热处理加热保温时间的369法则

    本文介绍了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.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(1)

    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问。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660mm直径的45钢工件，其保温时间公需60min×30％=20min。

    2.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问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的保温时问如果为100min，根据369法则，新的保温时问为：100min×60％=60min。

    3.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％。

    4.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％作为保温时问。

    5.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(2)

    T2＝6D(3)

    T3=9D(4)

    式中：T1为第一次预热时间/h；T2为第二次预热时问/h；T3为最终保温时间/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，最大温差出现在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。

    二、真空加热保温时的369法则

    传统的真空炉加热保温时问的计算公式如下所示

    T1=30+(1.5～2)D(5)

    T2=30+(1.0～1.5)D(6)

    T3=20+(0.25～0.5)D(7)

    式中：D为工件有效厚度/m；T1为第一次预热时间/min；T2为第二次预热时间/min；T3为最终保温时间/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)(8)

    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：

    G≤300kg：T真1=T真2=T真3=30+D(9)

    G=301—600kg：T真1=T真2＝T真3=(30—60)+D(10)

    G=601—900kg：T真l＝T真2：T真3=(60—90)+D(11)

    G≥901kg：T真1=T真2=T真3=90+D(12)

    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，第一次预热保温时，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，第一次预热时间应取上限值，第二次预热取中限值，最终热处理取下限值。对于普通合金结构钢工件或变形要求不太严格的工件，第一次预热的时间可以取下限值，而在最终加热时取上限值。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，第一次和第二次预热时可以取下限，最终加热时，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(13)

    G=601—900kg：T真1=T真2＝T真3=60+D(14)

    G≥901kg：T真1=T真2=T真3＝90+D(15)