淬火的定义、方法及应用

1、 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程淬火的定义、方法及应用主讲教师：雷伟斌西安航空职业技术学院淬火的定义、方法及应用一、引言钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。二、淬火的定义将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050，保温一定的时间使之奥氏体化后，以大于

2、马氏体临界冷却速度快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺，称为淬火。其主要目的是为了获得马氏体，与适当的回火工艺配合，以得到零件所要求的机械性能。这是强化钢材最重要的热处理工艺方法。钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。Wc 0.5的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。奥氏体高锰钢的水韧处理，奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不是强化合金，而是抑制第二相析出。高锰钢的水韧

3、处理是为了达到韧化的目的。奥氏体不锈钢固溶处理是为了提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处理，则是时效硬化前的预处理过程。3、 淬火方法及应用1. 淬火介质的分类与要求根据物理特性，淬火介质可分为如下两大类：（1）淬火时发生物态变化的淬火介质 包括水、油和水溶液等，其沸点远低于工件的淬火加热温度，赤热工件淬入其中后会汽化沸腾，使工件强烈散热，此外，在工件与介质的界面上还可以以辐射、传导、对流等方式进行热交换；（2）淬火时不发生物态变化的淬火介质 包括各种熔盐、熔融金属等，其沸点高于工件的淬火加热温度，赤热工件淬入其中时不会汽化沸腾，而只以辐射、传导和对流方式进行热交换。对淬火介质一般

4、的要求是：无毒、无味、经济、安全可靠；不易腐蚀工件，淬火后易清洗；成分稳定，使用过程中不易变质；在过冷奥氏体不稳定的中温区有足够的冷却速度，在低温马氏体转变区有较缓慢的冷却速度，以保证淬火质量；在使用时，介质粘度应较小，以增加对流传热能力和减少损耗。2. 淬火冷却方法图2 各种淬火冷却方法的冷却曲线示意图1单液淬火 2双液淬火3分级淬火 4等温淬火时间温度MsAc14321不同淬火冷却方法的选择应按工件的材料及其对组织、性能、尺寸精度的要求来定。显然，在保证技术条件要求的前提下应选择最简便最经济的淬火冷却方法。（1）单液淬火单液淬火是将奥氏体化后的工件直接淬人一种淬火介质中连续冷却至室温的方法

5、（图2曲线1）。此时对一定成分和尺寸的工件来说，淬火组织性能与所用淬火介质的冷却能力有重大关系。目前各种新型淬火介质主要适用于这种单液淬火。由于该工艺过程简单、操作方便、经济，适合大批量作业，故在淬火冷却中应用最广泛。对于形状复杂、截面变化突然的某些工件，单液淬火时往往在截面突变处因淬火应力集中而导致开裂，此时可以将工件自淬火温度取出后先预冷一段时间，然后再淬火，以降低工件进入淬火介质前的温度，减少工件与淬火介质间的温差，从而减少淬火变形和开裂倾向。（2）双液淬火由于单液淬火不能满足某些工件对组织性能及控制变形的要求，所以采用先后在两种介质中进行冷却的方法，如水一油、油一空气等。其作用是在过冷

6、奥氏体转变曲线的鼻尖处快速冷却避免过冷奥氏体分解，而在Ms点以下缓慢冷却以减小变形和开裂（图2曲线2）。例如，对于某些淬透性较差的钢（如高碳钢）用盐水淬火易裂，用油淬不硬，往往采用水一油双液淬火。即在高温区用盐水快速冷却来抑制过冷奥氏体的分解，至400左右转入油中缓慢冷却以减少淬火应力，通常用水中停留时间来控制工件温度。经验表明，对碳素工具钢工件一般以每3mm有效厚度停留1s计算；对形状复杂者每4-5mm在水中停留1s；大截面低合金钢可以按每mm有效厚度停留1.5、3s计算。双液淬火法要求较熟练的操作技术，否则，难于掌握好。（3）分级淬火分级淬火是将奥氏体化后的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐

7、浴或碱浴炉中保温一段时间，待工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温（图2 曲线3）。这种淬火方法可保证工件表面和心部马氏体转变同时进行，并在缓慢冷却条件下完成，不仅减小了淬火热应力，而且显著降低组织应力，因而有效地减小或防止了工件淬火变形和开裂，同时克服了双液淬火时间难以控制的缺点。但这种淬火方法由于冷却介质温度较高，工件在浴炉中冷却较慢，而保温时间又有限制，大截面零件难以达到其临界淬火速度。因此，分级淬火只适用于尺寸较小的工件，如刀具、量具和要求变形很小的精密工件。“分级”温度也可在略低于钢Ms点的浴炉中保温，此时由于温度较低，冷却速度较快，恒温停留中已有部分奥氏体转变为马氏体，当工件

8、取出空冷时，剩余奥氏体发生马氏体转变。因此，这种淬火方法适用于较大尺寸的工件。（4）等温淬火它是将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度的盐浴中等温足够长的时间，使之转变为下贝氏体组织，然后在空气中冷却的淬火方法（图2曲线4）。等温淬火实际上是分级淬火的进一步发展，所不同的是等温淬火获得下贝氏体而不是马氏体。等温淬火的加热温度通常比普通淬火高些，目的是提高奥氏体的稳定性，防止发生珠光体类型组织转变。等温温度和时间视工件组织和性能要求，根据钢的过冷奥氏体转变曲线确定。由于等温温度比分级淬火高，减小了工件与淬火介质间的温差，从而减小了淬火热应力；又因贝氏体体积比马氏体小，而且工件内外温度一致，故淬火组织应力也较小。因此，等温淬火可以显著减小工件变形和开裂倾向，适于处理形状复杂、尺寸要求精密的工具和重要的机器零件，如模具、刀具、齿轮等。同分级淬火一样，等温淬火也只能适用于尺寸较小的工件。（5）冷处理许多钢的马氏体转变终了点（Mf）低于室温，淬火冷却到室温时，马氏体或贝氏体相变不完全，故室温下的淬火组织中保留一定数量的残留奥氏体。为使残留奥氏体继续转变为马氏体，则要求将淬火工件继续深冷到零下温度进行“冷处理”。因此，实际上冷处理是淬火过程的继续。实践表明，在一般情况下，冷处理的温度