淬火工藝、淬火介質及冷卻方法

淬火工藝、淬火介質及冷卻方法

淬火工藝是將鋼加熱到AC3或AC1點以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當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、強度、耐磨性以滿足零件的使用性能。淬火工藝應用最為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工機床、氣動工具、鉆探機械、農機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機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，則此時鋼尚未完全奧氏體化，存在有部分未轉變的鐵素體，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不到要求，同時也會影響其他力學性能。若將亞共析鋼加熱到遠高于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小。

過共析鋼的淬火加熱溫度一般推薦為AC1+（30～50℃）。在實際生產中還根據情況適當提高20℃左右。在此溫度范圍內加熱，其組織為細小晶粒的奧氏體和部分細小均勻分布的未溶碳化物。淬火后除極少數殘余奧氏體外，其組織為片狀馬氏體基體上均勻分布的細小的碳化物質點。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，因為此時鋼材尚未奧氏體化。若加熱到略高于AC1溫度時，珠光體完全轉變承奧氏體，并又少量的滲碳體溶入奧氏體。此時奧氏體晶粒細小，且其碳的質量分數已稍高與共析成分。如果繼續升高溫度，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，會導致淬火變形傾向增大、淬火組織顯微裂紋增多及脆性增大。同時由于奧氏體含碳量過高，使淬火后殘余奧氏體數量增多，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。

在生產實踐中選擇工件的淬火加熱溫度時，除了遵守上述一般原則外，還要考慮工件的化學成分、技術要求、尺寸形狀、原始組織以及加熱設備、冷卻介質等諸多因素的影響，對加熱溫度予以適當調整。如合金鋼零件，通常取上限，對于形狀復雜零件取下限。

強韌化新工藝選用的淬火加熱溫度與常用淬火溫度有所區別。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、短時加熱淬火，適當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間的辦法，可減少奧氏體的碳含量，提高鋼的韌性。

（2） 保溫時間

為了使工件內外各部分均完成組織轉變、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間，既保溫時間。

（3） 淬火介質

工件進行淬火冷卻所使用的介質稱為淬火冷卻介質（或淬火介質）。理想的淬火介質應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，以減小急冷所產生的熱應力；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生非馬氏體轉變；在“鼻子”下方，特別使Ms點一下溫度時，冷卻速度應盡量小，以減小組織轉變的應力。