淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其他無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。 淬火是將鋼加熱到一定的溫度或者以上，保溫一定時(shí)間使其奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度快速冷卻，從而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織主要是馬氏體（或下貝氏體)，此外，還有少量殘余奧氏體及未溶的第二相

淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性。 為了提高硬度主要采取的方法是加熱、保溫、速冷。用捻水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點(diǎn)，但卻易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。

(1）淬火加熱溫度

碳鋼的淬火加熱溫度可利用相圖來選擇。 對(duì)于亞共析碳鋼，適宜的淬火溫度為Ac3+(30～50℃），使碳鋼完全奧氏體化，淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體組織"o對(duì)于過共析碳鋼，適宜的淬火溫度為Ac1：+(30～50℃)。淬火前先進(jìn)行球化退火，使其得到粒狀珠光體組織，淬火加熱時(shí)組織為細(xì)小奧氏體晶粒和未溶的細(xì)粒狀滲碳體，淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分布在馬氏體基體上的細(xì)小粒狀滲碳體組織。對(duì)于低合金鋼，淬火加熱溫度也根據(jù)臨界點(diǎn)Ac1或Ac3來確定，一般為Ac1-Ac3以上50~l00℃。高合金工具鋼中含有較多的強(qiáng)碳化物形成元素，奧氏體晶粒粗化溫度高，故淬火溫度也高。

(2)淬火加熱時(shí)間

為了使工件各部分完成組織轉(zhuǎn)變，需要在淬火加熱時(shí)保溫一定的時(shí)間，通常將工件升溫和保溫所需的時(shí)間計(jì)算在一起，統(tǒng)稱為加熱時(shí)間。 影響淬火加熱時(shí)間的因素較多，如鋼的成分、原始組織、工件形狀和尺寸、加熱介質(zhì)、爐溫、裝爐方式及裝爐量等。 鋼在淬火加熱過程中，如果操作不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生過熱、過燒或表面氧化、脫碳等缺陷。 過熱是指工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過高或時(shí)間過長，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。過熱不僅使淬火后得到的馬氏體組織粗大，使工件的強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆斷，而且容易引起淬火裂紋。對(duì)于過熱工件，進(jìn)行一次細(xì)化晶粒的退火或正火，然后再按工藝規(guī)程進(jìn)行淬火，便可以糾正過熱組織。 過燒是指工件在淬火加熱時(shí)，溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過燒的工件無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。

(3)鋼的表面淬火

表面淬火是對(duì)工件表層進(jìn)行淬火的工藝。它是將工件表面進(jìn)行快速加熱，使其奧氏體化并快速冷卻獲得馬氏體組織，而心部仍保持原來塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬火后需進(jìn)行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面層的硬度和耐磨性，達(dá)到外硬內(nèi)韌的效果，并造成表面層壓應(yīng)力狀態(tài)，提高疲勞強(qiáng)度，延長工件的使用壽命。 ①感應(yīng)加熱表面淬火 感應(yīng)加熱表面淬火的原理就是把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)線圈中，當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電時(shí)，便會(huì)在工件內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路，故稱為“渦流”。渦流在工件截面的分布是不均勻的，表面電流密度最大，心部電流密度幾乎為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。由于鋼本身具有電阻，因而集中于工件表面的渦流，幾秒便可使工件表面溫度升至800~1000℃，而心部溫度仍接近室溫，在隨即噴水（合金鋼浸油）快速冷卻后，就達(dá)到了表面淬火的目的。

工件截面上感應(yīng)電流密度的分布與通入感應(yīng)線圈中的電流頻率有關(guān)。電流頻率越高，感應(yīng)電流集中的表面層越薄，淬硬層深度越小。因此可通過調(diào)節(jié)通入感應(yīng)線圈中的電流頻率來獲得工件不同的淬硬層深度"一般零件淬硬層深度為半徑的1/10左右。對(duì)于小直徑(10～20mm)的零件，適宜用較深的淬硬層深度，可達(dá)半徑的1/5，對(duì)于大截面零件可取較淺的淬硬層深度，即小于半徑1/10以下。 ②火焰加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火法是用乙炔-氧火焰（最高溫度3200℃）或煤氣-氧火焰<最高溫度2000℃)，對(duì)工件表面進(jìn)行快速加熱，并隨即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2～6mm。適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件（如大型軸類、模數(shù)齒輪等）的表面淬火。火焰加熱表面淬火的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、成本低、靈活性大。缺點(diǎn)是加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

(4)激光加熱表面淬火 激光加熱表面淬火是以高能量激光束掃描工件表面，使工件表面快速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，利用工件基體的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)自冷淬火，實(shí)現(xiàn)表面相變硬化。 激光加熱表面淬火加熱速度較快(10s -106℃/s)，因此過熱度大，相變驅(qū)動(dòng)力大，奧氏體形核數(shù)目劇增，擴(kuò)散均勻化來不及進(jìn)行，奧氏體內(nèi)碳及合金濃度不均勻性增大，奧氏體中碳含量相似的微觀區(qū)域變小，在隨后的快冷(104℃/s)中不同微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫度有很大差異，產(chǎn)生細(xì)小馬氏體組織。由于快速加熱，珠光體組織通過無擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為奧氏體組織；由于快速冷卻，奧氏體組織通過無擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為馬氏體組織，同時(shí)殘余奧氏體量增加，碳來不及擴(kuò)散，使過冷奧氏體碳含量增加，馬氏體中碳含量增加，硬度提高。 激光加熱表面淬火后，工件表層獲得較細(xì)小的板條馬氏體孿晶馬氏體的混合組織，而且位錯(cuò)密度較高，表層硬度比采用淬火十低溫回火的方式提高20％，即使是低碳鋼也能提高一定的硬度。 激光淬火硬化層深度一般為0.3^-lmm，硬化層硬度值一致。隨零件正常相對(duì)接觸摩擦運(yùn)動(dòng)，硬化層表面雖然被磨去，但新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸面的硬度值并未下降，，耐磨性仍然很好，因而不會(huì)發(fā)生常規(guī)表面淬火層由于接觸磨損，磨損量隨之加劇的現(xiàn)象，耐磨性提高了so％，工件使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。 激光加熱表面淬火較佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織，淬火后零件變形較小，表面質(zhì)量很高，特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理，而這些部位是其他表面淬火方法極難做到的。

(5)淬火處理的常見問題 Ms點(diǎn)隨C含量的增加而降低，淬火時(shí)，過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度稱為Ms點(diǎn)，轉(zhuǎn)變完成的溫度稱為Mf點(diǎn)。C含量越高，Ms點(diǎn)溫度越低。0.4％c含量的碳鋼的Ms溫度為350℃左右，而0.8％C含量的碳鋼就降低至200℃左右。 淬火液可添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?。①水中加入食鹽可使冷卻速率加倍 鹽水淬之冷卻速度快，且不會(huì)有淬裂及淬火不均勻的現(xiàn)象，可稱得上是理想的淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％為宜。 圓水中有雜質(zhì)比純水更適合當(dāng)淬火液 水中加入固體微粒，有助于工件表面的洗凈作用，破壞蒸汽膜作用，使得冷卻速度增加，可防止淬火斑點(diǎn)的發(fā)生。因此淬火處理，不用純水而用混合水的淬火技術(shù)是很重要的。 ③聚合物可與水調(diào)配成水溶性淬火液 聚合物淬火液可根據(jù)加水程度調(diào)配出由水到油的不同冷卻速度的淬火液，非常方便，且又無火災(zāi)、污染及其他公害之慮，頗具前瞻性。 ④干冰加乙醇可用于深冷處理溶液 將干冰加入乙醇中可產(chǎn)生一76℃的均勻溫度，是很實(shí)用的低溫冷卻液。

(6)鋼淬火冷卻介質(zhì) 淬火冷卻時(shí)，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減少變形，防止裂紋產(chǎn)生。因此，冷卻是關(guān)系到淬火質(zhì)量高低的關(guān)鍵操作。

(7)預(yù)備熱處理影響感應(yīng)淬火質(zhì)量 對(duì)于感應(yīng)加熱，由于加熱時(shí)間短，基體組織越均勻，產(chǎn)生完全奧氏體的可能性越大，冷卻時(shí)產(chǎn)生完全馬氏體的概率也大，直接影響表面硬度和感應(yīng)淬火深度。主要影響有：調(diào)質(zhì)產(chǎn)品感應(yīng)淬火效果較好，可以得到良好的表面硬度、淬硬層深度和金相組織；正火產(chǎn)品次之，正火產(chǎn)品感應(yīng)加熱時(shí)間相對(duì)調(diào)質(zhì)產(chǎn)品要長，也可以得到良好表面硬度和金相組織；鍛后直接感應(yīng)淬火的最差，加熱不足會(huì)使金相組織中出現(xiàn)大量的網(wǎng)狀屈氏體組織，加熱時(shí)間長會(huì)得到感應(yīng)過熱組織。從有效硬化層的分布上來看，調(diào)質(zhì)狀態(tài)的硬化層分布較正火狀態(tài)的明顯，正火態(tài)調(diào)質(zhì)的過渡區(qū)大，用硝酸-乙醇腐蝕后觀察比較模糊。同樣的工件，相同的機(jī)械加工，正火態(tài)中頻淬火后表面粗糙度大于調(diào)質(zhì)狀態(tài)；對(duì)于軸類零件，正火態(tài)中頻淬火后變形量大于調(diào)質(zhì)狀態(tài)后的中頻淬火；在某些中頻淬火較為敏感的區(qū)域（如軸的花鍵）正火態(tài)較調(diào)質(zhì)狀態(tài)易出現(xiàn)淬火微裂紋（對(duì)于只有少數(shù)的花鍵上出現(xiàn)的微裂紋，從臺(tái)架試驗(yàn)得出的結(jié)果滿足該工件的使用要求，因此還是做了超差接收的處理，從使用上來看，還未發(fā)現(xiàn)有任何異常）；從金相組織上來看，正火后進(jìn)行中頻淬火得到的組織不均勻，馬氏體較調(diào)質(zhì)處理的粗大（可能是工藝有些區(qū)別，正火狀態(tài)中頻淬火使用的加熱溫度稍高于調(diào)質(zhì)狀態(tài)）。

在某些零件要求不是很苛刻的情況下，可以用正火來代替調(diào)質(zhì)作為中頻淬火的預(yù)備熱處理（但前提是要滿足設(shè)計(jì)要求)，這樣可以較大地降低熱處理成本；關(guān)于高頻淬火有效淬硬層深度能否達(dá)到中頻的效果，要看具體情況。 感應(yīng)加熱電流透入深度隨加熱電源頻率的升高而減小，而且文感應(yīng)加熱電流透入深度隨加熱電源頻率的升高而減小，心皿沁熱時(shí)，其加熱行為不可能是單一加熱方式，其中不可避免地?fù)诫s有傳導(dǎo)加熱效應(yīng)。利用這一特點(diǎn)，在特定條件(一發(fā)法淬火）下，可通過特殊方法(比如采用脈沖加熱）實(shí)現(xiàn)用高頻加熱電源進(jìn)行深層，通過特殊方法（比如采用脈沖加熱）實(shí)現(xiàn)用高頻感應(yīng)加熱電源進(jìn)行深層淬火的效果，筆者做過專門的實(shí)驗(yàn)，對(duì)一個(gè)模數(shù)為4.5的40Cr盤形齒輪（齒頂圓直徑約340mm)進(jìn)行脈沖加熱，淬硬層探度達(dá)齒根以下7mm，如果增加脈沖次數(shù)，則淬硬層深度還可以增加。

當(dāng)然，如果對(duì)軸類產(chǎn)品采用連續(xù)掃描式加熱淬火時(shí)，很難突破一定的加熱和淬硬深度。有資料介紹，同樣的材料，同樣的預(yù)處理狀態(tài)，若分別采用高頻和中頻加熱淬火（不考慮淬硬層深度)，高頻淬火的產(chǎn)品表面硬度高于中頻；淬硬性及淬火后的硬度主要與鋼件的含碳量有關(guān)是毋庸置疑的。確切地講，鋼件淬火后的硬度應(yīng)該是與溶入奧氏體中的碳量有關(guān)。所以，鋼件的最終淬火硬度與奧氏體化程度和奧氏體均勻化程度有關(guān)，而感應(yīng)加熱是一種快速加熱方式，奧氏體化程度和均勻化程度不僅與原始組織有關(guān)，而且與加熱速度有關(guān)，原始組織越均勻，加熱速度緩慢，完成奧氏體化并均勻化所需的時(shí)間就短；反之則相反。 化所需的時(shí)間就短，反之則相曳；不同，加熱速度不同，當(dāng)其奧氏體化程度不同時(shí)，必然會(huì)造成最終淬火硬度的差異。同種材料分別采用正火和調(diào)質(zhì)兩種預(yù)處理狀態(tài)，但采用同一設(shè)備（加熱頻率相同）的同一參數(shù)淬火后，硬度肯定有差異；同種材料，進(jìn)行完全相同的預(yù)處理，然后采用不同的加熱設(shè)備，最終的淬火硬度也是不同的；在同種材料、同樣的預(yù)處理狀態(tài)、同樣的淬硬層深度要求的情況下，分別采用高頻、中頻和超音頻設(shè)備加熱淬火，則高頻的硬化層深度最小，超音頻的硬化層深度其次，中頻的硬化層深度最大；硬度則是高頻淬火的最高，超音頻的其次，中頻的最低。這是感應(yīng)淬火的特征，如果使用超音頻感應(yīng)設(shè)備，且加上導(dǎo)磁體，有的材料也可以達(dá)到高頻的性能（淬硬深度和硬度)。