钢材的热处理工艺

淬火

HardeningorQuenching

cuihuǒ

(行业内，淬读"zàn"音，即读“zànhuǒ〞〕

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3〔亚共析钢〕或Ac1〔过共析钢〕以上某一温度，保温一段时刻，使之全部或局部奥氏体[1]化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下〔或Ms四面等温〕进行马氏体〔或贝氏体〕转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲乏强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也能够通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁性、耐蚀性等特别的物理、化学性能。

淬火能使钢强化的全然缘故是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织〔或贝氏体组织〕。

钢淬火工艺最早的应用见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。

淬火工艺最早的史料记载见于?汉书.王褒传?中的“清水焠其峰〞。

“淬火〞在专业文献上，人们写的是“淬火〞，而读起来又称“蘸火〞。“蘸火〞已成为专业口头交流的习用词，但文献中又瞧不到它的存在。也确实是根基讲，淬火是标准词，人们不读它，“蘸火〞是常用词，人们却不写它，这是我国文字中不多见的现象。

淬火是“蘸火〞的正词，淬火的古词为蔯火，本义是灭火，引申义是“将高温的物体急速冷却的工艺〞。“蘸火〞是冷僻词，属于现代词，是文字改革后出现的产物，“蘸〞字本义与淬火无关。“蘸火〞本词为“湛火〞，“湛〞字读音同“蘸〞，而其字形又与水、火有关，符合“水与火合为蔯〞之意，字义与“淬火〞相通。“湛火〞为本词，“蘸火〞那么为假借词。

淬火

将金属工件加热到某一适当温度并维持一段时刻，随即浸进淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火能够提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求外表耐磨的零件〔如齿轮、轧辊、渗碳零件等〕。通过淬火与不同温度的回火配合，能够大幅度提高金属的强度、韧性及疲乏强度，并可获得这些性能之间的配合〔综合机械性能〕以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特别性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺要紧用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸进水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目应该实是根基为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲曲折折曲曲折折折折变形甚至开裂。为此必须选择适宜的冷却方法。依据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。

淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法：

淬火工件的硬度碍事了淬火的效果。淬火工件一般采纳洛氏硬度计，测试HRC硬度。淬火的薄硬钢板和外表淬火工件可测试HRA的硬度。厚度小于的淬火钢板、浅层外表淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒，可改用外表洛氏硬度计，测试HRN

硬度。

在焊接中碳钢和某些合金钢时，热碍事区中可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接过程中要设法防止的。

由于淬火后金属硬而脆，产生的外表剩余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不碍事硬度的根底上，消除冷裂纹的手段之一。

淬火对厚度、直径较小的零件使用比立适宜，关于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样咨询题，现在应考虑在钢材中参加铬等合金来增加强度。

淬火是钢铁材料强化的全然手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相(表1)，故钢件淬火能够获得高硬度、高强度。然而，马氏体的脆性特别大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直截了当应用，必须进行回火。

表1钢中铁基固溶体的显微硬度值

淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都通过淬火处理。为满足各种零件干差万不的技术要求，开展了各种淬火工艺。如，按同意处理的部位，有整体、局部淬火和外表淬火；

按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火(关于亚共析钢，该法又称亚临界淬火)；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。

工艺过程包括加热、保温、冷却3个时期。下面以钢的淬火为例，介绍上述三个时期工艺参数选择的原那么。

加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示。

由本图示出的淬火温度选择原那么也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30～50℃。从图上瞧，高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，那么高温下局部先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全(或亚临界)淬火。过共析钢淬火温度为Ac1温度以上30～50℃，这温度范围处于奥氏体与渗碳体(A+C)双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。关于过共析钢，假设加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，那么奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下落，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性落低。常用钢种淬火的温度参见表2。

表2常用钢种淬火的加热温度

实际生产中，加热温度的选择要依据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限，当装炉量较多，欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限；假设工件外形复杂，变形要求严格等要采纳温度下限。

保温时刻由设备加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。对整体淬火而言，保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致。对各类淬火，其保温时刻最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。

加热与保温是碍事淬火质量的重要环节，奥氏体化获得的组织状态直截了当碍事淬火后的性能。-般钢件奥氏体晶粒操纵在5～8级。

冷却方法要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相——马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，

外表与心部的冷却速度有-定差异，要是这种差异足够大，那么可能造成大于临界冷却速度局部转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。然而冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。

冷却时期不仅零件获得合理的组织，到达所需要的性能，而且要维持零件的尺寸和外形精度，是淬火工艺过程的要害环节。

分类可按冷却方式分为单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。冷却方式的选择要依据钢种、零件外形和技术要求诸因素。

单液淬火将工件加热后使用单一介质冷却，最常使用的有水和油两种，其变、温曲曲折折曲曲折折折折线如图2中的曲曲折折曲曲折折折折线1。为防止工件过大的变形和开裂，工件不宜在介质中冷至室温，可在200～300℃出水或油，在空气中冷却。单液淬火操作简单易行，广泛用于外形简单的工件。有时将工件加热后，先在空气中停留-段时刻，再淬进淬火介质中，以减少淬冷过程中工件内部的温差，落低工件变形与开裂的倾向，称为预冷淬火。

图2各种淬火冷却的变温曲曲折折曲曲折折折折线示意图曲曲折折曲曲折折折折线1-单液淬火；曲曲折折曲曲折折折折线2-双液淬火；曲曲折折曲曲折折折折线3-分级淬火；曲曲折折曲曲折折折折线4-等温淬火

双液淬火工件加热后，先淬进水或其他冷却能力强的介质中冷却至400℃左右，迅速转进油或其他冷却能力较弱的介质中冷却。变温曲曲折折曲曲折折折折线如图2中曲曲折折曲曲折折折折线2。所谓“水淬油冷〞法使用得相当普遍。先淬进冷却能力强的介质，工件快速冷却可防止钢中奥氏体分解。低温段转进冷却能力较弱的介质可有效减少工件的内应力，落低工件变形和开裂倾向。本工艺的要害是如何操纵在水中停留的时刻。依据经验，按工件厚度计算在水中停留的时刻，系数为O.2～O.3s/ mm，碳素钢取上限，合金钢取下限。这种工艺适用于碳素钢制造的中型零件(直径10～40mm)和低合金钢制造的较大型零件。

分级淬火工件加热后，淬进温度处于马氏体点(ms)四面的介质(可用熔融硝盐、碱或热油)中，停留一段时刻，然后取出空冷。变温曲曲折折曲曲折折折折线如图2中曲曲折折曲曲折折折折线3。分级温度应选择在该钢种过冷奥氏体的稳定区域，以保证分级停留过程中不发生相变。关于具有中间稳定区(“两个鼻子〞)型TTT曲曲折折曲曲折折折折线的某些高合金钢，分级温度也可