选定合适的淬火方法

为了完成淬火工艺，工件必须从奥氏体化温度以大于钢的临界冷却速度进行急冷。由于急冷而产生的热应力使外层受压内层受拉，这对防止产生淬火裂纹是有利的。从这个意义讲，在奥氏体区域越是急冷，则越能防止开裂。但是零件从高温区急冷下来，往往使低温区的冷却也变快，这样又增加了淬裂的危险。当工件冷到Ms点以下时，因马氏体相变产生相变应力，在这个区域工件冷速越大，相变应力越大，表层拉应力越高。当相变应力与热应力之差超过钢材断裂强度时，则导致淬火裂纹。为了防止淬裂，应选择增加热应力、减少相变应力的淬火方式。

过冷奥氏体塑性高，急冷到低温区也不会开裂。温度刚低于点时，由于马氏体量尚少，相变应力小，钢件也不会立即开裂。过冷奥氏体急冷收缩，而到点时逆转而膨胀，在急缩猛胀的转折阶段，容易导致开裂。实际上，当产生体积分数为50％的马氏体时，才是淬裂的危险时刻。多数工具钢冷至120～150℃时，这是最危险的温度区间，此刻应特别注意缓冷。总之要根据零件的结构特点、技术要求，结合设备状况、工人素质等正确合理地选择淬火方法，则可以大大减少或者不发生淬裂事故。

1. 预冷淬火

预冷淬火是淬火时零件先在空气、油、热浴（或渗碳气氛）中，预冷到略高于Ar3的温度后，再迅速置于淬火介质中淬火，又叫降温淬火或延迟淬火。这是生产现场常用的热处理方法。

淬火前的预冷可以减少热应力，使工件变形和开裂倾向减小。研究表明，预冷淬火还可以增加大工件的淬硬层，提高机械零件的综合性能。对于形状复杂，截面突变的某些零件，单液直接淬火，往往在截面突变的接壤区因淬火应力集中而导致开裂。这时可采用预冷淬火，使各部分温差减小，或在技术条件允许的情况下，使其最薄的截面处或棱角处产生部分非马氏体组织，然后再进行全部淬火，这样可避免或减少淬火裂纹。

预冷淬火的预冷时间（从奥氏体化温度冷到危险截面处温度650℃）对于一般碳钢及低合金钢可按下式估计

T=12+RS

式中：

T-工件预冷时间（s）；

S-危险截面处的厚度(mm)，一般指工件最薄的地方；

R-与工件尺寸有关的系数，一般为3-4s/mm。

研究表明，预冷淬火对提高工件的淬硬层深度，改善工件的服役性能也有显著作用。这是由于预冷淬火使工件表层平均冷速降低，次表层冷速提高，平均冷速分布曲线趋于平缓。同时，预冷使工件表面冷却特性有所改善，传热系数峰值向高温区移动。以上两点都有助于提高淬硬层的深度，降低淬火应力。此外，预冷提高淬硬层深度效果与钢的淬透性及工件尺寸有密切关系，对于具有一定淬透性的低中碳低合金钢及中等尺寸的工件效果最明显。

2. 多介质淬火法

根据选用的淬火介质的不同和操作方法的特点，多介质淬火法可分为双介质淬火、三介质淬火等。

双介质淬火是将加热好的工件先淬入冷却能力较强的介质，待工件温度降至奥氏体等温转变图（C曲线）“鼻温"以下温度时，再淬入冷却能力较弱的介质中继续冷却，以获得马氏体组织。双介质淬火所用的淬火介质有水-油、水-空气、盐水-油、油-空气、硝盐-空气、碱液-空气、水-硝盐、油-硝盐、硝盐-油等。可根据钢的淬透性、工件形状尺寸、对变形的要求来选定。生产中大量采用的水-油淬火，多用于碳素工具钢及大截面的低合金工具钢的工件。即在高温区用盐水的快速冷却抑制过冷奥氏体的分解，在低于400℃温度时，立即转入油中缓慢冷却，以减小淬火内应力，防止淬火裂纹。

工件在第一种介质中的停留时间，是双介质淬火时至关重要的一个参数。在第一种介质中停留时间过长，就变成单液淬火，起不到减小变形、防止开裂的作用。若过早地置人第二种介质中，则由于工件的温度尚高，介质的冷却速度又慢，在冷却过程中则发生非马氏体型组织转变。变换冷却介质可由工艺人员，根据工件所用的钢材、工件的形状及尺寸等因素来确定。对于碳素工具钢工件，般以每3mm有效厚度在水中停留1s计算；·对于形状复杂者，每4-5mm在水中停留1s计算；大截面低合金钢，可以按每毫米有效厚度在水中停留1.5-3s计算。在生产实践中，有时可用听水声来确定在水中停留的时间，即当工件在水中冷却到发出“咝咝”声时，立即将其提出水面转人油中冷却。有时也可用手握铁钩子传导的感觉来判断时间，即钢件在水中振动稍有消失时，立即转人油中。

为了减少高合金钢制件淬火时形成裂纹，首先将工件淬入油中冷却到一定温度（近于Ms点）时，提出油面，在空气中冷却。这时由于热量尚多，致使钢件上的残油达到闪点温度而起火。由于大多数油的闪点近于高合金钢的Ms点温度，所以用此法控制油中的停留时间是可靠的。

对于形状复杂而变形要求又较严格的工件，有时双液淬火仍不能控制变形和开裂，而需要采用冷却能力依次减少的三种淬火介质，称为三液淬火。三液淬火多应用于碳素钢制造的小型工件。工件在各个淬火介质中的停留时间视工件形状大小、淬火介质性能等因素，由试验来确定。

3. 分级淬火

分级淬火是将工件从淬火温度，直接快速冷却到Ms点以上某一温度，经适当时间保温，使工件表面与心部的温度均匀后，再取出空冷，使工件在缓慢冷却下进行马氏体转变的淬火方法。这一方法可以有效地防止淬火开裂。

分级淬火时，钢件由高温淬入点以上10-20℃热浴中所产生的热应力，比双液淬火小，而且在恒温停留时可消除一部分热应力。在随后的空气冷却时，沿工件整个截面，几乎同时发生过冷奥氏体向马氏体的转变，因而也就减小了相变应力。综上所述，Ms点以上的分级淬火的主要优点是能够降低淬火零件的变形开裂倾向。其次，与普通淬火方法相比较，Ms点以上的分级淬火，能够保证工件强度、硬度相同的条件下，具有较高的韧度，特别是对低温回火的工件，冲击韧度的提高尤其显著。这间接地表明钢的断裂强度有较大的提高，从而也降低了淬火开裂的倾向。

对于高碳高合金钢，一般淬火加热温度较高，而点又较低，用普通淬火方法可能产生较严重的变形和开裂。如只用一次分级淬火难避免较大的相变应力及热应力。因此，对于截面尺寸较大、形状复杂、易于变形和开裂的高速钢刀具可采用逐次降温的两次或三次分级的分级淬火方法。多次分级淬火的分级温度一般为600-650℃、450-550℃和300-350℃等。

钢制零件加热奥氏体化后，淬火温度在奥氏体等温转变图（c曲线）“港湾''区间的热浴中，等温保持适当的时间后的冷却淬火方法称奥氏体等温处理。这也是一类分级淬火法，它主要用在高速钢刀具和一些超高强度钢所制的零件、压力容器及模具、齿轮等的热处理中。最近将这种方法用在超高强度钢所制零件的淬火处理中，取得了很好的效果。一些超高强度钢的塑性较低，对于形状复杂的零件，用普通淬火方法难以避免变形和开裂。如果用一般分级淬火，虽然可将相变应力显著减少，但是在冷却至热浴温度的冷却过程中，零件可能已发生严重的变形和开裂。不少超高强度钢如同高速钢一样，在高温和中温转变之间，常有一个过冷奥氏体孕育期很长的温度范围。如将工件自奥氏体化温度空冷到这温度区域的某个温度后，淬入同温度的热浴中保温，使零件内外均温，然后在空气或盐浴中冷却（以不发生贝氏体转变为原则），则仍可得到全部的马氏体，随后再进行适当温度的回火。用这种方法处理后，钢的强度、韧性与一般淬火相同，应力及变形却甚微，从而防止了变形开裂。

4.马氏体等温淬火

零件奥氏体化后淬入低于Ms点以下50～100℃的热浴中等温保持，以获得马氏体的淬火方法称为马氏体等温淬火。这种淬火方法的冷却速度较分级淬火时快，故适用淬透性略低的钢种制造的零件，同时也可起到减少变形和防止开裂的作用。

以热油作为马氏体等温淬火的淬火介质最方便，简单易行。在130、1℃热油中淬火，能够在较缓慢的冷却速度下使奥氏体向马氏体转变，因而产生较小的内应力，变形开裂倾向也较小。例如：9SiCr钢剪刀在冷油中淬火开裂倾向大，而改用160～190℃热油淬火30-60min后空冷，可完全避免淬火裂纹。

5·薄壳淬火

薄壳淬火是将低淬透性的钢制工件，整体加热后，用水、盐水等快速地冷却，使其表面得到一定深度均匀的马氏体壳层。它使表层产生残余压应力，这不仅可提高工件的弯曲疲劳强度，而且可以防止淬火裂纹。从热应力的形成过程来看，冷却最终使表面具有压应力。从相变应力看，表层发生马氏体转变，体积膨胀，心部未淬透不发生马氏体转变，体积收缩，因而也使表面具有压应力。二者叠加后，构成很大的残余压应力。由于淬火裂纹是拉应力作用造成，所以薄壳淬火产生的压应力可避免工件淬裂。

6. 间断淬火

法将加热好的工件淬入水中，数秒后随即提出水面，在空气中稍待一定时间，再淬入水中。如此往复几次，最后浸人水中冷至室温，称为间断淬火。这种淬火方法可在保证淬硬的前提下：尽可能减少工件的变形，也有利防止淬火开裂。这是由于在工件被提出介质时，表层急冷而转变的马氏体因工件内部热量而被回火，减少了内应力的缘故。錾子、扁铲、模具等常用这种方法进行淬火。

7. 浅冷淬火

有些工件在淬火时，自高温一直冷却到室温（或淬火介质温度），因淬火应力较大，极易发生变形开裂。为避免这种现象，可采用浅冷淬火，即在淬火时，严格控制工件在淬火介质中的停留时间，使其最终达到的温度高于室温数百摄氏度，从冷却介质中取出后，立即送人回火炉中进行回火，这种操作工艺称为浅冷淬火。浅冷淬火适用于大、中型锻模及某些大锻件的淬火。

模具奥氏体化后，在空气中冷至740、780℃，再淬入油中，控制冷却时间。当模具的温度约达到巧0～180℃时，立即送人回火炉中进行回火，这样处理可以有效地防止模具开裂。此夕卜，应用浅冷淬火还可以进一步改善零件的力学性能，特别是改善钢的低温脆性敏感性。

8. 局部淬火

有些工件按技术要求仅需淬硬某一部分（如长锯片刃部）；有些零件由两种钢材连接而成，如高速钢接柄钻头，它们的淬火温度不同，均需分别进行淬火。进行局部淬火，可以避免整体淬火产生裂纹。

局部淋水或浸油预冷淬火法也有利于防止淬火裂纹。有的工件结构不均匀，多处厚度相差大，整体淬火时会出现组织转变的不同时性，产生较大的内应力而开裂。这时可将工件的薄壁处，或细颈处预先淋些水，或浸一下油进行预冷，使该处温度达到3点附近，允许产生一些珠光体·铁素体。然后进行钢的整体淬火。由于薄壁处已发生预冷分解，具备较好的塑性，可避免开裂。但应注意的是已被水、油淋黑的部分不能立即淬火，而应等一会儿，待该处温度回升后，确认已发生分解转变，才能整体淬火。将薄壁处进行包扎石棉或铁片，减少该处的过热或急冷程度，也有利于防止开裂。