淬火名詞解釋

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過(guò)共析鋼）以上溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過(guò)程的熱處理工藝稱為淬火。

淬火的目的

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)。

淬火的應(yīng)用

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。

淬火的工藝

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。

淬火加熱溫度

以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，加熱時(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1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℃。從圖上看，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。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。

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。-般鋼件奧氏體晶�？刂圃�5～8級(jí)。

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)。

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。

淬火的方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

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.

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。

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，這種工藝稱為回火。

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。

淬冷

工件淬火周期中的冷卻部分。

局部淬火

僅對(duì)工件需要硬化的局部進(jìn)行的淬火。

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。

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。

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。

鹽水淬火

以鹽類(lèi)的水溶液作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

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。

噴液淬火

用噴射液流作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。

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。

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。

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。

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。

透淬

工件從表面至心部全部硬化的淬火。

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。

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。

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。

直接淬火

工件滲入碳后直接淬火冷卻的工藝。

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。

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。

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