4、淬火介质与冷却技术 理想的淬火介质应该有以下几个特征:(1)质量型:高温阶段快冷,低温阶段慢冷。即裂纹,减少淬火变形。(2)环保型:无有毒、有害烟尘或气体的挥发,不易燃烧,工件淬火后易清洗,对设备无腐蚀,不刺激烧伤皮肤。(3)稳定型:工件淬火后性能均匀稳定,介质本身在一定时期内性能稳定。(4)经济型:高质优价,能耗小。 近几年来,淬火介质发展非常迅速。淬火油性能得到提高,有机聚合物淬火介质的研究和应用达到空前的发展。 5、采用新的表面强化技术和推广氮基气氛的热处理 原有的工具表面处理方法仅限于蒸汽处理、氧氮化等陈旧方法,一般只能提高工具寿命30%~50%。自80年代以来,我国先后独立开发和从国外引进了QPQ盐浴复合处理技术和PVD氧化钛物理涂层技术。前者可以稳定提高工具寿命2~3倍,设备简单,成本低廉,特别适合干普通刀具;后者可以提高刀具寿命3~5倍,适合干各种精密贵重的齿轮刀具。 氮基气氛,用于保护热处理和化学热处理,可以实现无氧化脱碳热处理,并可以避免热处理氮脆,氮基气氛的化学热处理,可以减少内氧化等缺陷,提高化学热处理质量。

热处理四把火
退火： 将零件加热后， 保持温度一段时间， 然后缓慢冷却到室温。 目的： 降
低硬度，应力，改善切削性能。
退火分为三种： 完全退火 球化退火 去应力退火
完全退火： 将零件加热到一定温度后保持温度一段时间， 然后缓慢冷却。 这样可以降低钢
件的硬度，内应力和不均匀组织。
球化退火： 将零件加热到 750℃后保温， 然后缓慢冷却到 500℃以下， 再空气中冷却。 主
要用于高碳钢，降低钢的硬度，改善切削性能。
去应力退火： 将零件加热到 500--600 ℃， 随炉冷却到 300℃以下， 再室温冷却。 主要是消
除零件的内应力。
正火： 将零件加热到临界温度以上 30-50℃，保持一定时间后， 在空气中冷却。
主要细化零件内部组织，改善性能，获得平衡状态的组织。
正火与退火的区别在于： 正火的冷却速度快， 生产周期短。 所以如果退火和正火同样能达
到零件的性能要求，尽可能的选择用正火。
淬火： 将零件加热到临界点以上某一温度，保持一定时间后，在水（油）中迅速冷却。得
到马氏体或者贝氏体的组织。 目的： 提高硬度，但是韧性和塑性变差。
回火：淬火后的零件再加热到临界温度以下的某一温度，保温一段时间后冷却到室温， 淬
火后的钢件一般不能直接拿来使用， 必须回火处理。 可内应力， 降低脆性， 提高韧性。
回火分三种： 低温回火 中问回火 高温回火
低温回火： 150--250 ℃ 降低内应力和脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性。
中温回火： 350--500 ℃ 提高零件的弹性和强度。
高温回火： 500--650 ℃ 获得良好的力学性能。中碳钢和碳合金钢常用高温回火，轴类
零件几乎都用高温回火。
调质： 淬火 +高温回火

高频感应加热淬火方法及其应用
目前在生产上所应用的成熟方法及其一般应用范围如下。
(1)单液淬火法
它是简单的淬火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
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。 对碳
钢而言，直径大于 3-5 mm 的工件应于水中淬火，更小的工件可在
油中淬火。对各种牌号的合金钢，则以油为常用淬火介质。
由过冷奥氏体转变 （等温或连续冷却）动力学曲线看出，过冷奥
氏体在 点附近的温度区是比较稳定的。 为了减少工件与淬火介质之
间的温差，减小内应力，可以 把欲淬火工件，在淬入淬火介质之前，
先空冷一段时间，这种方法称为“预冷淬火法” 。
(2)中断淬火法（双淬火介质淬火法）
该种方法是把加热到淬火温度的工件， 先在冷却能力强的淬火介
质中冷却至接近 M 点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以
达到在不同淬火冷却温度区间， 有比较理想的淬火冷却速度。 这样既
保证了获得较高的硬度层和淬硬层深度又可减少内应力及防止发生
淬火开裂。一般用水作快冷淬火介质，用油或空气作慢冷淬火介质，
但较少采用空气。在水中停留时间为每 5-6 mm 有效厚度约 1 s。
这种方法的缺点是 :对于各种工件很难确定其应在快冷介质中停
留的时间，而对于同种工件，这时间也难控制。在水中冷却时间过长，
将使工件某些部分冷到马氏体点以下， 发生马氏体转变， 结果可能导
致变形和开裂。反之，如果在水中停留的时间不够，工件尚未冷却到
低于奥氏体不稳定的温度， 发生珠光体型转变， 导致淬火硬度不足。
此外，还应考虑：当工件自水中取出后，由于心部温度总是高于
表面温度，若取出过早，心部存的热量过多，将会阻止表面冷却，使
表面温度回升， 致使已粹成的马氏体回火， 未转变的奥氏体发生珠光
体或贝氏体转变。
由于迄今仍未找到兼有水、 油优点的淬火介质， 所以尽管这种方
法在水中保持的时间较难确定和控制， 但对只能在水中淬硬的碳素工
具钢仍多采用此法。 当然，这就要求淬火操作者有足够熟练的技术。
中断淬火法也可以另种方式进行， 即把工件从奥氏体化温度直接淬入
水中，保持一定时间后，取出在空气中停留。由于心部热量的外传使
表面又被加热回火， 同时沿工件截面温差减小， 然后再将工件淬入水
中保持很短时间，再取出在空气中停留，如此往复数次， 在油中
或空气中冷却。 显然这种方法不能得到很高的硬度， 主要用于碳钢的
大型工件，以减少在水中淬火时的内应力。
(3)喷射淬火法
这种方法就是向工件喷射水流的淬火方法， 水流可大可小， 视所
要求的淬火深度而定。 用这种方法淬火，不会在工件表面形成蒸气膜，
这样就能够保证得到比普通水中淬火更深的淬硬层。 为了因水流
之间冷却能力不同所造成的冷却不均匀现象， 水流应细密， 同时
工件上下运动或旋转。 这种方法主要用于局部淬火。 用于局部淬火时，
因未经水冷的部分冷却较慢， 为了避免已淬火部分受未淬火部分残留
热量的影响，工件一旦全黑，立即将整个工件淬人水中或油中。
(4)分级淬火法
把工件由奥氏体化温度萍人高于该种钢马氏体开始转变温度的
淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，
然后缓冷至室温，发生马氏体转变。这种方法不仅减少了热应力，而
且由于马氏体转变前， 工件各部分温度已趋于均匀， 因而马氏体转变
的不同时现象也减少。
分级淬火只适用于尺寸较小的工件， 对于较大的工件， 由于冷却
介质的温度较高，工件冷却较缓慢，因而很难达到其临界淬火速度。
某些临界淬火速度较小的合金钢没有不要采用此方法， 因为在油
中淬火也不至于造成很大内应力。 反之，若采用分级淬火来代替油淬，
其生产效率并不能显著提高。
淬火介质的温度（“分级”温度）可高于或略低于马氏体点，当
低于马氏体点时，由于温度比较低，冷却较剧烈，故可用于较大改进
的淬火。
各种碳素工具钢和合金钢（ M s=200~250℃）淬火时，分级温度
选择在 250℃附近，但更经常选用 120~150℃，甚至 100℃。
分级温度选在低于 M s点，是否还谓之分级淬火，尚有待商榷。
因为一般分级淬火的概念是在分级温度等温后， 取出缓冷时才发生马
氏体转变，但在低于 M s点以下的温度等温后已发生了大量马氏体转
变。
分级保持时间应短于在该分级温度下奥氏体等温分解孕育期，应尽量使工件内外温度均匀。 分级后处于奥氏体状态的工件， 具有较
大的塑性（相变超塑性），因而创造了进行工件的矫直和矫正的条件。
这对工具具有特别重要的意义。因而高于 M s点分级温度的分级淬火，
广泛地应用于工具制造业。对碳钢来说，这种分级淬火适用于直径
8~10mm 工具。
若分级淬火温度低于 M s点，因工件自淬火剂中取出时，已有一
部分奥体氏转变成马氏体， 上述奥体氏状态下的矫直就不能利用， 但
这种方法用于尺寸较大的工件（碳钢工具可达 10~15mm 直径）时，
不引起应力及淬火裂缝，故仍被广泛利用。
（5）等温淬火法
工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之
完成奥体氏的等温转变， 获得下贝氏体组织， 这种淬火称为等温淬火
等温淬火于分级淬火的区别在于前者获得下贝氏体组织。
进行等温淬火的目的是为了降低变形少， 硬度较高并兼有良好韧
性的工件。 因为下贝氏体的硬度较高而韧性又好， 在等温淬火时冷却
又较慢，贝氏体的比体积也较小，热应力、组织应力均很小，故形状
变形和体积变形也较小。
等温淬火用的淬火介质于分级淬火相同。