淬火工藝、淬火介質(zhì)及冷卻方法－熱處理工藝

    淬火工藝是將鋼加熱到AC3或AC1點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻獲得馬氏體和（或）貝氏體組織的熱處理工藝。 

    淬火的目的是提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性以滿足零件的使用性能。淬火工藝應(yīng)用最為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、切削加工機(jī)床、氣動(dòng)工具、鉆探機(jī)械、農(nóng)機(jī)具、石油機(jī)械、化工機(jī)械、紡織機(jī)械、飛機(jī)等零件都在使用淬火工藝。 

    （1） 淬火加熱溫度 

    淬火加熱溫度根據(jù)鋼的成分、組織和不同的性能要求來確定。亞共析鋼是AC3+（30～50℃）；共析鋼和過共析鋼是AC1+（30～50℃）。 

     亞共析鋼淬火加熱溫度若選用低于AC3的溫度，則此時(shí)鋼尚未完全奧氏體化，存在有部分未轉(zhuǎn)變的鐵素體，淬火后鐵素體仍保留在淬火組織中。鐵素體的硬度較低，從而使淬火后的硬度達(dá)不到要求，同時(shí)也會(huì)影響其他力學(xué)性能。若將亞共析鋼加熱到遠(yuǎn)高于AC3溫度淬火，則奧氏體晶粒回顯著粗大，而破壞淬火后的性能。所以亞共析鋼淬火加熱溫度選用AC3+（30～50℃），這樣既保證充分奧氏體化，又保持奧氏體晶粒的細(xì)小。 

    過共析鋼的淬火加熱溫度一般推薦為AC1+（30～50℃）。在實(shí)際生產(chǎn)中還根據(jù)情況適當(dāng)提高20℃左右。在此溫度范圍內(nèi)加熱，其組織為細(xì)小晶粒的奧氏體和部分細(xì)小均勻分布的未溶碳化物。淬火后除極少數(shù)殘余奧氏體外，其組織為片狀馬氏體基體上均勻分布的細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)。這樣的組織硬度高、耐磨性號，并且脆性相對較少。 

     過共析鋼的淬火加熱溫度不能低于AC1，因?yàn)榇藭r(shí)鋼材尚未奧氏體化。若加熱到略高于AC1溫度時(shí)，珠光體完全轉(zhuǎn)變承奧氏體，并又少量的滲碳體溶入奧氏體。此時(shí)奧氏體晶粒細(xì)小，且其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已稍高于共析成分。如果繼續(xù)升高溫度，則二次滲碳體不斷溶入奧氏體，致使奧氏體晶粒不斷長大，其碳濃度不斷升高，會(huì)導(dǎo)致淬火變形傾向增大、淬火組織顯微裂紋增多及脆性增大。同時(shí)由于奧氏體含碳量過高，使淬火后殘余奧氏體數(shù)量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此過共析鋼的淬火加熱溫度高于AC1太多是不合適的，加熱到完全奧氏體化的ACm或以上溫度就更不合適。 

    在生產(chǎn)實(shí)踐中選擇工件的淬火加熱溫度時(shí)，除了遵守上述一般原則外，還要考慮工件的化學(xué)成分、技術(shù)要求、尺寸形狀、原始組織以及加熱設(shè)備、冷卻介質(zhì)等諸多因素的影響，對加熱溫度予以適當(dāng)調(diào)整。如合金鋼零件，通常取上限，對于形狀復(fù)雜零件取下限。 

     強(qiáng)韌化新工藝選用的淬火加熱溫度與常用淬火溫度有所區(qū)別。如亞溫淬火是亞共析鋼在略低于AC3的溫度奧氏體化后淬火，這樣可提高韌性，降低脆性轉(zhuǎn)折溫度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亞溫淬火加熱溫度為AC3－（5～10℃）。 

    采用高溫淬火可獲得較多的板條狀馬氏體或使全部板條馬氏體提高強(qiáng)度和韌性。如16Mn鋼在940℃淬火，5CrMnMo鋼在890℃淬火，20CrMnMo鋼在920℃淬火，效果較好。 

    高碳鋼低溫、快速、短時(shí)加熱淬火，適當(dāng)降低高碳鋼的淬火加熱溫度，或采用快速加熱及縮短保溫時(shí)間的辦法，可減少奧氏體的碳含量，提高鋼的韌性。 

    （2） 保溫時(shí)間 

    為了使工件內(nèi)外各部分均完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解及奧氏體的成分均勻化，就必須在淬火加熱溫度保溫一定時(shí)間，既保溫時(shí)間。 

    （3） 淬火介質(zhì) 

     工件進(jìn)行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)（或淬火介質(zhì)）。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應(yīng)力。這就要求在C曲線的“鼻子”以上溫度緩冷，以減小急冷所產(chǎn)生的熱應(yīng)力；在“鼻子”處冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證過冷奧氏體不發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變；在“鼻子” 下方，特別是Ms點(diǎn)以下溫度時(shí)，冷卻速度應(yīng)盡量小，以減小組織轉(zhuǎn)變的應(yīng)力。

      常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。

  ● 水 

     水是冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)。來源廣、價(jià)格低、成分穩(wěn)定不易變質(zhì)。缺點(diǎn)是在C曲線的“鼻子”區(qū)（500～600℃左右），水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會(huì)形成“軟點(diǎn)”；而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（300～100℃），水處于沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，致使工件變形甚至開裂。當(dāng)水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(zhì)（如油、肥皂、泥漿等），均會(huì)顯著降低其冷卻能力。因此水適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。 

 ● 鹽水和堿水 

    在水中加入適量的食鹽和堿，使高溫工件浸入該冷卻介質(zhì)后，在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質(zhì)在高溫區(qū)的冷卻能力。其缺點(diǎn)是介質(zhì)的腐蝕性大。一般情況下，鹽水的濃度為10％，苛性鈉水溶液的濃度為10％～15％�？捎米魈间摷暗秃辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì)，使用溫度不應(yīng)超過60℃，淬火后應(yīng)及時(shí)清洗并進(jìn)行防銹處理。 

● 油 

    冷卻介質(zhì)一般采用礦物質(zhì)油（礦物油）。如機(jī)油、變壓器油和柴油等。機(jī)油一般采用10號、20號、30號機(jī)油，油的號越大，黏度越大，閃點(diǎn)越高，冷卻能力越低，使用溫度相應(yīng)提高。