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CNC 合金的热处理与状态代号

CNC 合金的状态代号：钢的淬火+回火硬度随温度变化，6061-O 至 T651、7075-T73 与 17-4PH H900 至 H1150，并给出 NACE 限制。

碳钢与合金钢——热处理工艺及典型硬度

工艺作用典型硬度典型应用适用标准
Annealing加热到临界温度以上或附近，然后在炉内极慢冷却，以软化并消除应力160–217 HB (grade-dependent)机加工毛坯、冷成形、重新淬火前的去应力GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412
Normalizing加热到 Ac3/Acm 以上 30–50 °C，然后在静止空气中冷却，以细化晶粒并均匀组织187–300 HB (grade-dependent)大型锻件、淬火易变形的重要结构件GB/T 16923; ASTM A29
Quenching + tempering奥氏体化后在水或油中淬成马氏体，再加热到 Ac1 以下回火，以消除应力并调整硬度24–57 HRC (depends on tempering temperature)成品工程零件：轴、齿轮、紧固件GB/T 16924; ASTM A29
Quench and high temper (Q&T)淬火后在 500–650 °C 高温回火，得到回火索氏体，强度与韧性配合最佳28–34 HRC (common supply band)连杆、螺栓、齿轮、承受交变载荷的轴GB/T 16924; GB/T 7232
如何读这张表。 典型值会随牌号、截面尺寸和炉次工艺变化；设计应以适用标准和材质单为准。图纸上的淬火+回火（Q&T）指淬火后在大约 500–650 °C 进行高温回火——这是一个组合状态代号，不是独立工艺。未回火的淬火马氏体脆性大，不用于服役状态。

退火态与正火态 1045 钢的硬度分别是多少？

退火 1045 约为 160–200 HB（热轧态典型 163 HB），正火 1045 约为 187 HB、抗拉强度 640 MPa——正火用部分切削性能换取更高、更均匀的强度。

状态抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）硬度来源
Hot-rolled / annealed565 (typical hot-rolled)31016163 HB; annealed band 160–200 HBS21 / S22 / S5
Normalized64041022187 HBS6 / S5
Quenched and tempered———220–290 HBS5
As-quenched (water, surface)———55–60 HRCS5
Flame / induction hardened (surface)———55–58 HRC, case depth 1.5–5 mmS5

4140 钢预硬态供货硬度是多少？

预硬 4140 到货硬度为 28–34 HRC；按标准热处理在 540 °C 回火后为 28–32 HRC、抗拉强度 1,000–1,100 MPa。铬和钼使 4140 的淬透性远好于 1045，因此在大截面下仍能保持回火硬度——大棒料请核对材质单，因为硬度会随截面尺寸下降。

状态 / 回火温度抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）硬度来源
Annealed~655~41525197–217 HBS4
Normalized~1,020~65017250–300 HBS4
As-quenched (oil)———55–60 HRCS4
Q&T at 205 °C~2,000~1,600852–57 HRCS4
Q&T at 315 °C~1,700~1,4501045–50 HRCS4
Q&T at 425 °C~1,400~1,2501238–42 HRCS4
Q&T at 540 °C (standard HT)1,000–1,100850–9501828–32 HRCS4
Q&T at 650 °C (high ductility)~850~7002224–28 HRCS4
Pre-hardened as-supplied———28–34 HRCS4

钢在淬火后、回火前有多硬？

1045（水淬）和 4140（油淬）淬火态都约为 55–60 HRC——但这种未回火马氏体太脆，不能服役，因此所有淬火件在使用前都要回火到工作硬度。

钢种淬火介质淬火态（HRC）回火后使用硬度备注
1045Water55–60220–290 HB (Q&T)淬透性低的碳钢；大截面心部会软化
4140Oil55–6028–32 HRC (tempered at 540 °C)Cr-Mo 合金钢，淬透性深；大截面优先选它

淬火+回火是什么意思，为什么要规定？

淬火+回火是指淬成马氏体后再加热到临界温度以下；淬火+高温回火（500–650 °C）得到回火索氏体——通常为 28–32 HRC——是轴和齿轮强度与韧性配合最好的状态。回火总是用硬度换韧性：同一 4140 淬火后为 55–60 HRC，随着回火温度从 205 °C 升到 650 °C，硬度从 52–57 HRC 降到 24–28 HRC。

钢种Q&T 供货区间仅淬火后为什么要回火
1045220–290 HB55–60 HRC (water)未回火马氏体在服役中会开裂；回火以可控的硬度损失换回韧性
414028–34 HRC pre-hard55–60 HRC (oil)500–650 °C 高温回火形成回火索氏体——这是轴和齿轮通常规定的状态

6061-T6 比 6061-O 强多少？

6061-T6 的抗拉强度为 310 MPa（45 ksi），6061-O 为 125 MPa（18 ksi）——约为 2.5 倍——屈服强度分别为 276 与 55 MPa，硬度分别为 95 与 30 HB；全部差异来自热处理，而不是合金成分。标准最小值与典型值并列：6061-T6 板材和厚板必须达到 290 MPa（42 ksi）抗拉和 240 MPa（35 ksi）屈服，而 310/276 MPa 是典型值。

合金与状态抗拉强度，MPa（ksi）屈服强度，MPa（ksi）伸长率（%）硬度（HB）来源
6061-O125 (18)55 (8)25–2730S7 / S8
6061-T4 / T451240 (35)145 (21)2265S7 / S8
6061-T6 / T651310 (45)276 (40)12–1595S7 / S8

6061-T651 比 6061-T6 强吗？

不强——两者抗拉都是 310 MPa（45 ksi）、屈服 276 MPa。T651 在淬火后增加 1–3% 的永久拉伸以消除淬火应力，因此加工时尺寸更稳定；板材和面板类零件从 T651 毛坯开始，原因就在这里。

状态工艺力学差异适用标准来源
O完全退火——加热后缓慢冷却到最软状态强度最低，成形性最好ISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S19 / S7
T4固溶处理后，在室温自然时效强度中等，仍可成形ISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S15 / S7
T6固溶处理后，人工时效到峰值强度该合金的最高强度ISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S15 / S7
T651T6 加 1–3% 拉伸，在时效前去应力强度与 T6 相同；加工时尺寸稳定性更好ISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S7 / S24
T73固溶处理后，进行两级过时效强度低于 T6；抗应力腐蚀性能好得多；主要用于 7xxx 系AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880S9 / S2

T73 是什么状态，什么时候该选它？

T73 是为航空零件抗应力腐蚀而选用的两级过时效状态。7075-T73 的强度有两个已发表口径，保留为两行——ASM Handbook 典型值 505 MPa 和 ASTM B209 板材规范 460–475 MPa——两者绝不取平均。6061 不供应 T73 状态，所以这组数字由 7075 承担。

适用口径抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率（%）硬度来源
7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference)50543513—S1 / S2
7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec)460–475385–3905–8126–140 HBS9
7075-T6 — typical, for comparison572 (83 ksi)503 (73 ksi)——S7

17-4PH 最强的标准时效状态是哪一个？

H900，在 482 °C（900 °F）时效 1 小时，抗拉强度最低 1,310 MPa（190 ksi）、屈服最低 1,170 MPa（170 ksi）、硬度至少 40 HRC——是三个标准状态中强度最高、韧性最低的一端。所有数值均为 ASTM A564 / AMS 5643 的棒材规范最小值。

状态时效温度 / 时间抗拉强度最小值，MPa（ksi）屈服强度最小值，MPa（ksi）伸长率最小值（%）硬度夏比 V 型缺口（ft-lb）来源
H900482 °C (900 °F) / 1 h1,310 (190)1,170 (170)10≥40 HRC (typical 44)10–15 (low)S3 / S23
H1025552 °C (1,025 °F) / 4 h1,070 (155)1,000 (145)12≥35 HRC (typical 38)35–45 (moderate)S3 / S23
H1150621 °C (1,150 °F) / 4 h930 (135)725 (105)1628–33 HRC (typical 33)60–80 (high)S3 / S23

17-4PH 哪个状态的韧性最高？

H1150，在 621 °C 时效，抗拉强度最低保持 930 MPa（135 ksi）、伸长率 16%、硬度 28–33 HRC——是三者中夏比韧性最高的。从 H900 到 H1150，抗拉强度下降约 30%、屈服下降约 38%，伸长率从 10% 升到 16%：更高的时效温度使富铜析出相粗化，用强度换韧性。夏比值为纵向代表性区间，会随产品形态和方向变化。

状态夏比 V 型缺口（ft-lb）伸长率（%）硬度最适合
H90010–15 (low)10≥40 HRC最高强度、无冲击或低温要求的零件
H102535–45 (moderate)12≥35 HRC通用平衡状态
H115060–80 (high)1628–33 HRC面向冲击和低温的零件；也是符合 NACE 的选择

17-4PH 能用于 NACE 酸性气体工况吗？

只有 H1150——或经逐炉验证实际硬度不超过 33 HRC 的 H1025——才符合 NACE MR0175 / ISO 15156-3；最低 40 HRC 的 H900 不符合。规则由硬度决定：酸性气体工况的硬度上限是 33 HRC。

状态规范硬度NACE MR0175 状态备注
H900≥40 HRC (typical 44)Not qualified远超 33 HRC 的酸性工况硬度上限
H1025≥35 HRC (typical 38)Conditional仅在逐炉验证实际硬度不超过 33 HRC 时可用
H115028–33 HRC (typical 33)Compliant酸性气体工况的标准选择

这些数值怎么用

  • 标注 min 的数值是适用标准（ASTM / AMS）的规范最小值；未标注的是典型值，会随产品形态、截面尺寸和炉次工艺变化——设计应以适用标准和材质单为准。
  • 钢的硬度随截面尺寸下降（尺寸效应）：4140 预硬 28–34 HRC 适用于供货棒材尺寸，大截面请核对材质单，不要直接套用目录值。
  • 代表性热处理参数：6061 固溶处理 530 °C 水淬，T6 人工时效 160 °C 约 18 h 或 177 °C 约 8 h，退火到 O 状态 413 °C；7075-T73 两级时效 110 °C 8 h 加 175 °C 8 h，固溶处理为 475 °C 90 min 后自然时效 3 天。
  • 17-4PH 的各状态来自同一固溶态母材（约 1040 °C 冷却后的 Condition A），在不同温度时效——H 编号就是时效温度（°F）。棒材用 ASTM A564/A564M，板材和薄板用 ASTM A693，航空件用 AMS 5643/5604；中国对应牌号 05Cr17Ni4Cu4Nb 见 GB/T 1220。
  • 淬火但未回火的马氏体（两种锚定钢均为 55–60 HRC）是加工和磨削的危险状态，不是交货状态——订购退火、正火或淬火+回火状态的钢材，其余交给热处理厂。

常见问题

退火态与正火态 1045 钢的硬度分别是多少？
退火 1045 约为 160–200 HB（典型 163 HB），正火 1045 约为 187 HB、抗拉强度 640 MPa。
4140 钢预硬（淬火+回火）供货状态的硬度是多少？
预硬 4140 通常为 28–34 HRC；按标准热处理在 540 °C 回火后为 28–32 HRC、抗拉强度 1,000–1,100 MPa。
钢在淬火后、回火前有多硬？
1045（水淬）和 4140（油淬）淬火态都约为 55–60 HRC，但未回火马氏体太脆，不能服役。
淬火+回火是什么意思，为什么要规定？
淬火加 500–650 °C 高温回火，形成回火索氏体，通常为 28–32 HRC——是轴和齿轮强度与韧性配合最好的状态。
6061-T6 比 6061-O 强多少？
6061-T6 抗拉强度 310 MPa（45 ksi），6061-O 为 125 MPa（18 ksi）——约为 2.5 倍。
6061-T651 比 6061-T6 强吗？
不强——两者抗拉都是 310 MPa（45 ksi）、屈服 276 MPa；T651 增加 1–3% 拉伸去应力，因此加工时尺寸更稳定。
T73 是什么状态，什么时候该选它？
两级过时效状态：7075-T73 按 ASM Handbook 抗拉强度为 505 MPa（按 ASTM B209 板材为 460–475 MPa），用于抗应力腐蚀。
17-4PH 最强的标准时效状态是哪一个？
H900，在 482 °C 时效 1 小时：抗拉强度最低 1,310 MPa（190 ksi），硬度至少 40 HRC——韧性是三者中最低的。
17-4PH 哪个状态的韧性最高，适合冲击或低温零件？
H1150，在 621 °C 时效：抗拉强度 930 MPa（135 ksi）、伸长率 16%、硬度 28–33 HRC，是三者中夏比韧性最高的。
17-4PH 能用于 NACE 酸性气体工况吗？
只有 H1150，或经逐炉验证最大 33 HRC 的 H1025，才符合 NACE MR0175；最低 40 HRC 的 H900 不符合。

标准与来源

  • S1——ASM Metals Handbook 第 2 卷（Properties and Selection: Nonferrous Alloys），第 10 版：7075-T73 典型值
  • S2——关于 AA7075 锻件的同行评议研究（PMC）：T73 时效序列与 ASM 基准值
  • S3——JN Alloys，17-4PH 热处理：H900 / H1025 / H1150 状态数据（已与 ASTM A564 最小值交叉核对）
  • S4——Nifty Alloys，4140 钢热处理：按温度列出的回火曲线
  • S5——steelstandart 的 1045 牌号数据：退火态、Q&T 与淬火态硬度
  • S6——已发表材质单，1045 中抗拉碳钢棒材，正火性能
  • S7——Tech Steel，6061（UNS A96061）性能：逐状态典型值与 7075-T6 对比
  • S8——Weltstahl，Aluminum 6061 数据表：力学性能典型值
  • S9——7075-T73 / T7351 板材与厚板数据：按厚度列出的力学性能（ASTM B209 口径）
  • S14——ISO 2107，铝材状态代号（中国对应 GB/T 16475）；S15——AZoM 铝材分类；S19——GB/T 16475；S24——铝材状态指南（T651 预拉伸做法）
  • S21 / S22——1045 退火态数据（The World Material；SAE 1045 材质数据）；S23——Alloy 17-4PH 速查表：硬度与夏比区间
  • 适用标准承载最低值：ASTM A564/A564M、ASTM A693、ASTM B209/B221、AMS 4078/5643/5604、ISO 2107、SAE J412、GB/T 16923、GB/T 16924、GB/T 7232、GB/T 1220、NACE MR0175 / ISO 15156-3
  • MatWeb 未采用（robots.txt 禁止自动访问）；分销商数据表只有典型值列，规范最小值以 ASTM / AMS / GB 原文为准

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