钢的热处理计算

钢的回火硬度（H）取决于回火温度（T）和回火时间（t），三者之间存在着一定的函数关系，即H = f（T，t）。当 t为定值时，H和T的函数关系可划分为四种类型：（1）直线型；（2）抛物线型；（3）幂函数型；（4）直线和幂函数的复合型。因后两种类型在使用时，计算和作图极为不便，故大多数情况下，将其简化为直线和抛物线型，用经验方程可表示为：H = a1 + k1 T　H = a2 + k2 T
其中，a1、a2、k1、k2为特定系数。
依据实际工艺试验和有关参考文献的数据，运用数理统计方法计算和修正，得出部分常用钢种的回火方程。实践证明，这些经验公式具有重要的适用价值。
钢 号　　   淬火温度/淬火介质　　回火方程
45　               840/水　　   H = 62 -（1/9000）T 2
20Cr　　         890/油　　   H = 50 -（2/45）T
38CrMoAl　　   930/油　　   H = 64 -（1/25）T（T<550）
H = 95 -（1/10）T（T>550）
40Cr　　         850/油　   　H = 75 -（3/40）T
50CrVA　　     850/油　　   H = 73 -（1/14）T
60Si2Mn　　     860/油　　   H = 68 -（1/11250）T 2
65Mn　　         820/油　　   H = 74 -（3/40）T
T8　　             800/水　　   H = 78-（7/80）T
T10　　           780/水　　   H = 82.7 -（1/11）T
CrWMn　　     830/油　　   H = 69 -（1/25）T
Cr12　     　     980/油　   　H = 64 -（1/80）T（T<500）
H = 107.5 -（1/10）T（T>500）
Cr12MoV　　   1000/油　　   H = 65 -（1/100）T（T<500）
9CrSi　　       865/油　　   H = 69 -（1/30）T
5CrNiMo　　     855/油　　   H = 72.5 -（1/16）T
5CrMnMo　　   855/油　　   H = 69 -（3/50）T
W18Cr4V　　   1280/油　   　H = 93 -（3/31250）T 2
GCr15　　       850/油　　   H = 733 -（2/3）T
使用说明：
（1）要求原材料化学成分及力学性能符合国家技术标准（GB、YB等），最大外经（或相对厚度）接近或小于淬火临界直径。
（2）在淬火温度、回火时间为定值的条件下，回火方程仅适用于常规淬火、回火工艺；不可用于亚温淬火、复合热处理、形变热处理等工艺。
（3）在热处理过程中，还应选择正确的淬火介质，使冷却能力满足工艺要求；钢材按要求进行预备热处理；
（4）考虑到随机因素的影响，钢材热处理后，回火实际硬度和温度与计算所得数允许有5%的误差。

之回火处理所谓回火处理是指将经过淬火硬化或正常化处理之钢材在浸置於一低於临界温度一段时间后，以一定的速率冷却下来，以增加材料之韧性的一种处理。从冶金原理，我们知道将经过淬火及正常化处理在放回中温浸置(时效)一段时间，可促使一部分之碳化物析出，同时有可消除一部分因急速冷却所造成之残留应力，因此可提高材料之韧性与柔性。显然回火处理之效果决定於回火温度、时间即在冷却速率等因素。
  
  随著回火温度的提高材料之强度与硬度跟著降低，然而材料之延展性却跟著提高。材料之耐衝性在300℃回火附近会有一显著降低现象，此现象称之為回火脆性。由於碳原子或合金元素之析出与时间有正比的关係，随著回火时间的延长，材料之硬度会随著降低。由於回火的温度是低於相变化之临界点，材料之强度不会与冷却速率有关。然而由於回火脆化的原因，若材料在经过375~575℃间之冷却速率太慢，容易有脆化的现象。这一点是在做回火处理时必须注意的。

一般填加合金元素於钢中，主要之目的是增加钢之硬化能力，亦即增大形成麻田散铁之能力。由於合金元素(原子)之扩散能力较差，因此填加合金元素也就减慢了回火软化速率。由於合金元素一般可分成两种功用。第一种功用為非碳化物形成用，此类合金元素以镍、硅及锰等。由於此类元素与碳化物之形成无关，因此对回火软化无关。此类元素所造成之硬化效果，主要是靠固溶体硬化机构所达成的。另一类合金元素，例如铬、鉬、钨、钒等，由於其為碳化物形成之一份子，因此他们的扩散速率也就影响了回火软化的速率。

前面提到过一般碳钢及低合金钢若从高温回火缓慢冷却下来经过375~575℃温度区，会造成脆化的现象。另外我们也提到过若在300℃附近回火，亦有脆化的现象，这是由於不利之板状碳化物析出所造成的。
残留应力退火一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在，若製品未经适当应力退火处理，在不当的暴露於热源〈例如阳光、热引擎等〉下，会產生变形的现象，另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域，例如表面，焊接区等，因此会局部降低製品的机械强度。為避免这些问题，我们必须採用残餘应力退火处理。



此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度，然后至於此温度一段时间，在缓慢而均匀的逐步冷却下来，在此过程中最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同，否则冷却后，由於各区冷却速率的差异，会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状之製品尤其严重。



由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象，来重组原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平常所用之退火温度為595~675℃，但高铬合金钢则在900~1065℃。我们可视情况需要，利用较低的温度与较长的时间，达到与短时间，高温度下处理相同效果支应力消除。