鋼的淬火操作工藝、方法

    將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過(guò)共析鋼)以上（30～50）℃某一溫度，保持一定時(shí)間，然后在水或油中快速冷卻的操作工藝稱為淬火。
　　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。鋼的淬火是熱處理工藝中*重要、也是用途*廣泛的工序，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(lái)確定。亞共析鋼是AC3+（30～50℃）；共析鋼和過(guò)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，則奧氏體晶粒會(huì)顯著粗大，從而破壞淬火后的材料性能。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(guò)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、耐磨性好，并且脆性相對(duì)較少。
　　過(guò)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)變成奧氏體，并有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(zhǎng)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(guò)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(guò)共析鋼的淬火加熱溫度高于AC1過(guò)多是不合適的。
　　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(duì)加熱溫度予以適當(dāng)調(diào)整。如合金鋼零件，通常取上限，對(duì)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，即保溫時(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(guò)冷奧氏體不發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變；在“鼻子"下方，特別使Ms點(diǎn)一下溫度時(shí)，冷卻速度應(yīng)盡量小，以減小組織轉(zhuǎn)變的應(yīng)力。
　　生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有:水、水溶液、油，另外還有熔鹽、熔堿等。
　　① 水：優(yōu)點(diǎn)是在650~550℃范圍內(nèi)有很大的冷卻能力，且**、價(jià)廉、對(duì)環(huán)境污染較小且易控制，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；其缺點(diǎn)是在300~200℃范圍內(nèi)冷卻仍很快，易引起鋼的淬裂。
　　② 食鹽水溶液：常用5%~15%的NaCl溶液，優(yōu)點(diǎn)是可增加650~550℃范圍內(nèi)的冷卻，且基本上不改變300~200℃時(shí)的冷卻能力，可避免淬火軟點(diǎn)，使硬度均勻，是工廠中*常用之淬火介質(zhì)。
　　③堿水溶液：常用5%~15%的NaOH水溶液，優(yōu)點(diǎn)是可增加650~550℃范圍內(nèi)的冷速，基本不改變300~200℃的冷卻能力，缺點(diǎn)是腐蝕性大，化學(xué)穩(wěn)定性差，易變質(zhì)。
　　④油：優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論在高溫650~550℃，還是在低溫300~200℃，冷卻中都很緩慢，且工件一般不易開裂。缺點(diǎn)是易燃，使用性質(zhì)會(huì)逐漸改變，價(jià)格高。
　　一般而言，碳素鋼淬火用水冷，合金鋼淬火用油冷。
　　4. 冷卻方法 生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用*廣泛的淬火分類是以冷卻方式的不同劃分的。主要有單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等。
　　特殊工件也采用壓縮空氣淬火、噴霧淬火、噴流淬火。
　?。?span lang="EN-US">1）單液淬火法 將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法。優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化，適用于形狀簡(jiǎn)單的工件，但此法水冷變形大，油冷難淬硬，可將油、水雙冷結(jié)合起來(lái)進(jìn)行如下的雙液淬火。
　?。?span lang="EN-US">2）雙液淬火法 將加熱的碳鋼先在水或鹽水中冷卻，冷到（300～400）℃時(shí)迅速移入油中冷卻，這種水淬油冷的方法稱為雙液淬火法。優(yōu)缺點(diǎn)：既可使工件淬硬，又能減少淬火的內(nèi)應(yīng)力，有效地防止產(chǎn)生淬火裂紋，主要用于形狀復(fù)雜的高碳工具鋼，如絲錐、板牙等。缺點(diǎn)是操作困難，技術(shù)要熟練。
　　（3）分級(jí)淬火法 分級(jí)淬火法是把加熱好的工件先投入溫度稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中快速冷卻停留一段時(shí)間，待其表面與心部達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 優(yōu)缺點(diǎn)：比雙液淬火進(jìn)一步減少了應(yīng)力和變形，操作較易。但由于鹽浴、堿浴的冷卻能力較小，故只適用于形狀較復(fù)雜、尺寸較小的工作。
　?。?span lang="EN-US">4）等溫淬火法 此法與分級(jí)淬火法相類似，只是在鹽浴或堿浴中的保溫時(shí)間要足夠長(zhǎng)，使過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變?yōu)橛懈邚?qiáng)韌性的下貝氏體組織，然后取出空冷。
　　優(yōu)缺點(diǎn)：由于淬火內(nèi)應(yīng)力小，能有效地防止變形和開裂，但此法缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期較長(zhǎng)又要一定設(shè)備，常用于薄、細(xì)而形狀復(fù)雜的尺寸要求**，并且要求強(qiáng)韌性高的工件，如成型刀具、模具和彈簧等。
　　5. 淬透性
　　淬透性是指材料獲得淬硬層深度的能力。
　　一般規(guī)定從工件表層深入到半馬氏體區(qū)(馬氏體與非馬氏體組織各占一半的地方易測(cè)定硬度)的深度為淬硬層深度。淬硬層越深，就表明鋼的淬透性越好，如果淬硬層深度達(dá)到心部，則表明該鋼全部淬透。
　　鋼的淬透性好壞對(duì)機(jī)械性能影響很大，但并非所有的機(jī)械零件都必須完全淬透。例如，承受彎、扭應(yīng)力的軸類零件，表面熱處理的零件等，只需要一定深度的淬硬層就已滿足使用要求。
　　鋼的淬透性主要決定于臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性就越好，反之，則降低鋼的淬透性。除Co以外，大多數(shù)合金元素都能顯著提高鋼的淬透性。
　　應(yīng)當(dāng)注意的是，淬透性和淬硬性是兩個(gè)不同的概念，不可混淆。淬硬性是指淬火后獲得的*高硬度，主要取決于馬氏體中的含碳量。淬透性好的鋼，它的淬硬性不一定高。如高碳工具鋼與低碳合金鋼相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低但淬透性高。