【专业课干货】热处理“四把火”--淬火

01

淬火的概念及目的

1

定义

将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上（30～50）℃，保温后在水或油中快速冷却的操作工艺称为淬火。

2

目的

一般是为了获得马氏体组织，随后再配合适当的回火，以获得多种多样的使用性能。

02

淬火的工艺

1

淬火温度

碳钢的加热温度主要由钢中的含C量根据Fe-Fe3C相图来确定，如图所示为淬火加热温度范围。  

对于亚共析钢，适宜的淬火温度为Ac3＋（30～50）℃， 淬火后获得均匀细小的马氏体组织。若温度过低(于Ac1～Ac3之间)，在淬火组织中将出现铁素体，造成淬火硬度不足。若加热远远超过Ac3以上，将使A晶粒长大，淬火后得到粗大M，使钢性能下降， 但对于某些合金钢为了使其中合金元素完全溶于A中，温度可适当提高。

45钢(含0.45%C)正常淬火组织

对于过共析钢，适宜的淬火温度为Ac1＋（30～50）℃， 淬火后的组织为马氏体和粒状二次渗碳体。如果加热温度过高(在Accm以下)，脆性极大，钢的硬度和耐磨性降低。若淬火温度过低，得到非马氏体组织，钢的硬度达不到要求。  

T12钢（含1.2%C）正常淬火组织

2

淬火冷却介质

要得到马氏体，淬火的冷却速度就必须大于该钢种的临界冷却速度，而快冷总是不可避免地要造成很大的内应力，往往会引起钢件的变形和开裂。冷却介质对钢的理想淬火冷却速度应是“慢――快――慢”。  

理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。

生产中常用的冷却介质有:水、水溶液、油等。  

　　水：在（650～400）℃范围内冷速很大，保证工件获得马氏体组织，但在300℃以下冷却能力仍然很强，工件易发生变形和开裂， 这是水的最大弱点。一般用于形状简单碳钢件的淬火。  

　　盐水：冷却能力比一般清水还强，因为工件表面的结晶盐发生爆炸，破坏了包围工件的蒸汽膜，有利于散热。  

  油类淬火剂：多为矿物油，一般用于合金钢或小尺寸碳钢件的淬火。

3

常用的淬火方法

是对淬火冷却介质不能完全满足要求的补充，即利用现有各种淬火剂的不同特点，扬长避短，以保证淬火质量。  

　（1）单液淬火法  

将加热的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温的操作方法。  

优缺点：操作简单，易实现机械化与自动化，适用于形状简单的工件，但此法水冷变形大，油冷难淬硬，可将油、水双冷结合起来进行如下的双液淬火。  

　（2）双液淬火法   

将加热的碳钢先在水或盐水中冷却，冷到（300～400）℃时迅速移入油中冷却，这种水淬油冷的方法称为双液淬火法。  

优缺点：既可使工件淬硬，又能减少淬火的内应力，有效地防止产生淬火裂纹，主要用于形状复杂的高碳工具钢，如丝锥、板牙等。缺点是操作困难，技术要熟练。 

（1、2、3、4分别为单液淬火，双液淬火，分级淬火、等温淬火）

（3）分级淬火法   

　　分级淬火法是把加热好的工件先投入温度稍高于Ms点的盐浴或碱中快速冷却停留一段时间，待其表面与心部达到介质温度后取出空冷，使之发生马氏体转变。  

　　优缺点：比双液淬火进一步减少了应力和变形，操作较易。但由于盐浴、碱浴的冷却能力较小，故只适用于形状较复杂、尺寸较小的工作。  

（4）等温淬火法   

　　此法与分级淬火法相类似，只是在盐浴或碱浴中的保温时间要足够长，使过冷奥氏体等温转变为有高强韧性的下贝氏体组织，然后取出空冷。  

　　优缺点：由于淬火内应力小，能有效地防止变形和开裂，但此法缺点是生产周期较长又要一定设备，常用于薄、细而形状复杂的尺寸要求精确，并且要求强韧性高的工件，如成型刀具、模具和弹簧等。

03

钢的淬透性概念

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定义

淬透性是指钢获得淬硬层深度的能力。  

按理，淬硬层的深度应该是全淬成马氏体的深度，但实际上，一般规定从工件表层深入到半马氏体区(马氏体与非马氏体组织各占一半的地方易测定硬度)的深度为淬硬层深度。淬硬层越深，就表明钢的淬透性越好，如果淬硬层深度达到心部，则表明该钢全部淬透。 

钢的淬透性好坏对机械性能影响很大，但并非所有的机械零件都必须完全淬透。例如，承受弯、扭应力的轴类零件，表面热处理的零件等，只需要一定深度的淬硬层就已满足使用要求，  

同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。

淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。 

钢的淬透性主要决定于临界冷却速度，临界冷却速度越小，钢的淬透性就越好，反之，则降低钢的淬透性。除Co以外，大多数合金元素都能显著提高钢的淬透性。  

注意：淬透性和淬硬性是两个不同的概念，不可混淆。淬硬性是指淬火后获得的最高硬度，主要取决于马氏体中的含碳量。淬透性好的钢，它的淬硬性不一定高。如高碳工具钢与低碳合金钢相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低但淬透性高。

@文章来源于：热处理小讲堂

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