热处理“四把火”之“淬火”工艺
本周的热处理专题，我们将讲到“淬火”工艺，想要看退火、回火工艺，请拉至文末查看往期文章。
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
工艺过程：加热、保温、冷却。
淬火的实质是过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织。
(1)大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求;
(2)通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
应用范围：淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。
工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质(或淬火介质)。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。
常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。
水
水是冷却能力较强的淬火介质。
优点： 来源广、价格低、成分稳定不易变质。
缺点：冷却能力不稳定，易使工件变形或开裂。在C曲线的“鼻子”区(500～600℃左右)，水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”;而在马氏体转变温度区(300～100℃)，水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质(如油、肥皂、泥浆等)，均会显著降低其冷却能力。
应用：适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。
盐水和碱水
在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力，其缺点是介质的腐蚀性大。
应用：一般情况下，盐水的浓度为10%，苛性钠水溶液的浓度为10%～15%。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。
油
冷却介质一般采用矿物质油(矿物油)。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。
单介质(水、油、空气)淬火
把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。这种是最简单的淬火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。淬火介质根据零件传热系数大小、淬透性、尺寸、形状等进行选择。
双介质淬火
工件加热奥氏体化后，先浸入冷却能力强的介质，在组织将发生马氏体转变时，立即转入冷却能力弱的介质中冷却。用于形状复杂件或高碳钢、合金钢制作的大型工件，碳素工具钢也多采用此法。常用冷却介质有水-油、水-硝盐、水-空气、油-空气，一般用水作快冷淬火介质，用油或空气作慢冷淬火介质，较少采用空气。
马氏体分级淬火
也称低于马氏体点的分级淬火。将经奥氏体化的钢置于温度稍低于马氏体开始转变温度的淬火介质中保温一定时间，使其发生部分的马氏体转变，然后取出在空气中冷却的一种淬火工艺。淬火介质的温度较低，冷却速度较大，不易发生珠光体型转变。先形成的部分马氏体组织在随后的保温过程中转变为回火马氏体，使产生的组织应力减小，在保温过程中可使工件各部分的温度基本趋于一致，且在随后空冷时冷速较小，继续形成的马氏体量又不多，所引起的组织应力不大，故变形和开裂的倾向较小。
低于Ms点的马氏体分级淬火法
低于Ms点的马氏体分级淬火法：浴槽温度低于工件用钢的Ms而高于Mf时，工件在该浴槽中冷却较快，尺寸较大时仍可获得和分级淬火相同的结果。常用于尺寸较大的低淬透性钢工件。
将加热的工件放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成贝氏体转变，获得下贝氏体组织，一般在浴槽中保温30~60min。
贝氏体等温淬火工艺主要三个步骤：①奥氏体化处理;②奥氏体化后冷却处理;③贝氏体等温处理;常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件。
下贝氏体(Lower Bainite)的铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度大，位错密度高，且碳化物分布均匀，弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合机械性能，是一种很有应用价值的组织。在钢的热处理中，通常期望得到下贝氏体以获得更好的机械性能。
复合淬火法
先将工件急冷至Ms以下得体积分数为10%~30%的马氏体，然后在下贝氏体区等温，使较大截面工件得到马氏体和贝氏体组织，常用于合金工具钢工件。
预冷等温淬火法
又称升温等温淬火，零件先在温度较低(大于Ms)浴槽中冷却，然后转入温度较高的浴槽中，使奥氏体进行等温转变。适用于淬透性较差的钢件或尺寸较大又必须进行等温淬火的工件。
延迟冷却淬火法
零件先在空气、热水、盐浴中预冷到稍高于Ar3或Ar1温度，然后进行单介质淬火。常用于形状复杂各部位厚薄悬殊及要求变形小的零件。
淬火自回火法
将被处理工件全部加热，但在淬火时仅将需要淬硬的部分(常为工作部位)浸入淬火液冷却，待到未浸入部分火色消失的瞬间，立即取出在空气中冷却的淬火工艺。淬火自回火法利用心部未全部冷透的热量传到表面，使表面回火。常用于承受冲击的工具如錾子、冲子、锤子等。喷射淬火法
向工件喷射水流的淬火方法，水流可大可小，根据所要求的淬火深度而定。喷射淬火法不会在工件表面形成蒸汽膜，这样就能够保证得到比昔通水中淬火更深的淬硬层。主要用于局部表面淬火。
