热处理参数确定(调质)

部份材料热处理方法

一、45 钢调质：

1. 正常情况下加热温度在 810～840℃之间：

只要充分奥氏体化，加热温度越低越好。

2. 冷却中应注意的问题：

热处理生产中最重要的一环就是冷却，很多热处理缺陷都产生在冷却中。如：开裂、硬度不足、变形超差、局部有软点等等。

⑴出炉时不要慌忙，有时为怕不能淬硬而手忙脚乱。只要不低于Ar3，是不会析出铁素体而影响表面硬度的。

⑵水温在冷却中相当重要，要严格控制水温不要超过 30℃，若超过 30℃，析出铁素体将是不可避免的，任你此后将工件冷透，硬度很难高于 300HB。因此要严格控制水温不要超过 30℃。

⑶工件入水后要不停的在水中移动，以快速破裂蒸汽膜而提高 500℃以上的冷却速度，从而避免析出铁素体或珠光体，进而影响工件最终硬度。

⑷为避免复杂工件开裂，温度低于 300℃以下可以出水空冷一会再水冷，当工件温度不超过 150℃出水回火。

3. 严格按 45 钢的回火温度回火：

一般取中偏下的回火温度，按 HRC=62-T×T/9000 进行计算，并结合每台炉子自身温差及淬火情况进行适当调整。

4. 其它注意事项：

⑴对于小件，特别是 30mm 以下的工件，要注意淬裂的问题。45 钢仍然可能开裂，在硬度要求不太高时，可以选择油淬。

⑵除严格按规定的温度回火外，应根据实际淬火情况调整回火参数。

⑶对于批量较大且要求硬度较高的小件，要特别注意在水中的搅动问题，以增加冷却能力。否则，返工不可避免。

⑷选择合适的电炉，确保加热时间不可过长，长时间加热并不利于提高工件硬度。

二、合金结构钢调质：

1. 合金结构钢调质：

可以参照上面的要求。应注意的是：由于加入合金元素，C 曲线不同程度右移，甚至改变了形状；提高了珠光体的稳定性，提高了钢的淬透性和淬硬性，淬裂倾向增加。因此，对相同含碳量来说，各临界点有所升高，加热温度要略高一些，保温时间要适当延长，便于合金碳化物的分解；淬火冷却时要适当缩短水冷时间，增加空冷时间，从而避免开裂。

由于钢中添加了合金元素，提高了钢的抗回火稳定性能，相同含碳量合金钢的回火温度比碳钢高。

2. 回火硬度计算公式：

回火硬度计算公式是经过大量试验数据，进行回归计算的结果，使用中不能无限扩展，比如：40Cr 的公式HRC=75-3T/40，不能理解为淬火后不回火的硬度为 75HRC。在淬火时要保证工件淬火质量，回火时间充分。

常用材料淬火加热温度及回火硬度计算公式

材料加热温度℃硬度计算公式材料加热温度℃硬度计算公式

45 820～840 HRC=62-T2 /9000 60Si2Mn 850～880 HRC=68-T2 /11250

35 850～870 65Mn 790～820 HRC=74-3T/40

40Cr 830～850 HRC=75-3T/40 T8 780～810 HRC=78-T/80

35CrMo 840～860 同 40Cr T10 780～810

42CrMo 820～840 T12 770～800 HRC=72.5-T/16

GCr15 830～850 HB=733-2T/3 5CrMnMo 830～860 HRC=69-3T/50

9SiCr 860～880 20CrMnMo 860～890

注：正常加热淬火按公式计算回火温度，并根据各炉况进行适当调整。

三、铝合金GK-AiSi10Mg固溶+人工时效：

1. 化学成份及力学性能：

Si：9.0～11.0%， Fe：＜0.6%， Cu：＜0.1%， Mn：＜0.6%， Mg：0.15～0.40%

Ni：＜0.05%， Zn：＜0.01%，Ti：＜0.2%，余量 Al。

力学性能：σb≥240MPa，σs≥190MPa，δ5≥1.5%，HB≥80。

热处理状态：固溶处理+人工时效。

GK-AiSi10Mg是公司八十年代成套引进德国的索道技术，该材料与国内的ZL-104 基本接近（ZL-104 的Si 要少 1%），是Ai—Si—Mg合金中强度最高的材料。

2. 热处理原理：

GK-AiSi10Mg铸造铝合金属于Ai—Si—Mg合金，是在Ai—Si二元合金中加入Mg，形成强化相Mg2Si，能显著提高合金的时效强化能力，改善合金的力学性能。因此，Ai—Si—Mg合金在航空工业、军事工业、机械工业等领域应用十分广泛。

⑴在Ai—Si—Mg三元系中，Mg2Si为稳定化合物，与铝构成伪二元系，使Ai—Si—Mg

系分成“α+Mg2Si+Si”及“α+ Mg2Si+Mg5Al8”两个三元共晶系，三元共晶温度分别为558℃和 448℃。其平衡组织为α+共晶体（α+ Si ）+Mg2Si相。在实际结晶条件下，合金中可出现α+Mg2Si+Si三元共晶体及与杂质铁等构成多元复杂共晶体，还存在杂质相α（Fe3SiAl12）、β（Fe2Si2Al9）及Al8FeMg3Si6。由于Mg2Si在沉淀过程中，具有明显的时效硬化作用。因此，GK-AiSi10Mg在固溶+人工时效状态下使用。

⑵GK-AiSi10Mg在固溶加热过程中，将发生Mg2Si相的溶解，在固溶温度下处于（α+ Si）两相区。为防止低熔点共晶体在加热时溶化（即过烧），固溶温度应低于三元共晶（α+Mg2Si+Si）温度，一般为 535±5℃。固溶热处理后的组织为过饱和的α固溶体，此时，强度较低，塑性较好。

⑶在时效过程中，过饱和α固溶体的沉淀顺序为α→G?P区（过饱和固溶体分解开始时是溶质元素扩散、偏聚，形成无数溶质元素富集的亚显微区域）→β＇相→β相（Mg2Si）。150℃以下沉淀产物以G?P区为主；150～225℃为G?P区+β＇相，此时强化效应最大；250℃以上形成平衡相Mg2Si。人工时效温度越高，为达到相同性能所需的时间越短。时效后由于强化相Mg2Si的沉淀形成，强度、硬度提高，塑性降低。

3. 操作注意要点：

⑴严格检查回火桶及热电偶的位置，加热温度需严格控制，低几度加热不足，高几度过热甚至过烧。因此，特别要注意检查热电偶的位置，稍有变化将可能导致产品报废。固溶处理和时效处理都必须启动循环风扇，使炉内温度均匀。

⑵固溶处理时尽可能缩短转移时间，按标准要求转移时间不得大于 6 秒，因此要注意转移时间，特别是要注意试样的转移时间。

⑶因过饱和固溶体有一个稳定陈化的效应，一般在固溶处理后要及时时效，否则，达不到热处理的目的。

⑷严格装炉规定，防止装炉不当而发生变形。固溶处理后发现变形可以适当加压进行校正，一旦时效后发现变形只有重新固溶处理。

四、模具热处理：

1.退火：

模具加工前都需要进行退火处理，以降低硬度和减少锻造应力，并为最终热处理作组织准备。因此，模具的退火相当重要，特别是对热处理工序尤为重要。退火必须严格按规定的工艺规范执行，否则达不到退火的目的，也为最终热处理埋下隐患。

退火原理：将钢加热到 Ac3（亚共析钢）Ac1（过共析钢）以上某一温度，使钢奥氏体化或部份奥氏体化，然后缓慢降温至 Ar1 附近等温分解，使奥氏体中的渗碳体球化，而得到球状珠光体。模具的退火工艺见表。模具退火操作要点：

⑴严格按表中加热温度和等温温度选择加热参数。等温温度越高，最终硬度越低。

⑵大件的升温速度应控制在 100℃/h 以下，对于合金钢模具应在 650℃左右等温。

⑶各段降温速度不要超过 80℃/h。

⑷碳素工具钢 550℃以下出炉空冷，合金钢 500℃以下出炉空冷。禁止风冷或水冷。

2. 模具的淬火及回火：⑴严格按规定温度加热保温。小件尽可能到温装炉，大件或装炉量较大时，应适当等温。

⑵合理选择冷却介质，该水淬油冷的一定要水淬油冷。

⑶充分冷却，一般情况下都要冷却到马氏体转变点以下 100℃左右。

常用模具钢退火、淬火规范

钢号临界点（℃）工艺规范（℃）

Ac1 Ac3或 Acm Ar1 加热温度等温温度 HB 淬火温度

T8A 730 700 740～760 650～680 ≤187 790～810

T10A 730 800 700 750～770 680～700 ≤197 780～800

T12A 730 820 700 750～770 680～700 ≤207 770～790

9Mn2V 736 765 652 760～780 670～690 ≤229

9SiCr 770 870 730 780～810 700～720 197～241 860～880

GCr15 745 900 700 790～810 710～720 207～255 830～850

5CrMnMo 710 760 650 850～870 670～690 197～241 830～860

5CrNiMo 710 770 680 850～870 670～690 197～244 830～860

3Cr2W8 820 1100 790 850～860 720～740

Cr12MoV 810 855 760 850～870 720～750 207～255

3. 5CrMnMo 淬火要点：

⑴中型 5CrMnMo 模具热处理注意要点：

1）650℃保温按 0.6min/mm 计算保温时间，830℃保温按 0.8～1.0min/mm 计算保温时间，工作面向上。淬火前预冷到 760℃时油冷，并严格控制出油温度在 200℃以上，淬火后应放入 200℃以上的炉内均热，热透后再升温回火。

2）淬火结束后应立即高温回火，在 200℃以上出油缓冷，有助于减少热应力。

⑵大型 5CrMnMo 模具热处理注意要点：

1）大型模具在 350～500℃、600～800℃时工件表面和心部存在最大温差，差值在 300～

400℃，因此 450℃、650℃保温对减少热应力有好处，所有保温时间按上面要求计算。

2）理论上加热温度应取上限，以保证偏析区也能得到正常组织，450℃并保持一定时间，以进一步减少模具的蓝脆温度范围（250～350℃）的温差，450℃以下升温速度 30～70℃/h，450～650℃升温速度 80～120℃/h，650℃以后可自由升温。油冷时间 12--15s/mm。

3）回火入炉温度在 200℃，且在 400℃保温一定时间，升温速度 30～100℃/h；回火温度保温时间每 100mm 不少于 4 小时。

五、铸钢件、薄壁件

铸钢件、薄壁件等的淬火或调质是生产中经常遇到的工件。其热处理质量的高低，将严重影响车间、公司的产品质量水平，特别是特种设备的质量水平；也同时直接影响职工的收入。因此，它们的淬火质量极其重要。

1. 铸钢件热处理：

⑴铸件质量：受废钢质量的影响、炉料的正常波动、冶炼技术、公司产品生产特点的限制，铸钢质量本身在一定波动。其波动对热处理质量的影响主要体现在以下两个方面：

①成份的波动：成份波动将直接影响热处理淬火工艺参数的选择。如：加热温度、冷却介质、回火温度及回火时间等等。有时我们按正常工艺淬火（把规定的热处理工艺真正做到位的时候）却出现裂纹或硬度偏高等，就是成份波动的影响。

②铸造缺陷：铸件有铸造缺陷是不可避免的，也是当今科学技术水平解决不了的世界难题。经常看见铸件大面积补焊，这还不包括内部未能发现的缺陷。如：气孔、夹碴、夹砂、疏松等这些缺陷或多或少要影响热处理质量，有时成为工件开裂的诱因之一。

铸件存在的上述质量隐患，不能规避热处理工序本身未做到位而出现质量问题，并不能成为规避责任的挡箭牌。

⑵铸件淬火：基于上述原因，铸件淬火要注意以下几个方面的问题：

①严格控制加热温度：热处理加热温度随材料变化而变化，在加热时一定要知道材质是什么，然后选择正确的加热温度。必要时可以降低加热温度采用亚温淬火，亚温淬火后的回火温度低于正常淬火后的回火温度。

②正确选择冷却介质：由于铸件形状和尺寸特殊，淬火时选择淬火介质要保守一些，能用油淬时尽可能采用油淬。

③合理确定冷却参数：基于上述原因，淬火时先预冷到Ar3附近（一般在 780℃左右），再浸入淬火介质冷却；

或预冷后水中冷却一定时间（具体怎样冷却见第二部份介绍）后，再入油冷却；或采用水—空间隙冷却方法，注意在水中的冷却时间要短，空冷时间要长。一般情况下，采用两次冷却就行了，出水后在空气中继续冷却 1 个小时以上，确保工件温度降到 200℃左右回火。

④充分回火：通常情况下，工件不可避免含有一定量的合金元素，有经验的操作者会适当提高回火温度回火，并确保回火时间充分。

⑶铸件退火：由于生产进度的关系，有时铸件退火要转热处理车间退火。必须要清楚铸件退火的目的，才能做好铸件的退火。

铸件退火的目的：

①消除铸造应力：铸件在铸造后的冷却过程中，存在较大的冷却应力（热应力和组织转变应力）。有时，此类应力是非常大的，其破坏力是相当惊人的。如铸造后有时发现工件有裂纹，就是铸造应力的破坏结果。

②调整组织，为后续热处理作组织准备：部份铸件的最终热处理状态是正火或调质或淬火。由于铸造后有较明显的魏氏组织，此种组织在热处理中易出现淬火开裂，因此必须通过退火予以消除，减少热处理开裂的风险。

③减轻成份偏析：由于结晶的不同时性，不可避免要出现成份偏析现象。通过退火来减轻成份偏析，减少工件局部出现有硬点的现象，降低刀具磨损、提高机加工效率。

④退火温度的选择：为达到上述目的，铸件的退火一般选择完全退火，且加热温度比同牌号的锻件、轧材略高些，以保证退火质量。冷却方式同其它完全退火。

⑷铸件正火+回火：此类零件主要指托轮、内齿圈等工件，绝大多数托轮都是采用正火+回火的热处理工艺。其热处理工艺要点如下：

①根据材质，合理选择加热温度，一般应选择下限温度加热。单件重量在 1 吨以上，或总装炉量在 5 吨以上要适当等温，以减少加热应力，防止加热裂纹。

②正火出炉空冷时要注意环境温度对冷却速度的影响，特别是大型工件，综合应力更大。高温季节，为提高冷却速度，可以用风冷或将工件置于上风口处；冬季，特别是气温很低的时候，要采取措施，降低工件的冷却速度，如：置于避风口处，或加防风罩。

③对于 1 吨以上或直径超过 1 米的工件，工件降温到 300～400℃时入炉回火。当背对直射光线，减重孔看不见红色时即可入炉回火。回火温度应根据硬度要求选择。

2. 薄壁件、小件淬火：

⑴同所有热处理加热一样，根据材质合理选择加热温度。有时为了拼炉多种材质同炉热

处理，此时应兼顾所有材料选择温度，必要时可以选择下限加热温度。

⑵为减少氧化脱碳和变形，尽可能到温装炉，且注意工件摆放位置。

⑶根据材料选择冷却介质，对易开裂的工件，选用油冷淬火；对 45 钢要求硬度较高（如大于 250HB）要注意一次冷却到位，且根据工件形状及入水位置，适当在水中前后或左右或上下移动，以提高冷却速度，提高工件淬火硬度。