长沙联驰热处理实用工艺手册
前言
金属材料经过不同的温度加热、不同的时间保温然后用不同的冷却速度冷却下来，获得一定的内部组织结构和力学性能，这样的操作过程就叫热处理。
热处理工艺规范及其操作方法正确与否，直接影响着产品的质量和使用性能。
只有严格按照工艺规范进行正确的操作过程，才能生产出合格的产品。
本公司有多台大小不等的箱式电炉、渗碳炉、氮化炉和高频、中频、工频炉。
本手册根据公司现有设备及产品现状，编写此工艺手册。
第一章 在箱式电炉中的热处理
第一节 正火
1，定义
将钢加热至相变温度以上（图1中红色部分的温度），保温一段时间后空冷下来，并获得均匀细化的铁素体+珠光体组织，改善机械加工性能的热处理工艺操作方法称为正火。
2，工艺曲线图
（图1 正火、淬火工艺曲线）
图1中红色部分的左边为含碳量＜0.77%钢的淬火、正火温度，＞与之相邻并且平行的黑线(Ac3线)30～50℃；
右边的红色部分为含碳量＞0.77钢的淬火、正火温度，＞与之相邻并且平行的黑线（Acm线）30～50℃。
加热保温时间按下式计算：
t=α×D×K
式中 t—淬火加热保温时间，min/mm（分钟/毫米）；
D—工件有效厚度（mm）；
α—加热系数；（在电阻炉加热时，碳素钢为1～1.2；合金钢为1.2～1.5）；
K—修正系数（1—1.8）。
在800~960℃箱式电阻炉中加热时加热时间按下式计算：
碳素钢 ：
t=1~1.2DK(min)
合金钢 :
t=1.2~1.5DK(min)
如直径60mm圆钢调质加热时间为：
t=1.4x60x1.5=120min(分钟)
在实际操作过程中，还要适当根据装炉量调整加热时间，通过观察，炉内温度颜色基本一致时就可以出炉了。
以上加热保温时间的计算方法适用于箱式电炉、井式电炉的正火、退火、淬火（等温退火和等温淬火除外，下面的章节里将会叙述）。
适用钢种：
低、中碳钢，低、中碳低合金钢。
3，操作要点
(1)正火温度工艺规范相近的工件,允许同炉处理。
(2)对表面质量要求高的工件加热应采取防止氧化或脱碳的气体保护措施。
(3)工件一般采用工作温度或稍高于工作温度装炉。若互相重叠装料,应相应延长保温的1/4。
(4)工件应均匀放置在炉膛有效工作区里。
(5)工件出炉后,应散开放置在干燥处空冷,不得将工件堆积,不得放在潮湿处。
4，正火工艺规范（表一）
材料 加热温度 硬 度
（℃） （HB）
20 850～900 ≤180
30 850～900 ≤180
35 840～890 ≤191
40 840～860 ≤191
45 830～880 ≤226
50 820～870 ≤226
55 820～860 ≤226
30Mn 840～870 ≤226
40MN 840～870 ≤226
50Mn 840～870 ≤226
35Mn2 820～830 ≤241
40Mn2 840～860 ≤241
45Mn2 820～860 ≤241
50Mn2 830～850 187
35SiMn 860~890 ~
42SiMn 850~880 241
40B 850~870 187~
45B 830~850 241
40MnB 850~900 197~
45MnB 840 ~870 207
40MnVB 860~900 ≤229
30Cr 860~900 ≤229
35Cr 850~870 ≤229
40Cr 850~870 ≤229
45Cr 840~860 ≤229
50Cr 830~850 ≤229
30CrMo 860~890 ≤229
35CrMo 830~960 ≤241
42CrMo 840~860 ≤241
40CrV 850~880 ≤241
40CrMnMo 850~880 ≤241
30CrMnTi 880~920 ≤241
40CrNi 870~900 ≤250
45CrNi 870~900 ≤250
50CrNi 900~920 ≤207
30CrNi3 860~880 ≤228
37CrNi3 850~870 ≤228
40CrNiMo 890~920 ≤228 45CrNiMo 890~920 ≤228 （表一 钢的正火工艺。）
4，正火组织
表一中钢的正火组织都为细化、均匀的铁素体和朱光体。
（图2 45钢的正火组织，均匀分布的铁素体（白色）和珠光体（黑色））
第二节 退火
1定义
将钢加热到相变温度以上，经过保温后缓慢冷却下来，使钢获得均匀退火组织的热处理工艺方法称为退火。
2，钢的退火工艺规范
a，各种退火工艺曲线（图3）
（ 图3，各种退火工艺曲线）
b.结构钢的完全退火工艺 （表二）
材料 加热温度 硬 度
（℃） （HB）
20 850～900 ≤180
30 850～900 ≤180
35 840～880 ≤191
40 840～860 ≤191
45 840～860 ≤226
50 840～860 ≤226
55 840～860 ≤226
30Mn 840～870 ≤226
40MN 840～870 ≤226
50Mn 840～870 ≤226
35Mn2 840～860 ≤241
40Mn2 840～860 ≤241
45Mn2 840～860 ≤241
50Mn2 790～820 187
35SiMn 890~820 ~
42SiMn 790~820 241
40B 790~820 187~
45B 790~820 241
40MnB 850~900 197~
45MnB 820 ~860 207
40MnVB 820~860 ≤229
30Cr 840~860 ≤229
35Cr 840~860 ≤229
40Cr 840~860 ≤229
45Cr 840~860 ≤229
50Cr 830~850 ≤229
30CrMo 860~890 ≤229
35CrMo 830~890 ≤241
42CrMo 840~890 ≤241
40CrV 840~890 ≤241
40CrMnMo 840~890 ≤241
30CrMnTi 850~890 ≤241
40CrNi 840~880 ≤250
45CrNi 840~880 ≤250
50CrNi 840~880 ≤207
30CrNi3 840~880 ≤228
37CrNi3 840~880 ≤228
40CrNiMo 840~880 ≤228
45CrNiMo 840~880 ≤228
（表二，结构钢的退火规范）
结构钢的退火组织
（图3，35CrMo钢退火组织，铁素体+颗粒状渗碳体）
（图4，图6，2Cr13完全退火组织）
c，工具钢、模具钢的退火工艺
1）完全退火
根据图3中第四根曲线，加热温度为Ac3或Acm+30～50℃，按箱式电炉加热保温时间计算公式计算的加热时间保温后，随炉冷却到180℃以下出炉空冷。一般加热温度为840～880℃，保温时间2小时以上。
2）不完全退火
不完全退火又叫不完全结晶退火。由于不完全退火是在两相区加热，组织不能完全重结晶，铁素体的形态、大小与分布不能改变，晶粒细化的效果也不如完全退火。
不完全退火工艺为：
将钢加热到 Ac1 以上 30～50℃，保温足够时间，然后随炉缓冷到180℃以下出炉空冷。
不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等,其目的是细化组织和降低硬度。
3）等温退火
等温退火是用来代替完全退火和不完全退火的新的退火方法，是以较快的速度冷却到Ac1（727℃）以下某一温度（一般为620～680℃），保温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷,处理后所得到的组织和性能彼此也很相似。特点是大大缩短了处理时间时间。工艺曲线见图3中第六根曲线。
完全退火和等温退火的金相组织
（图7，2Cr13等温退火组织）
从图6和图7中可看出，等温退火比常规的完全退火组织更均匀，更接近平衡组织。
4）球化退火
球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火主要用于共析钢和过共析钢，以获得类似粒状珠光体的球化组织(因不—定是共析成分，故称为球化组织)，从而降低硬度，改善切削加工性能，并为淬火做组织准备。球化组织不仅比片状组织有更好的塑性和韧性，而且硬度稍低。在切削加工具有球化组织的工件时，刀具可以避免切割硬而脆的渗碳体，而在软的铁素体中通过，因而延长了刀具的使用寿命，提高了钢的切削加工性能。
图3中第五根曲线是球化退火的工艺曲线，加热温度为740～760℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。
（ 图8，球化退火组织）
5）去应力退火
冷形变后的金属在低于再结晶温度加热，以去除内应力，但仍保留冷作硬化效果的热处理，称为去应力退火，也称低温退火。 在去应力退火中金属组织及性能的变化，相当于温度曲线图中的恢复阶段。
在实际生产 中，去应力退火工艺的应用比上述定义广泛得多。热锻轧、铸造、各种冷变形加工、切 削或切割、焊接、热处理，甚至机器零部件装配后，在不改变组织状态，保留冷作、热作或表面硬化的条件下，对钢材或机器零部件进行较低温度的加热，以去除内应力，减小变形开裂倾向的工艺，都可称为去应力退火。
图3中最后一根曲线为去应力退火工艺曲线。
灰口铸铁为500～550℃，钢为500～650℃，保温时间一般2～4小时，高精轴套、膛杆内为10～12小时。随炉缓慢冷却以免产生新的应力。
6）均匀化退火
扩散退火又称均匀化退火。在略低于固相线温度长期保温的处理方法。
目的：减轻或消除钢锭、铸件、钢坯化学成分及显微组织偏析使其均匀化。
应用范围：高合金钢应用更为普遍。
图3中第一根曲线为均匀化退火曲线，退火温度高于Ac3，在1100~1200℃之间，退火时间依工件截面厚度而定。
d，部分轴承、弹簧钢、工具钢模具钢、不绣钢的退火工艺
（图9，轴承钢的退火工艺）
（图10，工具钢的退火工艺）
（图11，高速工具钢的退火工艺）
（图12，不绣钢的热处理工艺）
（ 图13，弹簧钢的热处理工艺）
（图14，渗碳钢的热处理工艺）
4，钢的淬火工艺
定义
淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。
淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。
淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。
a，准备工作
1），检查设备仪表、控制柜、加热原件工作是否正常；
2），检查冷却设备、及冷却介质是否按工艺要求做好准备；
3），看清图纸中零件材料和技术要求；
4），按要求将零件用正确方式装入工装夹具。
5），按技术要求设定好加热程序。
b，加热温度的确定
1）完全加热淬火加热温度的确定：
低、中碳钢、普通合金钢加热温度为
Ac1+30~50℃；
高碳钢为
Ac1（727℃） +30~50℃ ；
高合金工具钢、模具钢、高速钢为
Acm+30～50℃。
c，加热保温时间
加热保温时间按本章第一节2中公式t=axdxk计算。等温淬火工艺中，t1=2t2、min(分钟)
t2=2tmin（分钟）
式中：t—最后一次保温时间
t1—第一次预热保温时间
t2—第二次预热保温时间
d，冷却
1）碳钢钢采用自来水、盐水冷却，容易变形开裂零件可采用有机水溶液（如三硝水溶液、聚乙烯醇水溶液）冷却；
2）低碳低合金钢采用油冷或者水冷、先水后油的冷却方法；
3）中、高合金钢一般采用油冷，复杂、容易变形开裂零件可采用硝盐等温
e，淬火组织
淬火组织为马氏体。
马氏体是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，马氏体的三维组织形态通常有片状(或者板条状）。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
（图15，钢的马氏体组织）
f，典型工具、模具钢的淬火工艺
（图16，工具、模具钢的热处理工艺）
5，回火
1）回火温度的计算公式
T1=200+（60—Rc）x10
式中
T1—回火温度（℃）
Rc—要求回火后的硬度（HRc）
合金钢的回火温度tT2=T1+30～50℃；
高合金工具、模具钢的回火温度参看图16中数据。
2）回火时间
回火时间一般≥1.5小时，根据装炉量确定保温时间，高合金工具钢和高合金模具钢最少回火2次，高速工具钢回火3次以上。
回火冷却
回火后一般采用空冷。
含铬（Cr）合金结构钢调质回火时都有第二内回火脆性，必须在回火出炉时采用快速冷却（一般采用水冷）方法进行消除。
高合金工具钢、模具钢和高速工具钢冷却到室温后方可进行下一次回火。
3）消除回火脆性
一类回火脆性称为不可逆回火脆性，其温度范围一般在300～400℃，不绣钢为400～475℃，此类回火脆性只能采用避开回火脆性温度进行回火。
二类回火脆性称为可逆回火脆性，其温度范围约为500～600℃，可采用快速冷却方法解决。
6，钢的调质
a，定义
将钢按淬火工艺淬火后，进行高温回火，使钢获得回火索氏体的组织的操作过程称为调质。
目的是提高钢的强度和机械加工性能，为最终热处理（如淬火、氮化）做好组织准备。
b，组织
1）调质钢调质处理后的组织为回火组织回火索氏体组织
铁素体与珠光体的机械混合物称为索氏体。
（图17，45钢水淬后600℃回火,得到回火索氏体）
（图18，42CrMo钢调质处理后的回火索氏体）
第二章 在井式电炉中的热处理
第一节，渗碳
1，定义
将工件置于渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入钢的表层的化学热处理工艺，称为钢的渗碳。
2，渗碳的作用
使工件增碳表面层经淬火和低温回火后，能获得高硬度、耐磨性和疲劳强度，而工件心部仍有高的塑性和韧性。
3，常用工艺
a，渗碳零件的清洗
渗碳零件在装炉前必须采用汽油、煤油或酒精将零件表面油污清洗干净；
b，固体渗碳
固体渗碳一般在箱式电炉中进行，加热速度慢，保温时间比气体渗碳多2小时以上。
1）固体渗碳剂
在颗粒状木炭中加入5～10%的碳酸钙或碳酸钠（可直接购买热处理材料厂生产的成品渗碳剂）。
固体渗碳剂可以重复使用时必须添加三分之一以上新渗碳剂并搅拌均匀。
2）装箱
零件清洗后，一层渗碳剂一层零件，装入A3钢板做的铁箱中，盖上盖，再用耐火泥将上盖周围密封。
3）烘干
耐火泥在室温下干燥后进炉120℃加热保温1小时，使耐火泥烘干后按照工艺进行加热渗碳。
b，气体渗碳
此工艺在气体渗碳炉中进行，渗碳速度快，炉内温度和渗碳气氛均匀，产品渗碳后渗碳层厚度、组织都比较均匀，得到了广泛的应用。
1）装炉
将清洗后的零件吊挂在渗碳工装中，装入密封的气体渗碳炉里，在渗碳温度下加热保温，同时加入渗碳介质，出炉后零件表面获得均匀的渗碳层。
2）渗碳温度
渗碳温度常用900～950℃
3）渗碳剂
常用的渗碳剂有：气体渗剂（甲烷、乙烷等）或液体渗剂（煤油或苯、酒精、丙酮等）。
4）保温时间
保温时间根据渗碳温度和渗碳层厚度要求确定。
5）工艺曲线
（图19，气体渗碳工艺曲线）
（图20，20CrMo钢的渗碳淬火工艺）
6）渗碳淬火层硬度
（图21，渗碳层硬度）
第二节，气体碳氮共渗
碳氮共渗：又称氰化。碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子和氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性和疲劳强度的处理方法。
碳氮共渗特点是表面硬度比渗碳高，处理温度低，时间短，零件变形小。
a，操作过程
操作过程与气体渗碳相同
b，碳氮共渗剂
渗碳剂与上述气体渗碳相同；渗氮剂一般采用氨气经加热分解后生成活性氮原子：
2NH3→3H2+2[N]；
c，加热温度
一般采用800～880℃
d，工艺曲线
（图22，碳氮化合物呈弥散装分布渗层工艺曲线）
（图23，碳氮共渗三段控制新工艺曲线）
c，碳氮共渗组织
（图24，碳氮共渗组织）
d，碳氮共渗淬火硬度
由表及里，硬度不断降低（见下图）。
图25，碳氮共渗层硬度
第三节，渗碳及碳氮共渗的冷却方法
a，随炉炉冷却至180℃以下出炉空冷。
对渗碳或碳氮共渗后需要进行机械加工和淬火时容易变形、开裂的零件，适合采用缓冷后再进行淬火。
为了避免脱碳，冷却过程中必须继续通入甲醇或者乙醇，保持炉内正压。
渗碳或碳氮共渗后直接淬火，淬火冷却方法根据材料，采用（碳钢）水冷和（合金钢）油冷。
c，二次加热淬火的零件可采用等温淬火，在180℃左右盐浴里冷却，也可以采用先水后油的冷却方法。
第四节，渗碳、碳氮共渗件的回火
渗碳、碳氮共渗淬火零件的回火温度一般为180～200℃，保温时间根据零件厚度和装炉量确定，不得低于1.5小时。
第五节，气体氮化和氮碳共渗
a，定义
氮化处理是指在相变温度Ac1以下某一温度中加热保温的同时，加入一定的含氮介质，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。
氮碳共渗是指在工件表面同时渗入氮、碳元素的工艺过程，称为氮碳共渗。
碳与氮在共渗中是相互起促进作用的。因而氮碳共渗速度远高于单一渗氮速度。
渗氮后不仅能获得高的硬度和疲劳强度的渗氮层， 而且心部具有足够强度和韧度。
从理论上讲，所有的钢铁材料都能渗氮。不同类型的钢，渗氮后零件具有不同的性能特点。用作渗氮的钢种包括： 结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢。
b，气体氮化工艺曲线
（图26，38CrMoAi钢一段渗氮工艺）
（图27，38CrMoAi钢三段渗氮工艺）
c，渗氮、碳氮共渗零件的加工过程。
在渗氮和氮碳共渗零件的整个制造过程中，渗氮和氮碳共渗往往是最后一道工序，至多再进行精磨或研磨。
渗氮零件的工艺流程一般为：锻造→正火（退火）→粗加工→调质→精加工→去应力→粗磨→渗氮→精磨→装配。
氮化前的预热处理包括正火（退火）、调质处理、去应力。
正火（退火），其目的是细化晶粒、降低硬度、消除锻造应力。
调质处理，可以改善钢的加工性能，获得均匀的回火索氏体组织，以保证零件心部有足够的强度和韧性，同时又能使渗氮层和基本结合牢固。
去应力处理，对于形状复杂的精密零件，在渗氮前应进行1~2次去应力，以减少渗氮过程中的变形。
氮碳共渗后需要出炉油冷后，再用180℃左右进行一次低温回火。
d，氮化和碳氮共渗层硬度
（图28，40Cr钢调质硬度对渗氮及氮碳共渗层硬度梯度的影响）
（图29，调质硬度与渗氮和碳氮共渗层硬度的关系）
从图27图28中可看出，原材料硬度高，氮化和氮碳共渗层硬度随之也高。
（图30，高合金钢、工具、模具钢及不绣钢渗氮及氮碳共渗层硬度）
e，氮化和氮碳共渗层组织
（图31，4Cr5MoSiV1钢的氮碳共渗和渗氮组织）
（图32，38CrMoAi钢的氮化组织）
第六节，钢的渗硼热处理
a，定义
将金属零件放在一定温度的含硼介质 (例如硼粉或硼铁合金粉) 中加热或电解 (用熔融 硼砂作为电解液) ，产生活性硼原子渗入工件表 面，以提高表面硬度和耐磨性，并改善耐热性和耐 蚀性的化学热处理工艺称为渗硼。
渗硼主要用于提高模具和阀件表面硬度、耐热和耐腐蚀性能。
渗硼方法有 固体渗硼、盐浴渗硼和气体渗硼之分，以前两种方 法应用较多。本文只介绍固体渗硼的方法。
b，渗硼剂
由供硼剂（可分别用B4C、B-Fe、非晶态硼粉）、催渗剂（KBF4、NH4Cl、NH4F等）以及调节活性、支承工件的填料（Al2O3、SiC、SiO2等）组成。
最好直接购买热处理材料厂生产的成品渗硼剂。也可以将三分之一新的渗硼剂与用过的渗硼剂混合使用。
c，装箱装炉方法
装箱装炉方法与固体渗碳相同
d，渗硼工艺
1）渗硼温度
渗硼可在650～1000℃进行，常用850～950℃。
随着渗硼温度的提高，可以使渗硼速度加快和渗层增厚和缩短渗硼时间，但不能超过1000℃，因为温度过高会引起晶粒粗大并使渗层疏松。
2）渗硼时间
渗硼时间一般为3～5小时，最多不超过6小时。
保温时间不宜过长，因为会在渗层厚度增加不明显的情况下，使基体晶粒长大，渗层脆性增加，渗层与基体结合力弱。
3）渗硼后的淬火
3.1）随炉冷却到室温后再按基体材料的热处理工艺进行淬火回火处理；
3.2）随炉降温到基体材料的淬火温度保温2小时，直接出炉淬火、回火。
4）渗硼组织
（图33，渗硼组织，过度区为锯齿状，结合牢固，不易脱落。）
（图34，45钢渗硼组织）
（图35，Cr12钢渗硼组织）
c，渗硼层硬度
（图36，渗硼层硬度曲线）
第三章 高频感应加热的热处理
a，加热原理
利用电流的集肤效应，在零件表面形成电流进而加热工件，实现心部和表面不同的热处理状态。
感应淬火类型分为：工频、低频、中频、超音频、高频、超高频几种，根据淬硬深度需要来选择适用频率。淬硬层深度越大，所需频率越低，反之，则越高。
b，几种感应加热设备热处理特点
1）工频炉热处理的特点 ：
工频表面淬火适用于大型工件，如冷轧辊、钢轨及起重机车轮等。除表面淬火外，工频加热还常用于有色金属熔炼、钢件锻造加热、棒材及管材的正火、调质等。
工频淬火硬化层深度，常大于15mm。加热时失磁后在钢中透入70~80mm,但加热速度较慢(每秒几度)，因而不易过热，整个加热过程容易控制。
2）中频炉热处理的特点：
适用于加热深度在2～5mm各种钢的退火、正火、调质及淬火处理。
3）高频热处理的特点：
超高热效率，自动发热，以秒为单位，表面可快速加热至1000℃；
高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm， 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。
第二节，感应加热淬火工艺
高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。
a，感应加热线圈
感应加热设备中的感应器，是既通水又通很大的感应加热电流（最大时可达2400A）的感应线圈。
（图37，高频淬火感应线圈）
1，在绕制时应用铁模或木模，考虑到铜管绕制后有回弹量，故应使模具的尺寸稍小于所要求的尺寸；
2，当绕制半径较小时，应进行热绕，即在绕制时用乙炔火焰去烘烤弯曲部位的纯铜管，将绕制后的线圈校正到所要求的尺寸，并用夹具压紧。
3，在安装感应线圈时固定感应器的夹板和螺母，必须采用铜质材料。
4，感应线圈与淬火零件的距离越小越好，以零件加热旋转时不相互碰到引起短路为原则。
b，淬火温度
由于加热速度快，所以加热温度比正常淬火工艺高些，根据淬火材料不同，一般在800～1000℃范围。
c，淬火加热时间
淬火加热时间、加热频率与淬硬层深度有着密切的联系。
感应加热淬火表层淬硬层的深度，取决于交流电的频率，一般是频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。
常用的电流频率有：
高频加热：100～500KHZ，常用200～300KHZ，为电子管式高频加热，淬硬层深为0.5～2.5mm，适于中小型零件。
中频加热：电流频率为500～10000HZ，常用2500～8000HZ，电源设备为机械式中频加热装置或可控硅中频发生器。淬硬层深度2～10 mm。适于较大直径的轴类、中大齿轮等。
工频加热：电流频率为50HZ。采用机械式工频加热电源设备，淬硬层深可达10～20mm，适于大直径工件的表面淬火。
加热时间：频率高加热时间短，频率低加热时间长，相同频率时，加热时间长，零件加热深度深，反之则浅。
具体时间根据材料的成分和材料直径、厚度确定。
d，回火
根据零件硬度要求按照常规回火工艺进行回火。
高频淬火的具体工艺参数通常是通过具体产品的实际操作实验确定。
第四章 常用数据
第一节，各国常用钢牌号对照表
（图38）
（图39）
（图40）
（图41）
（图42）
（图38～42，各国常用钢号对照表）
第二节，常用钢的淬透性
淬透性是指在规定条件下用试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征，它主要取决于材料的临界淬火冷速的大小。
在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。
淬硬层深度，也叫淬透层深度，是指由钢的表面量到钢的半马氏体区（组织中马氏体占50%、其余50%为珠光体类型组织）组织处的深度（也有个别钢种如工具钢、轴承钢需要量到90%或95%的马氏体区组织处）。钢的淬硬层深度越大，就表明这种钢的淬透性越好。
钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。
（图43）
（图44）
（图42～43常用钢的临界淬透尺寸）
第三节，钢的淬硬性
淬硬性和淬透性是两个不同的概念。
淬硬性是指在理想的淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度，也称可硬性。
淬硬性指钢在淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。主要取决于马氏体中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。其他合金元素的影响比较小。淬透性才是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布表示。
第四节，几种硬度换算
（图45，常用黑色金属硬度换算对照表）
第五节，常用模具热处理工艺
（图46）
（图47）
（图48）
（图49）
（图46～49，常用模具钢的热处理工艺）
第五章 真空热处理
真空热处理即真空技术与热处理两个专业相结合的综合技术，是指热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的工艺技术。
我国将真空划分为低、中、高和超高真空。目前大多数真空热处理炉的工作真空度在1.33~1.33×10ˉ³Pa。
第一节，真空热处理的特点
真空热处理几乎可实现全部热处理工艺，如淬火、退火、回火、渗碳、氮化，在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬等，还可以进行真空钎焊、烧结、表面处理等。
真空热处理炉热效率高，可实现快速升温和降温，可实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面的磷屑，并有脱脂除气等作用，从而达到表面光亮净化的效果。一般来说，被处理的工件在炉内加热缓慢，内热温差较小，热应力小，因而变形小。产品合格率高。可降低成本，有除气作用，从而提高了工作的机械性能和使用寿命。工作环境好，操作安全，没有污染和公害。被处理的工件没有氢脆危险，对钛材和难熔金属壳防止表面氢脆，真空热处理工艺的稳定性和重复性好。这一系列的优点，开发真空热处理设备和工艺被越来越重视和应用越来越广。
第二节，真空热处理工艺
a，模具的真空淬火
1、预热和加热
低合金钢(40Cr、60Si2Mn等)、中合金钢(CrWMn、9SiCr、5CrNiMo等)可选择两级加热(如650℃预热→850℃淬火加热);
高合金钢(H13、Cr12MoV等)可选择三级加热(如650℃预热）→850℃预热→1030℃淬火加热)。
2、加热保温时间的选择
保温时间既要确保一定量的碳化物充分溶解，提高奥氏体中的合金含量，为二次硬化峰温度回火时有较明显的硬度回升提供保证，又不能产生过热而影响模具质量。
3、冷却方式
模具钢的真空淬火可采用油淬、气淬、水淬、硝盐淬火等。合金模具钢均可实施真空油淬，从而获得光亮的表面及合理的性能。与气冷淬火相比，因油冷速度快而容易获得高的韧性和强度。气冷淬火可获得更小的淬火畸变。
4、真空回火
采用真空炉(如WZH系列单室正压回火炉)回火的优点：控温准确、均匀;确保加热及保温阶段无氧化;可随炉缓冷，也可充气快冷。冷却过程可充入高纯度N2或高纯度N2与其他还原性气体的混合气(如H2)，确保冷却时不氧化、不着色。
回火加热速度为0.8min/mm，心部到温后最少保持2h。回火温度视硬度要求定。第一、第二次回火为强制性，第三次回火视技术要求和最终硬度而定，也可以省去。
5， 点典型零件的真空淬火工艺
b，真空退火
模具退火采用真空炉(如WZT系列单室真空炉，极限真空度0.1Pa)，将模块以60℃/h的速度缓慢加热到870℃，视模块有效尺寸决定保持时间(2～4h)，也可以待到温后保持0.8min/mm。保温阶段压力控制在0.1～10Pa。冷却时可在真空状态下进行炉冷，当温度低于500℃时，可充入1×105Pa的高纯度N2或高纯度N2与其他还原性气体(如H2)的混合气进行冷却，以确保模块表面无氧化、不着色。经退火后的模块硬度<235HBW，组织为珠光体+均匀分布的粒状碳化物。
5.1，H13模具钢等温退火工艺
真空炉压力0.1～10Pa，以≤200℃/h缓慢升至875～890℃并保持2～4h后，快冷至710～740℃保持3～4h，用高纯度氮气冷至100℃以下出炉。
5.2，Cr12MoV模具钢等温退火工艺
真空炉压力0.1～10Pa，以≤200℃/h缓慢升至830～870℃并保持2～4h后，快冷至720～740℃保持3～4h，用高纯度N2冷至100℃以下出炉。
第六章 热处理安全生产守则
第一节，易燃、易爆危险品的储存和使用
1，热处理车间存放的易燃、易爆危险品区域必须设置相应的安全标志牌，严禁烟火，每月检查一次保证安全标识牌的完好。
2，对贮存易燃、易爆有机液体或气体的容器必须区分隔离存放，不能混放，对存储容器的状态必须作严格标识，例如空瓶或满瓶等。
3，易燃、易爆危险品的贮存地点应保持良好的通风，不受潮，不爆晒，远离火源和热源，避免机械撞击。
4，应按各类物品的特性要求分别贮存，如氧气瓶不能与油脂类、乙炔放在一起，有机物渗剂不得与氧化剂放在一起等。
5，煤油、甲醇、回火油取用完，必须立即密封储存桶，防止挥发到空气中造成危险。
6，输送、贮氨的管道、阀门和仪表都不能用含铜合金的材料，否则会导致严重腐蚀，使其迅速损坏造成泄露。氨在高压下贮存，压力释放后，体积膨胀很大，贮瓶和贮罐的贮存环境温度不得高于50℃。
7，乙炔气瓶必须直立放置，严禁倾倒、卧放，防止丙酮流出。瓶中的气体均不得用尽，瓶内残余压力不得小于0.2-0.3MPa。
8，生产车间只作为供日常消耗物品的贮存场所，大批量的生产物料应贮存在各类库房内，严禁在车间存放大量的生产物料。
9，在安全隔离区不准有火源、可燃材料及与储罐无关的建筑设施，特别不准有地下孔、通风井等。
第二节，生产设备操作安全注意事项
操作人员要穿戴必须的劳动保护用品，即工作时必须穿工作服，带手套，不允许打赤背、着短裤、穿拖鞋。工作场地周围应保持整洁。
操作前必须认真检查设备的电气、测量仪表、机械保护装置等是否准确、灵敏，传动部件运转是否正常，严禁设备带故障工作。
对危及人身安全的设备及区域应设置安全标志牌，如高压设备（变压器、高频设备）、带电部位等均应设置。
每3-5月必须清理一次热处理生产车间的油污。
a，感应热处理（中频感应加热设备）
1，高、中频设备周围应保持场地干燥，并铺设耐25KV的高压绝缘橡胶和设置防护栏。
2， 高、中频设备冷却用水的温度不得低于车间内空气露点的温度。
3， 更换感应器、变压器变压比和补偿电容时，必须关断中频电源的主回路电源开关。
4，设备上电器部位发现漏水必须及时停止设备进行处理，防止造成电击伤。
5，对裸露在机壳外的淬火变压器应加以屏蔽。作业部位高频辐射的电场强度不超过20V/m，磁场强度不超过5A/m。
6，严格按设备的启动顺序启动高频和中频设备。当设备运转正常后方可进行淬火操作。
7，对中频电源参数调整完成后以及正式生产时，中频电源柜的门必须全部关上。
8， 高、中频感应加热用的感应器不得在空载时送电。
9，工件在淬火过程中如出现异常情况，应立即按急停按钮，切断高、中频电源。
10，严格按照标准作业指导书进行操作。
b，井式渗碳炉
1，经常检查电炉设备的接地和电缆绝缘。确保所有和带电部分绝缘的金属壳体、仪表托架、配电柜、电缆连接起壳体、金属外壳、导电电缆和金属保护管等都必须接地。
2，气体碳氮共渗时，从排气口排出的废气中含有有毒物质如一氧化碳等，必须点燃通过燃烧分解后排放。
3，渗碳炉要有良好的密封性。井式炉炉压应不低于200Pa。
4，井式渗碳炉的装炉量不得超过设备的最大装炉量。必须按照工艺要求控制每炉装炉量，避免由于装炉量过大，造成工件出炉进入开放式油槽淬火时，淬火油蒸气燃烧过旺而引发安全事故。
5，热处理炉的所有管道、阀门和接头都不允许漏气，并应经常检查。
6，工件出炉过程中必须切断加热电源和搅拌风扇电源，当风扇出现故障时应立即停止使用。
7，炉温低于760℃时，不得向炉内通入可控气氛，例如煤油和氨气。
8，往炉内送气时，排气管上的点火嘴应正常燃烧。
9，停炉期间，必须放空井式渗碳炉边上的煤油储罐中的煤油，并将这些剩余煤油储存在指定地点的密封油桶中待下次使用。
10，定期检查碳氮共渗工艺用料盘、料筐，如发现料盘、料筐上有明显裂纹应立即停止使用并交工装准备员修复，若经确定料盘、料筐无法满足正常的安全生产时作报废处理
11，严格按照标准作业指导书进行操作。
c， 密封箱式多用炉
1，在工艺过程中严禁同时打开前室和加热室炉门；停炉时应先在高温停气，然后打开双炉门，使炉气烧尽。在以上两种情况下开启炉门的瞬间，操作人员均不得站在炉门前以免被喷出的火焰烧伤。
2，操作员工在进行装卸料时，应尽量避免在加热炉炉门前方及附近进行操作。
3，炉内排出的废气必须点燃，整个渗碳过程中必须保持小火嘴处燃烧。
4，热处理炉的所有管道、阀门和接头都不允许漏气，并应经常检查。
5，定期检查碳氮共渗工艺用料盘、料筐，如发现料盘、料筐上有明显裂纹应立即停止使用并交工装准备员修复，若经确定料盘、料筐无法满足正常的安全生产时作报废处理
6，严格按照多用炉操作规程执行生产操作。
d，真空淬火炉
1，真空热处理炉是近年来得到较大发展的先进热处理设备，工件是在超低气压的空间里进行加热和冷却的。它具有质量好、节能、安全和污染少等优点。
2，真空炉的发热体用低压电，但电源电压仍为380V，操作时仍需要安全用电。
3，真空炉制造时，应确保不漏气、不漏水。真空炉炉体和炉盖等的密封是用橡胶件，因此需要用水隔层进行冷却。若水漏到炉膛里时，炉膛温度很高，会引起爆炸。真空炉处理的工件，应清洗净表面油污，同时避免淬火油槽的油蒸气进入炉膛。这些油蒸气和空气混合后将形成爆炸气氛，一旦有明火或通电时就会产生爆炸。所以真空炉装料后应关闭炉门，将炉膛抽成真空后，方可通电加热。
第三节，淬火及回火油槽操作安全注意事项
a， 淬火油槽
1， 连续淬火时，淬火油槽中应有足够的油量。淬火油槽内的淬火油数量不得低于标示位置。
2，工件出炉淬火前，必须用温度计检测淬火油油温，确保淬火前油温在50-80℃范围内。工件淬火后，必须保持接通压缩空气直到油温降至50-80℃范围内方可停止。
3，为防止油的局部过热和蒸气燃烧，油的循环搅拌措施也有安全生产功能。工件淬火前，必须先接通淬火油槽的压缩空气。
4，保持工作场地清洁，油槽附近严禁放置其他易燃易爆物品。
5，工件全部浸入淬火油后，接通压缩空气，再打开排风扇排风。
b， 回火油槽
1，井式渗碳炉使用的回火油闪点220℃，其工作温度应低于油闪点至少50℃，并应严格控制油温，使其不超过危险界限。
2， 定期用温度计检测回火油炉的控温仪表，防止仪表跑温从而引发回火油燃烧，如控温仪表偏差达20℃时，必须立即停止使用并报修。平时生产过程中如发觉回火油槽使用过程中有异常，必须用温度计检测回火油温是否正常。
3，控制回火料筐的装料量，防止由于回火料筐装料太多而造成回火油炉中的热油溢出，造成人身伤害或引发火灾。
4，回火料筐应缓慢浸入回火炉中，避免热油飞溅造成人身伤害。
5， 回火油炉正常使用时，必须开启油炉处的排风装置，保证工作现场空气的流通。
第四节，起重机械操作安全注意事项
1，起重机械必须处于正常良好状态，特别是安全装置如制动机构、连锁机构等必须灵敏完好。吊物不得从人身上越过。严禁人员在吊钩下停留或行走。工作终止时吊钩上不得悬挂重物。工件淬火后必须放置在滤油盘内滤油，严禁悬挂在吊钩上滤油。
2，吊钩表面应光滑，在使用1-3月后，要进行一次检查。当发现吊钩的危险断面其高度磨损超过10%时，或是用20倍放大镜观察表面发现有裂纹或发纹时即应更换。
3， 严禁用钢丝绳起吊灼热的工件。灼热的工件应使用钢棒制作的吊具或铁链。当发现吊具有严重的变形、裂纹时应强制更换。
4，淬火吊车必须有备用电源，以便在突然断电的情况下通过自动装置迅速将备用电源接通使吊车继续工作。
5，工件出炉前必须检查行车的运行状态是否正常，保持行车在工件淬火时能正常工作。
第六节，氧-乙炔焊操作安全注意事项
1，氧气瓶要避免和油脂接触，不可靠近高温地带，绝对不可撞击。
2，在点燃烧嘴前必须先用乙炔气把储气罐、管道和输气软管中的空气排出，以免在这些地方形成爆炸性的混合气。
3，氧气瓶和乙炔瓶、油脂以及其他易燃物不能储存在同一房间内。发生火灾时，应首先把氧气瓶和乙炔罐分别放在安全的地方。
4，如果从管道接头和软管泄露乙炔气体并闪现火花，应迅速关闭泄露处前面的阀门，并用湿布扑灭。
5，氧焊的火焰温度高达3100-3200℃，操作人员必须配戴防护眼镜以免造成眼损伤。
6，气瓶应与火源保持10m以上的距离，并避免暴晒、热辐射及电击。
7，应有防冻措施，当瓶口结冻时可用热水解冻，严禁用火烤，不得用有油污的手套开启氧气瓶。
8，应装有专用的气体减压阀，乙炔的最高工作压力禁止超过147kPa。
9，瓶中的气体均不得用尽，瓶内残余压力不得小于0.2-0.3MPa。
10，用来输送氧气、乙炔气的软管应采用不同颜色的胶管（推荐氧气用黑色胶管，乙炔用红色胶管）。
11，与乙炔接触的仪表、管子等零件，禁止使用紫铜或含铜量超过70%的铜合金制造。
（待续）
