369法则,新的保温时间为:100min×60%=60min。

二、真空加热保温时的369法则
传统的真空炉加热保温时间的计算公式如下所示
T1=30+(1.5~2)D
T2=30+(1.0~1.5)D
T3=20+(0.25~0.5)D
式中:D为工件有效厚度/m;T1为一次预热时间/min;T2为第二次预热时间/min;T3为保温时间/min。
保温时间还与装炉量的大小有关,真空炉的加热保温时间与装炉量、工件有效厚度等因素之关系的经验公式如下:
T真1=T真2=T真3=O.4×G(kg)+D(mm)
式中:G为装炉工件净重量/kg,其它符号意义与以前各式相同。该式是基于装炉量在100~200kg左右,工件有效尺寸在100mm左右。
工件尺寸基本相同,摆放整齐,并留有一定空隙(摆放空隙<d)时,按下式计算之:< span>
G≤300kg:T真1=T真2=T真3=30+D
G=301—600kg:T真1=T真2=T真3=(30—60)+D
G=601—900kg:T真l=T真2:T真3=(60—90)+D
G≥901kg:T真1=T真2=T真3=90+D
式中:G为装炉总重量,包括工件、料筐、料架及料盘的所有重量(kg);D为工件有效直径(mm)。
对于变形要求严格的工模具,因为真空炉在低温时传热速度较慢,一次预热保温时,若时间太短则工件表面和心部的温差太大,可能会造成工件热应力变形。因此,一次预热时间应取上限值,第二次预热取中限值,热处理取下限值。对于普通合金结构钢工件或变形要求不太严格的工件,一次预热的时间可以取下限值,而在加热时取上限值。
对于一次仅装一件的大型工件,因为其受热均匀,传热较快,透烧较好,一次和第二次预热时可以取下限,加热时,则根据实际要求取中限或上限。这样不但保证了工件热处理后的质量要求,也大大节约了加热时间,降低了生产成本。

三、密封箱式多用炉的369法则
工件在密封箱式炉中加热的热效率比真空炉高,故其369法则的参数可以按真空炉369法则中的下限选取,即
G=301—600kg:T真1=T真2=T真3=30+D
G=601—900kg:T真1=T真2=T真3=60+D
G≥901kg:T真1=T真2=T真3=90+D。

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