淬火介质冷却温度如何控制

二、常用的淬火方法

由于目前使用的冷却介质还不能完全满足淬火的质量要求，所以在热处理生产中常从淬火方法上设法来解决问题。选择适当的淬火方法同选用淬火介质的原则一样，即在保证获得合格的淬火组织和所要求性能的同时，尽可能地减小淬火应力，减少工件的变形开裂倾向。生产中常用的淬火方法主要有以下几种。

(一)单液淬火法

单液淬火是将加热至奥氏体状态的工件直接放入一种淬火介质中，连续冷却至介质温度(一般为室温)的淬火方法。如碳钢在水中的淬火，合金钢在油中淬火等都属于单液淬火。这种方法操作简单，因而应用较广。一般来说，尺寸较大但形状简单的碳钢件多采用水淬;合金钢工件及尺寸很小的碳钢件采用油淬。单液淬火如图6-25中曲线1所示。

水淬可以获得较大的冷却速度，但由于水的冷却速度很快，工件内部的热应力和组织应力都很大，工件易变形开裂。所以，形状复杂或尺寸要求严格的零件不宜在水中淬火。油是一种比较缓和的冷却介质。但油淬冷却速度小，碳钢在油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。合金钢的过冷奥氏体比较稳定，临界冷却速度小，适宜在油中淬火。

(二)双液淬火法

联合使用两种淬火介质，先将工件淬入一种冷却能力较强的淬火介质中(如水)保证工件在高温区获得较大冷速，快速通过C曲线鼻尖处过冷奥氏体最不稳定区域，当工件冷却至接近钢的M_s点温度时，将其从强冷介质中取出立即转入另一种比较缓和的介质中(如油)继续冷却，使奥氏体在缓冷的过程中转变为马氏体，这种方法称为双液淬火，如图6-25中曲线2所示。

图6-25　常用的淬火方法冷却曲线示意图

双液淬火最常见的是水淬、油冷;有时也采用水淬、空冷。通常碳钢采用先水冷后油冷，合金钢采用先油冷后空冷。水淬、油冷就是利用了水在高温区冷却速度快和油在低温区冷却速度慢的优点，既保证淬火得到马氏体组织，又降低了工件在马氏体区的冷却速度，从而有效地减小了淬火变形和开裂倾向。双液淬火的关键是要准确地控制工件由一种介质转入另一介质时的温度，这在生产中一般要求根据工件尺寸凭经验掌握，因此要求操作者必须具有丰富的经验和熟练的技术。水淬、油冷时，也可按每5～6mm有效厚度水冷1s的经验数据来估算工件在水中的停留时间。

(三)分级淬火法

分级淬火是将加热后的工件先淬入温度略高于钢的M_s点附近的恒温硝盐浴或碱浴中等温停留，当工件各部位温度均匀后，再从浴槽中取出空冷或油冷并完成马氏体转变，如图6-24中曲线3所示。分级淬火最大的优点是在等温过程中使工件表面和心部的温差大幅减小，减小了淬火热应力(优于双液淬火);而后在缓冷的条件下完成马氏体转变，又可显著降低组织应力，因而有效地减小了工件的变形和开裂倾向，实现微变形淬火。

分级淬火的缺点是等温介质温度较高，工件在盐浴或碱浴中的冷却速度较慢，等温时间又受限(等温时间过长奥氏体将部分转变为贝氏体)，因此大截面工件往往不能达到其临界淬火速度。因此分级淬火只适合于处理截面尺寸较小、形状复杂、变形要求严格的工件。如刀具、量具和一些精密零件。

应当指出，传统的“分级”温度一般都取在钢的M_s点以上，而现在更多的情况下都取在略低于M_s点。这是因为在M_s点以下分级温度较低，冷却速度较快，等温以后已有部分马氏体形成，工件可获得更深的淬硬层。因此，这种方法适用于尺寸较大的工件。但应注意，分级温度不能低于M_s太多，否则就与单液淬火无异。

(四)等温淬火法

等温淬火是将加热后的工件淬入温度稍高M_s点的盐浴或碱浴中，保温足够的时间，使过冷奥氏体完全转变为下贝氏体的一种淬火方法，如图6-25曲线4所示。

等温淬火的显微组织为下贝氏体。这种组织不仅具有高强度，较高的硬度，而且韧性良好，耐磨性也好，所以等温淬火能显著提高钢的综合力学性能。另外，等温淬火的温度一般在M_s～(M_s+30℃)区间，比分级淬火的等温温度高，这样更有利于减少工件与介质之间的温差，热应力大大减小;同时贝氏体相变的组织应力也比马氏体相变小，因此等温淬火的淬火应力小，可以显著减小工件的变形和开裂倾向。

等温淬火适宜于处理形状复杂、淬火变形要求严格、尺寸要求精密的工具和重要的机器零件，如模具、刀具、齿轮等。一般情况下，等温淬火工件不需回火，可以直接使用。