钢的淬火介质选择与方法优化

淬火是将钢加热到Ac3（或Ac1）以上30～50℃，保温一定时间，然后以大于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。其目的是提高钢的硬度和耐磨性。淬火是强化钢材最重要的工艺方法。淬火必须与适当的回火工艺相配合，才能使钢具有不同的力学性能，以满足各类零件或工模具的使用要求。

（1）淬火加热温度的确定

淬火加热温度应以获得均匀而细小的奥氏体晶粒为原则。钢的成分不同，其淬火加热温度也不同。碳钢的淬火加热温度范围如图3-10所示。一般亚共析钢的淬火加热温度为Ac3+30～50℃；共析钢及过共析钢为Ac1+30～50℃。对于合金钢，由于合金元素对奥氏体化有延缓作用，加热温度应比碳钢高，尤其是高合金钢淬火加热温度远高于Ac1，同样能获得均匀而细小的奥氏体晶粒，这与合金元素在钢中的作用有关。

资源3-4　大型齿轮的淬火

淬火保温时间是根据工件的有效厚度及成分来确定的，生产中常用经验公式来进行估算。

（2）淬火冷却介质

为了保证淬火后获得马氏体组织，淬火冷却速度必须大于马氏体临界冷却速度，但过快的冷却速度必然产生较大的淬火内应力，导致工件产生变形或裂纹，所以淬火时在获得马氏体组织的前提下，应尽量选用较缓和的冷却介质。理想的冷却介质应保证：在C曲线鼻尖附近快冷，以避免过冷奥氏体发生转变；在C曲线鼻尖以上或以下温度缓冷，以降低工件的热应力和组织应力。图3-11所示为理想的淬火冷却速度。但到目前为止，还没有找到完全理想的淬火冷却介质。

图3-10　碳钢的淬火加热温度范围

图3-11　理想的淬火冷却速度

生产中常用的淬火冷却介质有水、油、盐或碱的水溶液。

1）水及水溶液。水在500～650℃范围内需要快冷时，冷却速度相对较小；而在200～300℃范围内需要慢冷时，冷却速度又相对较大，容易引起工件的变形和开裂。为了提高水在500～650℃范围内的冷却能力，常在水中加入5%～10%的盐或碱，制成盐或碱的水溶液。盐水、碱水常用于形状简单、截面尺寸较大的碳钢工件的淬火。

2）油。常用的淬火油有机械油、变压器油、柴油、植物油等。其优点是在200～300℃范围冷却较缓慢，有利于减小工件的变形；缺点是在550～650℃范围冷却也较慢，不利于淬硬，所以油一般用于合金钢和尺寸较小的碳钢工件的淬火。(www.xing528.com)

3）盐浴或碱浴。为了减小零件淬火时的变形，可采用盐浴或碱浴作为淬火冷却介质，如熔化的NaNO3、KNO3等，用于形状复杂、尺寸较小、变形要求严格的工件的分级淬火和等温淬火，它们的冷却能力介于水和油之间。

（3）常用的淬火方法

常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火等，如图3-12所示。

资源3-5　常用的淬火方法

1）单介质淬火。将钢加热到淬火温度，保温一定时间，放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法，如图3-12中曲线1所示。例如碳钢在水中、合金钢在油中淬火。此方法操作简便，容易实现机械化和自动化，但水冷易变形，油冷不易淬硬，适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。

图3-12　常用的淬火方法

2）双介质淬火。

将钢加热到淬火温度，保温一定时间，先浸入冷却能力强的淬火介质中，待零件冷却到稍高于Ms温度时，再立即转入冷却能力弱的介质中冷却到室温的淬火方法，如图3-12中曲线2所示。例如碳钢的水—油淬火、合金钢的油—空气淬火等。此方法能有效地防止淬火变形和裂纹，但要求操作工人有较高的技术水平，适用于形状复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢工件。

3）分级淬火。将钢加热到淬火温度后，先浸入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴槽中，短时保温，待工件整体达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火方法，如图3-12中曲线3所示。分级淬火比双介质淬火容易控制，能有效减小工件的变形和开裂，适用于形状复杂、尺寸较小的工件。

4）等温淬火。将钢加热到淬火温度后，快速冷却到下贝氏体转变温度区间等温，使奥氏体转变为下贝氏体组织的淬火方法，称为等温淬火，如图3-12中曲线4所示。等温淬火时内应力及变形很小，而且能获得较高的综合力学性能，但生产周期长，效率低，主要用于形状复杂、尺寸要求精确、韧性要求高的小型工件。

（4）钢的淬透性

钢淬火的目的是获得马氏体组织，但并非任何钢种、任何成分的钢在淬火时都能在整个截面上得到马氏体，这是由于淬火冷却时表面与芯部冷却速度有差异所致。显然只有冷却速度大于临界冷却速度的部分才有可能获得马氏体。钢的淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力，其大小通常用规定条件下淬硬层的深度来表示。淬硬层越深，其淬透性越好。凡是能增加过冷奥氏体稳定性，即使C曲线右移，减小钢的临界冷却速度的因素，都能提高钢的淬透性；反之，则降低淬透性。所以，钢的化学成分和奥氏体化条件是影响其淬透性的基本因素。

淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度的能力。淬硬性主要取决于马氏体的含碳量，而合金元素对淬硬性没有显著影响，但对淬透性却有很大影响。因此，淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。