淬火知识全攻略：从概念到先进工艺，一文读懂淬火原理及操作

今天要跟大家分享的是有关淬火的一些知识！

本文的要点如下：

1.淬火概念

2.淬火原理

3.淬火目的

4.淬火前的准备

5.淬火规范

6. 淬火操作

7.淬火工艺

8.检验方法

9. 传统淬火存在的问题

10、影响工件冷却速度的因素

11、淬火气体类型对冷却速度的影响

12.四种常用的淬火气体

13.不同结构的气流方式

14. 纵向横截面

15.先进的淬火技术

由于文章太长，您可以选择对您有帮助的内容！

淬火概念

淬火是指将钢加热到临界温度以上，保温，然后以大于临界冷却速度的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

淬火原理

气淬过程中，工件的热量主要靠循环气体的强制对流传热带走，当其他因素不变时，对流传热系数越大，淬火时间越短，冷却速度越快。

淬火目的

1、提高各种切削刀具、冷作模具等工件的硬度和耐磨性。

2.赋予工件所要求的综合力学性能，如中碳钢的回火。

3、使工件获得特殊的物理、化学性能。例如，对磁钢进行淬火，可增加其铁磁性。

传统淬火方法及常用介质

淬火方式：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火

常见淬火介质：水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱

淬火前准备

1、检查工件表面，不允许有凹痕、裂纹、锈迹、油污或其它污物，油污可用碱洗，锈迹可用喷砂或冷酸清洗。

2、准备好淬火所需工具，检查设备是否完好。

3、检查温控仪表指示是否正确。

4、若工件形状复杂，包括不需要淬火的孔洞、尖角或厚度变化较大的地方，为防止变形及淬火裂纹的危险，应采用堵漏或包裹石棉的方法，保证工件各部分加热、冷却温度均匀。

5、工件表面不得有氧化、脱碳现象，应采用硼砂酒精溶液涂刷表面。

覆盖。

淬火规范

1.加热温度

（1）亚共析钢的淬火加热温度为Ac3+30~50"C。一般在空气炉中加热比在盐浴中加热高10~30"C。当采用油或硝酸盐淬火介质时，淬火加热温度应比水淬高20"C左右。

（2）共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1+30~50℃，一般合金钢的淬火加热温度为Ac1或Ac3+30~50℃。

（3）应根据合金碳化物溶解到奥氏体的程度来选择高速钢、高铬钢和不锈钢。对过热和脱碳敏感性大的钢不易获得上限温度。

（4）低碳马氏体钢淬透性较低，应提高淬火温度，以提高淬透性；中碳钢、中碳合金钢应适当提高淬火温度，以减少淬火后板条状马氏体的相对量，提高钢的韧性；高碳钢采用低温淬火或快速加热，以限制奥氏体中固溶碳的量，增加淬火后板条状马氏体的含量，降低淬火钢的脆性。另外，提高淬火温度也会使淬火后残余奥氏体的量增加。

2.加热方式

（1）模具：将模具放入室温或300-400℃的炉内，在550-600℃下保温一段时间。

（2）将弹簧或原材料（已调质处理）放入达到淬火温度的炉中。

3.保温时间

加热保温时间由零件达到规定的工艺温度所需的加热时间（t1）、热透时间（t2）和组织转变所需的时间（t3）组成。t1+t2由设备功率、加热介质、工件尺寸、装炉量等因素决定，t3则与钢的成分、组织及热处理技术要求有关。普通碳素钢和低合金钢热透后保温5～15min即可满足组织转变的要求，合金结构钢热透后应保温15～25min。高合金工具钢、不锈钢等为使原组织中的碳化物溶解，应在不使奥氏体晶粒过粗大的前提下，适当提高奥氏体化温度，缩短保温时间。

4.加热速度

对于形状复杂、畸变不大或由合金钢制成的大型铸锻件，必须控制加热速度，以保证减小淬火畸变和开裂倾向。一般以30~70℃/h的极限速度升温至600~700℃，经过一段时间的均热后，再以50~100℃/h的速度升温。形状简单的中、低碳钢和直径小于400mm的中碳合金结构钢，可直接在炉内加热。

5. 冷却

（1）根据钢的种类选择冷却方式（参阅《热处理手册》-工艺基础P161-162）。

（2）冷却水温度不得超过40℃。

（3）工件冷却到300～400℃时，水的冷却能力太强，容易使工件产生裂纹，特别是工件过热时。

（4）应将工件在水中上下、左右移动或用力搅动水。

（5）淬火油应保持在20～-60℃。

（6）油池应保持清洁，定期清除盐渣或脏杂质，一般2-3天更换或过滤一次。

6.淬火介质的使用

（1）根据淬火介质的技术要求和冷却性能，正确选择各种淬火介质。

（2）淬火介质不应对热处理工件产生严重的腐蚀。

（3）水槽内的水和水溶液不应含有过量的有害物质。

（4）油箱中的淬火油中混入少量的水是极其有害的，会引起淬火软点或

畸变。其水分含量应小于0.05%（质量分数）。

（5）淬火介质搅拌均匀后，从淬火槽的代表部位或者中心开始，将淬火介质搅拌均匀。

取适量培养基进行分析，若分析结果不符合技术要求，应进行适当调整。

甚至取代。

7.淬火槽

（1）淬火槽应保持工件表面各部分均匀冷却，一般应设有循环搅拌冷却装置。

（2）淬火槽的容积应能适应连续淬火和工件在槽内的移动。

（3）应及时清除淬火槽内的悬浮物及沉积物。

（4）淬火槽不用时应盖好保护好。油箱应定期清理。

（5）淬火槽应设有分辨率不大于5℃的测温仪表。

淬火操作

1.工件浸入淬火介质时应遵循的原则

（1）工件浸入淬火介质之前，在空气中预冷，可减少变形。预冷时间为t（s）=12+（3~4）d，式中d为临界截面厚度（mm）。

（2）工件在淬火介质中应根据其形状适当向不同方向移动，以增加介质的冷却速度，减少工件畸变。

（3）轴类、圆柱形工件从加热炉中取出后，应先预冷一段时间，然后垂直浸入淬火槽中。

（4）对于圆盘状、薄板状工件，其轴线应与液面平行浸入介质中。

（5）对于有凹面、盲孔的工件，应将凹面、盲孔向上浸入介质中，以利于蒸汽排除。

2.单介质淬火

工件在水淬后冷却到室温的时间一般为0.2~0.3s/mm，大型轴类工件为1.5~2s/mm，轴类工件在水淬后冷却到室温的时间一般为9~13s/mm。

3.双介质淬火

工件在水-油双介质中淬火时，在水中的停留时间为：t（s）=K*D，式中D为最容易产生裂纹的工件厚度，K为常数。

4.分级淬火

分级淬火钢材的临界直径比水淬和油淬小，适用于碳钢、低合金钢等小型工件（碳钢小于15mm，合金钢小于30mm），当工件尺寸较大时，由于分级冷却速度较慢，会得到非马氏体组织。

5.贝氏体等温淬火

（1）等温淬火适用于W（C）>0.6%的合金钢、碳钢小截面工件。

（2）严格控制等温槽的温度，防止大量工件浸入槽中造成槽液温度升高。

（3）为提高等温槽冷却速度，等温槽内含水量可控制在0.2%~0.4%（质量分数），最高可达1%~2%（质量分数）。即擦干后涂上防锈油，以防生锈。

（5）为了消除冷处理过程中产生的内应力，工件应在深冷后进行低温回火。

（6）一般钢在冷处理后不进行回火，而高速钢则可经一次回火后进行冷处理。

6.冷处理

（1）工件未冷却到室温前，不得放入冷却装置中，以免产生裂纹。

（2）工件不易直接放入低温冷却液（干冰+酒精）中，应先放入充满空气的低温箱中，待彻底冷却后再放入冷室。

（3）工件放入冷却装置后，仪器应维持预先设定的低温状态1.5～2小时。

（4）工件从冷室取出空冷后，空气中的水分会在表面结霜，应立即擦干，并涂上防锈油，以防生锈。

（5）为了消除冷处理过程中产生的内应力，工件应在深冷后进行低温回火。

（6）一般钢在冷处理后不进行回火，而高速钢则可经一次回火后进行冷处理。

7.工件校准

（1）当碳钢冷却到150~200℃时取出并在空气中校准。

（2）当合金钢、高速钢冷却到200～250℃时取出，在空气中校正。

（3）工件在加热条件下进行矫正时，加热温度不得超过回火温度。

淬火工艺

除油——除锈——涂保护剂——冷却烘干——入炉——加热——等温——升温——保温——淬火——（水或油或其他）——检查——（回火，见回火工艺流程）

检查方法

1.外观检查

工件表面不允许有裂纹、有害划痕（必要时可用磁粉探伤或其它无损检测方法检查）。锻造余热淬火工件表面不允许有折叠等缺陷。

2.表面硬度

根据工件的不同类型，硬度必须符合技术要求，不能超出表面硬度的误差范围。

3.金相组织

（1）中碳钢和中碳合金结构钢淬火后一般应获得马氏体。

（2）高碳工具钢和高碳低合金工具钢（包括轴承钢）的正常淬火组织为均匀分布的未溶碳化物+隐晶马氏体（或少量细小层状马氏体）。

（3）高速钢的淬火质量通常用晶粒大小来控制。

4. 失真

淬火、回火的允许畸变值不得超过下表的规定：

传统淬火存在的问题

1.氧化脱碳

它会使工件尺寸减小，表面碳含量降低，表面粗糙度增大，严重影响淬火时的冷却速度，造成软件或硬度不足，耐磨性和疲劳强度降低。

2. 过热和过度燃烧

加热温度过高或加热时间过长，奥氏体晶粒长大、粗化，生成的马氏体也粗化，这种现象称为过热。过热的工件很难防止淬火裂纹的产生。

3.软点及硬度不足

工件上或刚淬火后表面硬度较低的一小块区域称为软点。软点可以用锉刀检查，容易移动的地方就是软点所在位置。零件进入介质的方式是产生软点和硬度不够的重要原因。

4.淬火裂纹

淬火裂纹是工件在淬火冷却过程中产生的裂纹，这种裂纹是在工件进入冷却介质后不久，温度下降而产生的。

影响工件冷却速度的因素

主要因素有淬火气体压力、淬火气体流量、淬火气体种类、热交换器换热能力、炉子结构及炉内工件排列等，其中影响冷却速度最显著的因素是淬火气体压力和流量。

淬火气体类型对冷却速度的影响

在相同的温度和压力下，高压气淬所用的淬火气体的密度要小，以减少流经淬火回路时所需的风机功率；比热要大，以从工件上带走更多的热量；热导率要大，以减少气体流动时对流传热边界层的热阻。

四种常用的淬火气体

氢气、氦气、氮气和氩气

冷却能力为氢气>氦气>氮气>氩气。

不同结构的气流形态

纵向剖面

先进淬火技术简介

真空高压风冷淬火

真空高压气淬是20世纪70年代开始发展起来的一项真空热处理技术，它与油冷淬火、盐浴淬火相比有着不可比拟的优点：

①工件表面质量好，无氧化、无增碳；

②淬火均匀性好，工件变形小；

③淬火强度可控性好，可通过改变气体压力和流量来控制冷却速度；

④生产效率高；

⑤无环境污染等。

近三十年来，真空高压气淬技术得到了迅速发展、推广和应用，特别是随着淬火压力的提高，真空热处理的材料范围进一步扩大，工件的淬火硬度和可淬硬尺寸有显著提高。

激光淬火

激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料本身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。

优势：

1、淬火硬度高于常规方法，淬火层组织细密，韧性好。

2、激光加热速度快，热影响区小，且为表面扫描加热淬火，即瞬间局部加热淬火，因此加工后的模具变形很小。表面粗糙度几乎不受破坏。

3、激光光束发散角小，方向性好，通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火。

等离子淬火

等离子弧表面淬火是应用等离子束将金属材料表面加热到相变点以上，随着材料本身的冷却，奥氏体转变为马氏体，在表面形成由超细马氏体组成的硬化区，比常规淬火具有更高的表面硬度和强化效果。

优势：

采用等离子弧热源进行表面淬火，除了具有激光淬火的一些相同优点外，还具有激光淬火无法比拟的更显著的优点：

1、等离子弧表面淬火设备在常用的等离子弧发生器的基础上进行一定的改进，即可达到表面淬火的要求，在工艺和制造上都比较容易实现。但目前国内只能生产小功率的激光表面淬火设备，限制了激光表面淬火技术的应用范围。

2、激光淬火前需对工件进行磷化或发黑处理，以增加光吸收系数，增加了淬火工序。另外发黑质量对激光热处理的效果影响很大，而等离子表面淬火则不需要类似工序即可完成。

3、由于技术和设备的原因，目前工业上激光器的效率（即电光能转换效率）很低，不超过15%，而等离子弧表面淬火设备的热效率却高得多。

4、激光表面硬化设备价格昂贵、体积庞大，对操作人员的技术要求高，导致安装场地要求高，生产成本较高。等离子弧表面硬化设备价格便宜，体积小，降低了生产成本。

5、由于激光设备的原因，内孔表面等部位激光淬火的淬火长度受到限制，而等离子弧表面淬火通过采用合适的工装，可以实现深孔表面强化。

缺点：

影响等离子弧表面淬火的外界因素较多，需要在淬火过程中加以控制，增加了实现稳定淬火过程的难度。工件小部位、窄槽等表面难以实现等离子弧表面淬火。另外淬硬层深度较浅，有一定的应用局限性。