淬火加热工艺的优化方案

1.淬火温度的选择

淬火加热温度是根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定的。其基本原则是：对碳钢而言，亚共析钢淬火加热温度为Ac₃+（30～50℃）；共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac₁+（30～50℃）。对低合金钢而言，淬火温度也应根据其临界点（Ac₁及Ac₃）来选定，但考虑到合金元素的作用，为了加速奥氏体化，一般应选为Ac₁（或Ac₃）+50～100℃，如图13-1所示。

图13-1 碳钢的淬火加热温度范围

亚共析钢若选用低于Ac₃的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，还存在有部分未转变的铁素体，淬火后仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于Ac₃温度淬火，则奥氏体晶粒会显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火只能选择略高于Ac₃的温度，这样既保证完全充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。生产中在保证晶粒不粗大的情况下，可采用比Ac₃+（30～50℃）稍高一些的温度（再提高20℃左右）。

过共析钢的淬火加热温度不能低于Ac₁，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于Ac₁温度时，珠光体完全转变成奥氏体，并有少量渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒还较细小，且其碳的质量分数已稍高于共析成分[w（C）=0.77%]。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残留奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于Ac₁太多是不合适的。如果把过共析钢加热到Ac_cm以上，从单相奥氏体状态淬火，结果不但无益，反而有害。因为奥氏体中溶入碳量的增加使Ms点降低，淬火后所得的残留奥氏体量将增多，结果使淬火钢的硬度下降；奥氏体的晶粒粗化，淬火后得到粗大马氏体，使钢的脆性大为增加；增大淬火应力，从而增大工件变形与开裂的倾向。

钢的淬火加热温度一般文献均推荐为Ac₁或Ac₃以上30～50℃。实际生产中还可根据情况适当提高20℃左右，合金钢可以提高得更多一些，比如Ac₁或Ac₃以上30～110℃，如表13-1所示。

表13-1 常用钢的淬火加热温度

（续）

除了上述根据临界点选择淬火温度的原则以外，在实际生产中还必须结合以下诸因素全面考虑，灵活运用，并应根据具体试验来确定。

（1）工件尺寸 对同一钢种所制的工件，如果尺寸小，则应采用较低的淬火温度；反之，大工件则应采用较高的淬火温度。

（2）工件形状 对形状复杂、容易变形或开裂的工件，应在保证性能要求的前提下，尽量采用较低的淬火温度。

（3）淬火介质与淬火方法 采用冷却能力很强的淬火剂时，为减小应力可适当地降低淬火温度（如对同一种钢制的工件，水淬可比油淬时的淬火温度低10～20℃）。采用等温淬火或分级淬火时，因所用热浴的冷却能力差，故应适当提高淬火温度以保证工件淬硬，例如T10钢制工件，若用水或盐水淬火，其淬火温度为760～780℃，而采用硝盐浴分级淬火时，常选为800～820℃。

（4）奥氏体晶粒长大倾向 对奥氏体晶粒不易长大的本质细晶粒钢，其淬火加热温度范围较宽，所以为了提高加热速度，缩短整个处理周期，可适当提高其淬火温度。

2.保温时间的确定

为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定的时间。通常将工件升温和保温时间计算在一起，而统称为加热时间。在具体生产条件下，工件加热时间应根据工件的有效厚度来确定，并用加热系数来综合地表述钢的成分、原始组织、工件的形状尺寸、加热设备及介质等多种因素的影响。估算加热时间的经验公式如下：

τ=aKD （13-1）(www.xing528.com)

式中 τ——加热时间（min）；

a——加热系数（min/mm）；

K——装炉修正系数；

D——为零件有效厚度（mm）。

加热系数a表示工件单位厚度所需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质及化学成分有关。一般工件的尺寸越大，则加热系数也越大；盐浴炉的加热速度比箱式炉要快，因此加热系数也就要小一些；合金元素的加入使奥氏体形成时间延长及钢的导热性下降，所以合金钢特别是高合金钢的加热系数要适当增加。a值的大小一般可通过查阅《热处理手册》获得。

装炉修正系数K是考虑装炉量的多少而确定的系数，装炉量大时，其取值也大，一般由经验确定。

工件有效厚度D的计算可按下述方法确定：

1）圆柱体以其直径作为有效厚度。

2）板件以其厚度作为有效厚度。

3）矩形截面工件以其短边作为有效厚度。

4）筒类工件以其壁厚作为有效厚度。

5）锥体以离小头2/3长度处的直径作为有效厚度。

6）球体以球直径的0.6倍作为有效厚度。

7）形状复杂工件按工作部分厚度计算，或按几处主要截面部位的平均厚度计算。

3.加热介质的选择

工件的加热是在一定介质中进行的。采用不同的加热设备，与工件接触的介质也就不同。加热介质有气体、液体和固体三类。气体介质包括空气和可控气氛；液体介质包括熔融金属（金属浴）和熔融盐浴；固体介质包括石墨和氧化铝颗粒。真空加热实际是在稀薄气体中的加热。

工件在淬火加热过程中，必须重视其氧化脱碳问题并应尽量减少或防止。为此，需要合理地选择加热介质。