零读杂谈（热处理十一）

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关于淬火可能内容会较多，如果一篇写不完，会分成两篇。还请见谅。

读书：《金属材料及热处理》　陆大纮　许晋堃　合编
　　　人民铁道出版社
           杂谈十一

钢的淬火

淬火是将钢加热到奥氏体区保温后快速冷却的热处理。淬火的目的是得到不同类型的马氏体组织或下贝氏体组织，配合不同的回火工艺，可以获得多种多样的机械性能。淬火处理既可以作为最终热处理，也可以做为中间热处类，配合深冷、回火等工艺。另外补充一点，虽然我们写的时候是“淬”(cui)的音，但日常中人们往往读“zhan"。

关于淬火处理的加热温度选定

道理上同之前的完全、不完全退火工艺。我们之前说过，马氏体是由奥氏体直接切变得到，因此，钢种的其他组织没有完全转变为奥氏体组织，那么淬火时就无法最大限度的得到马氏体组织，这就要求加热温度要高。但如果过高，奥氏体晶粒又会长大，淬火后出现粗大马氏体组织，使整体的机械性能下降，容易断裂。因此，对于不同的钢材，这个加热温度需要一个妥善的考量。

对于亚共析钢，淬火时不能存在有铁素体，因此加热时必须加热到Ac3线以上。一般以20~30C为宜。

而对于过共析钢，由于我们希望淬火时保留少量的二次渗碳体质点。因为渗碳体的硬度更高，当其以颗粒状散布于马氏体中时，可以提高耐磨性而不过多影响韧性。另外，加热温度低，奥氏体晶粒就细小，淬火后得到的残余奥氏体也相对少。因此对于过共析钢，一般加热到Ac1以上20~30C。加热超过Acm线，则导致二次渗碳体消失，奥氏体晶粒长大，淬火后残余奥氏体增多，不但硬度反而降低，而且脆性亦有增加。

淬火剂及淬火方法

我们通过之前的钢的等温奥氏体转变TTT和连续奥氏体冷却转变CCT的学习，知道，当冷却速度高于临界冷却速度时，我们才能避开鼻尖部位不发生珠光体、贝氏体转变而直接得到马氏体。同时，在马氏体一篇里，我们也知道马氏体转变是切变转变，转变过程中会出现体积变化，且切变过程和撞晶过程会出现很大的内应力，因此既要保证冷却速度够快，又不能让零件在淬火过程中发生开裂，并且尽量减小变形量，这些旧要求我们必须选择合适的淬火剂。
根据TTT图，我们首先希望零件在650~400C之间快速冷却以避过鼻尖位置，使奥氏体布发生高温或中温转变，而在过冷到300C以下Ms点附近时，则希望冷却放缓，以避免马氏体形成过程中内应力过大发生变形或裂纹。下图为我们希望的理想冷却速度曲线。

最常用的淬火剂是水或油。也有其他溶液比如盐浴、碱浴等。水合油作为淬火剂各有利弊，均与理想淬火有差距。
水是最便宜的淬火剂，18C的水在高温区（600C 左右）具有很大的冷却速度，可以达到600C/s。而进入低温区（200C左右）冷却速度仍然很高，约270C/s，容易引起淬火变形或裂纹。因此水淬只限于形状较为简单的零件。而当水温升高时，水灾高温区的冷却能力又会降低，因此对于冷却用水需要控制温度在30C以下。当遇到大批工件淬火时，则需使用流动水保证温度。水中添加盐或碱可提高冷却能力；水中加聚醚、聚乙烯或水玻璃可得到介于水、油之间的冷却能力；但如果水中混有油或肥皂液，则会大幅降低冷却能力，应避免。

油（矿物油或者植物油）在低温区的冷却速度小，而高温区也同样略低，不易使碳钢全淬成马氏体，可用于合金钢减小变形和淬裂倾向。油粘度越高，冷却能力就越低。而当油温上升适当，粘度减小，冷却能力将增强，因此油作为冷却剂一般应在40~100C之间使用。过高易失火（各种油的闪点约在150~300C）。此外，油容易老化，使冷却能力变弱，应定期更换或处理。油中添加光亮剂，并将零件在保护气中加热，则淬火后表面光亮。油中加磺酸钠或者环烷酸钙可以提高油的冷却能力，加磷酸盐可提高油的抗氧化能力。

盐浴或碱浴（如熔化的硝酸钠+硝酸钾，氢氧化钾+氢氧化钠）用于等温淬火，分级淬火使用。
下表给出常用淬火剂的冷却能力。