淬火與馬氏體(貝氏體)工藝

(北京科技大學資料)賀俊傑/整理

今天給大家科普一下鋼材的淬火工藝原理

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然後以大於臨界冷卻速度快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。

工藝過程：加熱、保溫、冷卻。

淬火的實質是過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織。

淬火的目的：（1）大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求；（2）透過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學效能。

應用範圍：淬火工藝應用最為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工機床、氣動工具、鑽探機械、農機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等零件都在使用淬火工藝。

淬火介質

工件進行淬火冷卻所使用的介質稱為淬火冷卻介質（或淬火介質）。理想的淬火介質應具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應力。

常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔鹼等。

● 水

水是冷卻能力較強的淬火介質。

缺點： 冷卻能力不穩定，易使工件變形或開裂。在C曲線的“鼻子”區（500～600℃左右），水處於蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成“軟點”；而在馬氏體轉變溫度區（300～100℃），水處於沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力，致使工件變形甚至開裂。當水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質（如油、肥皂、泥漿等），均會顯著降低其冷卻能力。

應用： 適用於截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。

● 鹽水和鹼水

在水中加入適量的食鹽和鹼，使高溫工件浸入該冷卻介質後，在蒸汽膜階段析出鹽和鹼的晶體並立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質在高溫區的冷卻能力，其缺點是介質的腐蝕性大。

應用：一般情況下，鹽水的濃度為10％，苛性鈉水溶液的濃度為10％～15％。可用作碳鋼及低合金結構鋼工件的淬火介質，使用溫度不應超過60℃，淬火後應及時清洗並進行防鏽處理。

● 油

冷卻介質一般採用礦物質油（礦物油）。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般採用10號、20號、30號機油，油的號越大，黏度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用溫度相應提高。

淬火方式

● 單液淬火

是將奧氏體化工件浸入某一種淬火介質種，一直冷卻到室溫的淬火操作方法。單液淬火介質有水、鹽水、鹼水、油及專門配製的淬火劑等。

優點：操作簡單，有利於實現機械化和自動化。

缺點：冷速受介質冷卻特性的限制而影響淬火質量。

應用：單液淬火對碳素鋼而言只適用於形狀較簡單的工件。

● 雙液淬火

是將奧氏體化工件先浸入一種冷卻能力強的介質，在鋼件還未達到該淬火介質溫度之間即取出，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質中冷卻，如先水後油、先水後空氣等。雙液淬火減少變形和開裂傾向，操作不好掌握，在應用方面有一定的侷限性。

● 馬氏體分級淬火

是將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低於鋼的馬氏體點的液態介質（鹽浴或鹼浴）中，保持適當的時間，待鋼件的內、外層都達到介質溫度後取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱分級淬火。

優點：分級淬火由於在分級溫度停留到工件內外溫度一致後空冷，所以能有效地減少相變應力和熱應力，減少淬火變形和開裂傾向。

應用：適用於對於變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也可用於截面尺寸不大、形狀複雜地碳素鋼工件。

● 貝氏體等溫淬火

是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉變溫度區間（260～400℃）等溫保持，使奧氏體轉變為貝氏體的淬火工藝，有時也叫等溫淬火，一般保溫時間為30～60min。

● 複合淬火

將工件急冷至Ms以下獲得10％～20％馬氏體，然後在下貝氏體溫度區等溫。這種冷卻方法可使較大截面地工件獲得M+B組織。預淬時形成的馬氏體可促進貝氏體轉變，在等溫時又使馬氏體回火。複合淬火用於合金工具鋼工件，可避免第一類回火脆性，減少殘餘奧氏體量即變形開裂傾向。

“淬火”也叫“沾火”，就是把鐵燒紅後迅速冷卻的過程。在實際生活中都要根據不同物件的不同需求來進行淬火，並不是要淬到越硬越好。

“淬火”一般分為“淬黃火”和“淬藍火”；“淬藍火”硬度高，但韌性差比較脆；一般刀具等都採用“淬藍火”。“淬黃火”硬度稍差一點，但比較堅韌，不容易斷裂；鋼釺、扁鏟、鏨子等都是“淬黃火”。

“淬藍火”具體操作：就是把燒成白紅色的鐵迅速放進冷水中，一直到鐵完全冷卻。

“淬黃火”具體操作：就是把燒成白紅色的鐵迅速放進冷水中再迅速拿出來，看著鐵的表面會由藍黑色慢慢變黃，然後再次放入冷水中，一直到鐵完全冷卻。

在家對普通鐵淬火增加硬度很難，只有對中炭鋼以上才可以。要想對鐵增加硬度，只有燒到七百度時沾氰化鉀淬火硬度才少高點。