淬火簡(jiǎn)介

淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度進(jìn)行冷卻，從而獲得以馬氏體為主的不平衡組織（也有根據(jù)需要獲得貝氏體或保持單相奧氏體）的一種熱處理工藝方法。淬火是鋼熱處理工藝中應(yīng)用最為廣泛的工種工藝方法。

鋼鐵熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

淬火退火

將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻（冷卻速度最慢）目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。

淬火正火

將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。

淬火回火

為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱(chēng)為回火。

淬火淬火

工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。最常見(jiàn)的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。

退火、正火、淬火 、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。

淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。

將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過(guò)淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性下降及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開(kāi)裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火4類(lèi)。

包括加熱、保溫、冷卻3個(gè)階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個(gè)階段工藝參數(shù)選擇的原則。

淬火淬火加熱溫度

以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，加熱淬火時(shí)要形成細(xì)小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖《淬火加熱溫度》所示，由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac₃溫度以上30～50℃。從《淬火加熱溫度》圖中可以看出高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體（A）區(qū)內(nèi)，故稱(chēng)為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac₁、低于Ac₃溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。過(guò)共析鋼淬火溫度為Ac₁溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體（A C）雙相區(qū)。因而過(guò)共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對(duì)于過(guò)共析鋼，若加熱溫度過(guò)高，先共析滲碳體溶解過(guò)多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長(zhǎng)大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開(kāi)裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點(diǎn)下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度如圖《淬火加熱溫度》所示，表為常用鋼種淬火的加熱溫度。

實(shí)際生產(chǎn)中，加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當(dāng)裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時(shí)可選用溫度上限；若工件形狀復(fù)雜，變形要求嚴(yán)格等要采用溫度下限。

淬火淬火保溫

淬火保溫時(shí)間 由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對(duì)整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對(duì)各類(lèi)淬火，其保溫時(shí)間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。一般鋼件奧氏體晶?？刂圃?～8級(jí)。

淬火淬火冷卻

要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過(guò)程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個(gè)截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強(qiáng)的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開(kāi)裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。

冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達(dá)到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

淬火工件硬度

淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計(jì)測(cè)定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測(cè)定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計(jì)測(cè)定其HRC值。

在焊接中碳鋼和某些合金鋼時(shí)，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過(guò)程中要設(shè)法防止的。

由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會(huì)造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。

淬火對(duì)厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對(duì)于過(guò)大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問(wèn)題，此時(shí)應(yīng)考慮在鋼材中加入鉻等合金來(lái)增加強(qiáng)度。

淬火是鋼鐵材料強(qiáng)化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強(qiáng)度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力，因而不宜直接應(yīng)用，必須進(jìn)行回火。

淬火單介質(zhì)淬火

工件在一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開(kāi)裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。

淬火雙介質(zhì)淬火

工件先在較強(qiáng)冷卻能力介質(zhì)中冷卻到300℃左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件變形開(kāi)裂的傾向，可用于形狀復(fù)雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過(guò)早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過(guò)遲又容易淬裂。為了克服這一缺點(diǎn)，發(fā)展了分級(jí)淬火法。

淬火分級(jí)淬火

工件在低溫鹽浴或堿浴爐中淬火，鹽浴或堿浴的溫度在Ms點(diǎn)附近，工件在這一溫度停留2min～5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級(jí)淬火。分級(jí)冷卻的目的，是為了使工件內(nèi)外溫度較為均勻，同時(shí)進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，可以大大減小淬火應(yīng)力，防止變形開(kāi)裂。分級(jí)溫度以前都定在略高于Ms點(diǎn)，工件內(nèi)外溫度均勻以后進(jìn)入馬氏體區(qū)。改進(jìn)為在略低于Ms點(diǎn)的溫度分級(jí)。實(shí)踐表明，在Ms點(diǎn)以下分級(jí)的效果更好。例如，高碳鋼模具在160℃的堿浴中分級(jí)淬火，既能淬硬，變形又小，所以應(yīng)用很廣泛。

淬火等溫淬火

工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區(qū)的下部（稍高于Ms），工件等溫停留較長(zhǎng)時(shí)間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫淬火。

淬火表面淬火

表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時(shí)通過(guò)快速加熱，使剛件表面很快到淬火的溫度，在熱量來(lái)不及穿到工件心部就立即冷卻，實(shí)現(xiàn)局部淬火。

淬火感應(yīng)淬火

感應(yīng)加熱就是利用電磁感應(yīng)在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而將工件進(jìn)行加熱。

淬火寒粹

以浸入冷卻能力強(qiáng)的寒冰水溶液，作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

淬火局部淬火

僅對(duì)工件需要硬化的局部進(jìn)行的淬火。

淬火氣冷淬火

專(zhuān)指在真空中加熱和在高速循環(huán)的負(fù)壓、常壓或高壓的中性和惰性氣體中進(jìn)行的淬火冷卻。

淬火表面淬火

僅對(duì)工件表層進(jìn)行的淬火，其中包括感應(yīng)淬火、接觸電阻加熱淬火、火焰淬火、激光淬火、電子束淬火等。

淬火風(fēng)冷淬火

以強(qiáng)迫流動(dòng)的空氣或壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

淬火鹽水淬火

以鹽類(lèi)的水溶液作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

淬火有機(jī)溶液淬火

以有機(jī)高分子聚合物的水溶液作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

淬火噴液淬火

用噴射液流作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

淬火噴霧冷卻

工件在水和空氣混合噴射的霧中進(jìn)行的淬火冷卻。

淬火熱浴冷卻

工件在熔鹽、熔堿、熔融金屬或高溫油等熱浴中進(jìn)行的淬火冷卻，如鹽浴淬火、鉛浴淬火、堿浴淬火等。

淬火雙液淬火

工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻。

淬火加壓淬火

工件加熱奧氏體化后再特定夾具夾持下進(jìn)行的淬火冷卻，其目的在于減少淬火冷卻畸變。

淬火透淬

工件從表面至心部全部硬化的淬火。

淬火等溫淬火

工件加熱奧氏體化后快冷卻到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持，使奧氏體變成貝氏體的淬火。

淬火分級(jí)淬火

工件加熱奧氏體化后浸入溫度稍高或稍低于M1點(diǎn)的堿浴或鹽浴中保持適當(dāng)時(shí)間、在工件整體達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體的淬火。

淬火亞溫淬火

亞共析鋼制工件在Ac1-Ac3溫度區(qū)間奧氏體化后淬火冷卻，獲得馬氏體及鐵素體組織的淬火。

淬火直接淬火

工件滲入碳后直接淬火冷卻的工藝。

淬火兩次淬火

工件滲碳冷卻后，先高于Ac3的溫度奧氏體化并淬冷以細(xì)化心部組織，隨即在略髙于Ac3的溫度奧氏體化以細(xì)化滲層組織的淬火。

淬火自冷淬火

工件局部或表層快速加熱奧氏體化后，加熱區(qū)的熱量自行向未加熱區(qū)傳到，從而使奧氏體化區(qū)迅速冷卻的淬火。

淬火工藝在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械中重要零件，尤其在汽車(chē)、飛機(jī)、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過(guò)淬火處理。為滿足各種零件千差萬(wàn)別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時(shí)相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火（對(duì)于亞共析鋼，該法又稱(chēng)亞臨界淬火）；按冷卻時(shí)相變的內(nèi)容，有分級(jí)淬火，等溫淬火和欠速淬火等。

此外，由于次貨方法各有其特點(diǎn)及局限性，故均在一定條件下獲得應(yīng)用，其中應(yīng)用最普遍的是感應(yīng)加熱表面淬火及火焰淬火。激光束加熱和電子束加熱是目前迅速發(fā)展著的高能密度加熱淬火方法，由于其有一些其它加熱方法所沒(méi)有的特點(diǎn)，因而正為人們所矚目。

表面淬火廣泛應(yīng)用于中碳調(diào)質(zhì)鋼或球墨鑄鐵制的機(jī)器零件。因?yàn)橹刑颊{(diào)質(zhì)鋼經(jīng)過(guò)預(yù)先處理（調(diào)質(zhì)或正火）以后，再進(jìn)行表面淬火，既可以保持心部有較高的綜合機(jī)械性能，又可使表面具有較高的硬度（>HRC 50）和耐磨性。例如機(jī)床主軸、齒輪、柴油機(jī)曲軸、凸輪軸等?；w相當(dāng)于中碳鋼成分的珠光體鐵素體基的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等原則上均可進(jìn)行表面淬火，而以球墨鑄鐵的工藝性能為最好，且又有較高的綜合機(jī)械性能，所以應(yīng)用最廣。

高碳鋼表面淬火后，盡管表面硬度和耐磨性提高了，但心部的塑性及韌性較低，因此高碳鋼的表面淬火主要用于承受較小沖擊和交變載荷下工作的工具、量具及高冷硬軋輥。

由于低碳鋼表面淬火后強(qiáng)化效果不顯著，故很少應(yīng)用。 2100433B

當(dāng)前真空高壓氣冷淬火技術(shù)發(fā)展較快，相繼出現(xiàn)了負(fù)壓（<1×105Pa）高流率氣冷、加壓（1×105～4×105Pa）氣冷、高壓（5× 105～10×105Pa）氣冷、超高壓一（10×105～20×105Pa）氣冷等新技術(shù)，不但大幅度提高了真空氣冷淬火能力，且淬火后工件表面光亮度好，變形小，還有高效、節(jié)能、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。真空高壓氣冷淬火的用途是材料的淬火和回火，不銹鋼和特殊合金的固溶、時(shí)效，離子滲碳和碳氮共滲，以及真空燒結(jié)，釬焊后的冷卻和淬火。用6×105Pa高壓氮?dú)饫鋮s淬火時(shí)、被冷卻的負(fù)載只能是松散型的，高速鋼（W6Mo5Cr4V2）可淬透至70～100mm，高合金熱作模具鋼（如 4Cr5MoSiV）可達(dá)25～100mm,金冷作模具鋼（如Cr12）可達(dá)80～100mm。用10×105Pa高壓氮?dú)饫鋮s淬火時(shí)，被冷卻負(fù)載可以是密集型的，比6×105Pa冷卻時(shí)負(fù)載密度提高約30%～4O%。用20×105Pa超高壓氮?dú)饣蚝夂偷獨(dú)獾幕旌蠚饫鋮s淬火時(shí)，被冷卻負(fù)載是密集的并可捆綁在一起。其密度較6×105Pa氮?dú)饫鋮s時(shí)提高80%～150%，可冷卻所有的高速鋼、高合金鋼、熱作工模具鋼及Cr13%的鉻鋼和較多的合金油淬鋼，如較大尺寸的9Mn2V鋼。具有單獨(dú)冷卻室的雙室氣冷淬火爐的冷卻能力優(yōu)于相同類(lèi)型的單室爐。2×105Pa氮?dú)饫鋮s的雙室爐的冷卻效果和4×105Pa的單室爐相當(dāng)。但運(yùn)行成本、維修成本低。由于我國(guó)基礎(chǔ)材料工業(yè)（石墨、鉬材等）和配套元器件（電動(dòng)機(jī)）等水平有待提高。所以在提高6×105Pa單室高壓真空護(hù)質(zhì)量的同時(shí)，發(fā)展雙室加壓和高壓氣冷淬火爐比較符合我國(guó)的國(guó)情。

淬火設(shè)備主要分為中頻淬火爐，高頻淬火爐，工頻淬火爐，還有及其配套電源。數(shù)控淬火機(jī)床，一體化淬火機(jī)床。在感應(yīng)設(shè)備網(wǎng)上有大量淬火相關(guān)設(shè)備。

淬火設(shè)備主要由淬火機(jī)床、中高頻電源、冷卻裝置三大部分組成；其中淬火機(jī)床由床身、上下料機(jī)構(gòu)、夾緊、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、淬火變壓器及諧振槽路、冷卻系統(tǒng)、淬火液循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成，淬火機(jī)床一般都是單工位；淬火機(jī)床從結(jié)構(gòu)上有立式和臥式兩大類(lèi)，用戶可根據(jù)淬火工藝選擇淬火機(jī)床，對(duì)于特殊零件或特殊工藝，可根據(jù)加熱工藝要求設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用淬火機(jī)床。