热处理工艺金属加热
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（热射线）波长为0.1~100μm ,0.4～40μm?）。 热辐射波的发射能力可用比能流eb (物体单位时间内
由单位表面积辐射的能量) 表示. eb=σT4
T— 物 体 绝 对 温 度 ， K ， σ— 斯 式 藩 - 铍 耳 兹 曼 常 数 （ ≈ 5.67×10-8W/ （m2·K4） 应用：一般高于700℃加热时，主要靠辐射传热。 以辐射传热为主加热工件时，应尽量使工作表面均匀的接受辐射热， 尽量避免遮热现象。
(Qc、Qr、Qcd分别为对流 、辐射、传导传热的热量) 工件加热时往往综合考虑，
Q=α∑（t介-t工） α∑综合传热给热系数（J/m2·h·℃） ，
α∑=αc+αr+αcd
1.4 热处理加热时间的确定 1. 加热阶段分为升温，均温和保温三个时间过程。
τh=τr+τs+τm （τr、τs、τm 为升温、均温和保温时间）
负号“－”表示热流量方向和温度梯度方向相反。
材料影响：λ值 ：高合金钢＜中、低合金钢＜碳钢 温度影响： λ＝ λ0（1＋b t）
2、对流传热 发热体
流体转移
工件
（1）相互对流的粒子相遇时发生热交换。
（2）对流传热时单位时间内加热介质传递给工件表面 的热量QC关系： QC=αcF（T介-T工） αC：对流给热系数；F：热交换面积， T介、T工分别为介质和工件表面温度℃
（3）影响对流换热的因素 流体流动的动力 自然对流（PV/T=C） 流体的流动状态 层流 紊流
紊流时的对流换热系数比层流时大
强制对流
流体的物理性质
热导率大、比热容大、密度大、粘度小－αC大 固体表面形状、大小和放置位置
3 辐射传热 通过加热体在高温下产生的电磁波 （载体）来传递能量（辐射能
★③炉膛内有效加热区（根据预先测温而假设的，能够 保证由给定热处理工艺所要求的加热温度的装料区域） 范围和温度的均匀性。
有效加热区
2、原材料影响
工件材料不同，加热系数不同，如低碳钢加热时间 短，高合金钢加热时间长。
钢材
每 mm 有效厚度的加热时间
空气电阻炉
盐浴炉
碳钢
0.9～1.1min
25～30s
4、综合传热 实际加热时三种传热方式同时存在，依工作温度，炉
型结构，加热介质的不同而以某一种传热方式为主。 如箱式或井式电炉、盐浴炉、煤气炉等
≥700℃加热工件时，主要靠对流及辐射传热 ≤200℃低温回火炉（盐浴或空气介质）中则主要靠
对流及传导传热， 在真空炉中主要靠辐射传热。
同时考虑三种传热方式的称为综合传热， Q=Qc+Qr+Qcd
保证：透热、A组织转变（几秒）、碳化物溶解、 A成分均匀化（1分种）或不平衡状态转变成平衡状态。 依据具体工艺.
T
t
2.工件加热时间（透热）的经验计算式： （1）以工件有效厚度为基础的经验计算式（实用）：
K H
工件有效厚度为H，指工件在传热最快方向上的最大截 面厚度
α为加热系数，min/mm或s/mm K为装炉修正系数，通常取1.0～2.0
A
后通过不同速度冷却，获得预期的组
织结构（P、B、M） （2） 影响外部质量 氧化、脱C、腐蚀， 尺寸变化和形状畸变。
F P
Fe
Fe-FeC3相图左下角
1.2 加热方式 ①直接加热（内阻直接加热）： 不需加热介质 如：电阻（垂融）、电磁波（感应加热）、 低能粒子（激光加热、电子束加热）。 ②间接加热（外热源加热）：通过加热介质，以
经验系数法估算： τr=B·V/F
B为加热时间系数，由实验确定， V--工件体积， F--工件表面积。
1.5影响零件加热的因素
热处理设备 原材料 零件尺寸及形状 加热制度 堆垛方式
加热 规范
加热温度 加热速度 保温时间
1、热处理设备的影响： ① 加热设备的介质(气氛、盐浴、真空)状态； ② 设备输出功率大小（能达到温度范围）；
例：碳钢 直径10mm 空气炉 加热 需10分钟，盐浴炉 5分钟 合金钢 直径10mm 空气炉 加热 需15分钟，盐浴炉 10分钟
（2）以工件几何尺度为计算基础的加热时间计算式
薄件可以根据斯大尔基理论公式计算炉料升温时间
c ln( tg tin ) V (理论式） r tg t F
c比热容，ρ密度，α∑综合给热系数，V：工件体积。 F：工件表面积，tg—炉温，tin：工件开始温度；t：工件终了 温度。
合金钢
1.2～1.6min
50～60s 15～20s(一次预热)
高速钢
－－
8～15s（二次预热）
3、零件尺寸及形状对加热时间的影响
K H
τr=B·V/F
4、加热制度的影响。
T
★零件入炉的方式有四种 ①预热加热升温
④ ③②
①
②随炉升温
③到温入炉
K值取值与堆垛方式相关 K H
工件有效厚度H的取值 K H
K H
碳钢和合金钢在各介质中的加热系数（α值）
钢材 碳钢 合金钢
高速钢
来自百度文库
每 mm 有效厚度的加热时间
空气电阻炉
盐浴炉
0.9～1.1min
25～30s
1.2～1.6min
50～60s 15～20s(一次预热)
－－
8～15s（二次预热）
热处理 原理与工艺
（13）
第二部分：热处理工艺
第一章 金属的加热
1.1 加热的作用 1.2 传热方式 1.3 加热方式 1.4 热处理加热时间的确定 1.5 影响零件加热的因素 1.6 钢的加热缺陷及控制
1.1 加热的作用
（1） 影响内在质量 改变材料的热力学状态、晶体结构、
T/ ℃
物理化学性质及化学成分分布等，而
对流传导，辐射的方式向工件表面传递热量： 电阻炉、盐浴炉、燃料炉。
1.3 传热方式 ➢ 金属工件加热在各类热处理炉中进行
➢ 炉内热量的传递依靠辐射、对流、传导这三个基本物 理过程使工件升温。
空气中对流 T高时，辐射
热传导
工
件
+
—
电阻炉加热时传热示意图
1. 热传导 传热物质无宏观定向移动，仅靠传热物质原位质点间 的相互碰撞→热能 高—低 传递。 热传导过程的强弱以单位时间内通过的等温面的热 量——热流量密度q表示 q=－·dT/dx (J/m2h) —热传导系数（J/m·h·℃），单位时间内，每米长度 温度降低1℃时，单位面积能传递的热流量。 dT/dx—温度梯度
由单位表面积辐射的能量) 表示. eb=σT4
T— 物 体 绝 对 温 度 ， K ， σ— 斯 式 藩 - 铍 耳 兹 曼 常 数 （ ≈ 5.67×10-8W/ （m2·K4） 应用：一般高于700℃加热时，主要靠辐射传热。 以辐射传热为主加热工件时，应尽量使工作表面均匀的接受辐射热， 尽量避免遮热现象。
(Qc、Qr、Qcd分别为对流 、辐射、传导传热的热量) 工件加热时往往综合考虑，
Q=α∑（t介-t工） α∑综合传热给热系数（J/m2·h·℃） ，
α∑=αc+αr+αcd
1.4 热处理加热时间的确定 1. 加热阶段分为升温，均温和保温三个时间过程。
τh=τr+τs+τm （τr、τs、τm 为升温、均温和保温时间）
负号“－”表示热流量方向和温度梯度方向相反。
材料影响：λ值 ：高合金钢＜中、低合金钢＜碳钢 温度影响： λ＝ λ0（1＋b t）
2、对流传热 发热体
流体转移
工件
（1）相互对流的粒子相遇时发生热交换。
（2）对流传热时单位时间内加热介质传递给工件表面 的热量QC关系： QC=αcF（T介-T工） αC：对流给热系数；F：热交换面积， T介、T工分别为介质和工件表面温度℃
（3）影响对流换热的因素 流体流动的动力 自然对流（PV/T=C） 流体的流动状态 层流 紊流
紊流时的对流换热系数比层流时大
强制对流
流体的物理性质
热导率大、比热容大、密度大、粘度小－αC大 固体表面形状、大小和放置位置
3 辐射传热 通过加热体在高温下产生的电磁波 （载体）来传递能量（辐射能
★③炉膛内有效加热区（根据预先测温而假设的，能够 保证由给定热处理工艺所要求的加热温度的装料区域） 范围和温度的均匀性。
有效加热区
2、原材料影响
工件材料不同，加热系数不同，如低碳钢加热时间 短，高合金钢加热时间长。
钢材
每 mm 有效厚度的加热时间
空气电阻炉
盐浴炉
碳钢
0.9～1.1min
25～30s
4、综合传热 实际加热时三种传热方式同时存在，依工作温度，炉
型结构，加热介质的不同而以某一种传热方式为主。 如箱式或井式电炉、盐浴炉、煤气炉等
≥700℃加热工件时，主要靠对流及辐射传热 ≤200℃低温回火炉（盐浴或空气介质）中则主要靠
对流及传导传热， 在真空炉中主要靠辐射传热。
同时考虑三种传热方式的称为综合传热， Q=Qc+Qr+Qcd
保证：透热、A组织转变（几秒）、碳化物溶解、 A成分均匀化（1分种）或不平衡状态转变成平衡状态。 依据具体工艺.
T
t
2.工件加热时间（透热）的经验计算式： （1）以工件有效厚度为基础的经验计算式（实用）：
K H
工件有效厚度为H，指工件在传热最快方向上的最大截 面厚度
α为加热系数，min/mm或s/mm K为装炉修正系数，通常取1.0～2.0
A
后通过不同速度冷却，获得预期的组
织结构（P、B、M） （2） 影响外部质量 氧化、脱C、腐蚀， 尺寸变化和形状畸变。
F P
Fe
Fe-FeC3相图左下角
1.2 加热方式 ①直接加热（内阻直接加热）： 不需加热介质 如：电阻（垂融）、电磁波（感应加热）、 低能粒子（激光加热、电子束加热）。 ②间接加热（外热源加热）：通过加热介质，以
经验系数法估算： τr=B·V/F
B为加热时间系数，由实验确定， V--工件体积， F--工件表面积。
1.5影响零件加热的因素
热处理设备 原材料 零件尺寸及形状 加热制度 堆垛方式
加热 规范
加热温度 加热速度 保温时间
1、热处理设备的影响： ① 加热设备的介质(气氛、盐浴、真空)状态； ② 设备输出功率大小（能达到温度范围）；
例：碳钢 直径10mm 空气炉 加热 需10分钟，盐浴炉 5分钟 合金钢 直径10mm 空气炉 加热 需15分钟，盐浴炉 10分钟
（2）以工件几何尺度为计算基础的加热时间计算式
薄件可以根据斯大尔基理论公式计算炉料升温时间
c ln( tg tin ) V (理论式） r tg t F
c比热容，ρ密度，α∑综合给热系数，V：工件体积。 F：工件表面积，tg—炉温，tin：工件开始温度；t：工件终了 温度。
合金钢
1.2～1.6min
50～60s 15～20s(一次预热)
高速钢
－－
8～15s（二次预热）
3、零件尺寸及形状对加热时间的影响
K H
τr=B·V/F
4、加热制度的影响。
T
★零件入炉的方式有四种 ①预热加热升温
④ ③②
①
②随炉升温
③到温入炉
K值取值与堆垛方式相关 K H
工件有效厚度H的取值 K H
K H
碳钢和合金钢在各介质中的加热系数（α值）
钢材 碳钢 合金钢
高速钢
来自百度文库
每 mm 有效厚度的加热时间
空气电阻炉
盐浴炉
0.9～1.1min
25～30s
1.2～1.6min
50～60s 15～20s(一次预热)
－－
8～15s（二次预热）
热处理 原理与工艺
（13）
第二部分：热处理工艺
第一章 金属的加热
1.1 加热的作用 1.2 传热方式 1.3 加热方式 1.4 热处理加热时间的确定 1.5 影响零件加热的因素 1.6 钢的加热缺陷及控制
1.1 加热的作用
（1） 影响内在质量 改变材料的热力学状态、晶体结构、
T/ ℃
物理化学性质及化学成分分布等，而
对流传导，辐射的方式向工件表面传递热量： 电阻炉、盐浴炉、燃料炉。
1.3 传热方式 ➢ 金属工件加热在各类热处理炉中进行
➢ 炉内热量的传递依靠辐射、对流、传导这三个基本物 理过程使工件升温。
空气中对流 T高时，辐射
热传导
工
件
+
—
电阻炉加热时传热示意图
1. 热传导 传热物质无宏观定向移动，仅靠传热物质原位质点间 的相互碰撞→热能 高—低 传递。 热传导过程的强弱以单位时间内通过的等温面的热 量——热流量密度q表示 q=－·dT/dx (J/m2h) —热传导系数（J/m·h·℃），单位时间内，每米长度 温度降低1℃时，单位面积能传递的热流量。 dT/dx—温度梯度