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淬火（鋼鐵熱處理的工藝）是鋼的熱處理工藝之一，通過(guò)將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫），進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。淬火
本詞條是多義詞，共2個(gè)義項
鋼鐵熱處理的工藝
基本信息
| 中文名 | 淬火 |
| 外文名 | quenching |
| 拼音 | cuì huǒ |
| 別名 | 蘸火 |
| 本質(zhì) | 熱處理工藝 |
| 領(lǐng)域 | 金屬材料加工 |
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基本介紹
淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度進(jìn)行冷卻，從而獲得以馬氏體為主的不平衡組織（也有根據需要獲得貝氏體或保持單相奧氏體）的一種熱處理工藝方法。淬火是鋼熱處理工藝中應用最為廣泛的工種工藝方法。
鋼鐵熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
退火
將工件加熱到適當溫度，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻（冷卻速度最慢）目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準備。
正火
將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
回火
為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當溫度進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱(chēng)為回火。
工件加熱奧氏體化后以適當方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。最常見(jiàn)的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。
退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。
操作目的
淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿(mǎn)足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿(mǎn)足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。
將金屬工件加熱到某一適當溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性
，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過(guò)淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性下降及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿(mǎn)足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì )使工件內部產(chǎn)生內應力，當其大到一定程度時(shí)工件便會(huì )發(fā)生扭曲變形甚至開(kāi)裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類(lèi)。
淬火設備
工藝流程
包括加熱、保溫、冷卻3個(gè)階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個(gè)階段工藝參數選擇的原則。
淬火加熱溫度
以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據，加熱淬火時(shí)要形成細小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖1所示。由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上30～50℃。從圖上看，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體（A）區內，故稱(chēng)為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于A(yíng)c1、低于A(yíng)c3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。過(guò)共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體（A+C）雙相區。因而過(guò)共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對于過(guò)共析鋼，若加熱溫度過(guò)高，先共析滲碳體溶解過(guò)多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長(cháng)大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區內應力增加，微裂紋增多，零件的變形和開(kāi)裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點(diǎn)下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度參見(jiàn)上圖冊中的表，表為常用鋼種淬火的加熱溫度。
實(shí)際生產(chǎn)中，加熱溫度的選擇要根據具體情況加以調整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時(shí)可選用溫度上限；若工件形狀復雜，變形要求嚴格等要采用溫度下限。
淬火保溫
淬火保溫時(shí)間由設備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內部溫度均勻趨于一致。對各類(lèi)淬火，其保溫時(shí)間最終取決于在要求淬火的區域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。一般鋼件奧氏體晶?？刂圃?～8級。
淬火冷卻
要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過(guò)程中轉變成低溫亞穩相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過(guò)程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉變成馬氏體的情況。為保證整個(gè)截面上都轉變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內部由于熱脹冷縮不均勻造成內應力，可能使工件變形或開(kāi)裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。
冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節。
工件硬度
淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定其HRC值。
由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應力會(huì )造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎上，消除冷裂紋的手段之一。
淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過(guò)大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問(wèn)題，此時(shí)應考慮在鋼材中加入鉻等合金來(lái)增加強度。
淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內部有較大的淬火內應力，因而不宜直接應用，必須進(jìn)行回火。
操作方式
單介質(zhì)淬火
工件在一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現機械化，應用廣泛。缺點(diǎn)是在水中淬火應力大，工件容易變形開(kāi)裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。
雙介質(zhì)淬火
工件先在較強冷卻能力介質(zhì)中冷卻到300℃左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉變的內應力，減小工件變形開(kāi)裂的傾向，可用于形狀復雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉換的時(shí)刻，轉換過(guò)早容易淬不硬，轉換過(guò)遲又容易淬裂。為了克服這一缺點(diǎn)，發(fā)展了分級淬火法。
分級淬火
工件在低溫鹽浴或堿浴爐中淬火，鹽浴或堿浴的溫度在Ms點(diǎn)附近，工件在這一溫度停留2min～5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工件內外溫度較為均勻，同時(shí)進(jìn)行馬氏體轉變，可以大大減小淬火應力，防止變形開(kāi)裂。分級溫度以前都定在略高于Ms點(diǎn)，工件內外溫度均勻以后進(jìn)入馬氏體區。改進(jìn)為在略低于Ms點(diǎn)的溫度分級。實(shí)踐表明，在Ms點(diǎn)以下分級的效果更好。例如，高碳鋼模具在160℃的堿浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小，所以應用很廣泛。
等溫淬火
工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區的下部（稍高于Ms），工件等溫停留較長(cháng)時(shí)間，直到貝氏體轉變結束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫淬火。
表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時(shí)通過(guò)快速加熱，使剛件表面很快到淬火的溫度，在熱量來(lái)不及穿到工件心部就立即冷卻，實(shí)現局部淬火。
感應淬火
寒粹
以浸入冷卻能力強的寒冰水溶液，作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。
局部淬火
僅對工件需要硬化的局部進(jìn)行的淬火。
氣冷淬火
專(zhuān)指在真空中加熱和在高速循環(huán)的負壓、常壓或高壓的中性和惰性氣體中進(jìn)行的淬火冷卻。
風(fēng)冷淬火
以強迫流動(dòng)的空氣或壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。
鹽水淬火
以鹽類(lèi)的水溶液作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。
有機溶液淬火
以有機高分子聚合物的水溶液作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。
噴液淬火
用噴射液流作為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻。
噴霧冷卻
雙液淬火
工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力強的介質(zhì)，在組織即將發(fā)生馬氏體轉變時(shí)立即轉入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻。
加壓淬火
工件加熱奧氏體化后再特定夾具夾持下進(jìn)行的淬火冷卻，其目的在于減少淬火冷卻畸變。
工件從表面至心部全部硬化的淬火。
工件加熱奧氏體化后快冷卻到貝氏體轉變溫度區間等溫保持，使奧氏體變成貝氏體的淬火。
工件加熱奧氏體化后浸入溫度稍高或稍低于M1點(diǎn)的堿浴或鹽浴中保持適當時(shí)間、在工件整體達到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體的淬火。
亞溫淬火
直接淬火
工件滲入碳后直接淬火冷卻的工藝。
兩次淬火
工件滲碳冷卻后，先高于A(yíng)c3的溫度奧氏體化并淬冷以細化心部組織，隨即在略髙于A(yíng)c3的溫度奧氏體化以細化滲層組織的淬火。
自冷淬火
工件局部或表層快速加熱奧氏體化后，加熱區的熱量自行向未加熱區傳到，從而使奧氏體化區迅速冷卻的淬火。
工藝應用
淬火工藝在現代機械制造工業(yè)得到廣泛的應用。機械中重要零件，尤其在汽車(chē)、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經(jīng)過(guò)淬火處理。為滿(mǎn)足各種零件千差萬(wàn)別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時(shí)相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火（對于亞共析鋼，該法又稱(chēng)亞臨界淬火）；按冷卻時(shí)相變的內容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。
此外，由于次貨方法各有其特點(diǎn)及局限性，故均在一定條件下獲得應用，其中應用最普遍的是感應加熱表面淬火及火焰淬火。激光束加熱和電子束加熱是目前迅速發(fā)展著(zhù)的高能密度加熱淬火方法，由于其有一些其它加熱方法所沒(méi)有的特點(diǎn)，因而正為人們所矚目。
表面淬火廣泛應用于中碳調質(zhì)鋼或球墨鑄鐵制的機器零件。因為中碳調質(zhì)鋼經(jīng)過(guò)預先處理（調質(zhì)或正火）以后，再進(jìn)行表面淬火，既可以保持心部有較高的綜合機械性能，又可使表面具有較高的硬度（>HRC50）和耐磨性。例如機床主軸、齒輪、柴油機曲軸、凸輪軸等?；w相當于中碳鋼成分的珠光體鐵素體基的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等原則上均可進(jìn)行表面淬火，而以球墨鑄鐵的工藝性能為最好，且又有較高的綜合機械性能，所以應用最廣。
高碳鋼表面淬火后，盡管表面硬度和耐磨性提高了，但心部的塑性及韌性較低，因此高碳鋼的表面淬火主要用于承受較小沖擊和交變載荷下工作的工具、量具及高冷硬軋輥。
由于低碳鋼表面淬火后強化效果不顯著(zhù)，故很少應用。
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