鋼材淬火工藝知識要點，玩熱處理的，怎能不懂這些呢？
今天給大家分享的是關于鋼材的淬火的知識點！
本文知識要點如下：
1、淬火概念
2、淬火原理
3、淬火目的
4、淬火前的準備
5、淬火規范
6、淬火操作
7、淬火工藝程序
8、檢驗方法
9、傳統淬火存在的問題
10、影響工件冷卻速度的因素
11、淬火氣體類型對冷速的影響
12、四種常用的淬火氣體
13、不同結構的氣流方式
14、縱橫截面圖
15、先進淬火工藝
由于文章內容過長，大家可以選取對自己有幫助的內容學習！
淬火概念
淬火是指將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使奧氏體轉變為馬氏體的熱:處理工藝。
淬火原理
在氣淬過程中,工件的熱量主要靠循環氣體的強制對流傳熱帶走，在其他因素一定的情況下，對流換熱系數越大，淬火所經歷的時間越短，冷卻速度越快。
淬火目的
1,提高工件的硬度和耐磨性，例如各種刃具，冷作模具。
2,賦予工件以需要的綜合機械性能，例如中碳鋼的調質。
3,使工件獲得特殊的物理化學性能，例如對用磁鋼進行淬火，可以增加其鐵磁性。
傳統淬火方法及常用介質
淬火方法:單液淬火，雙液淬火，分級淬火，等溫淬火
常用淬火介質:水，水溶液，礦物油，熔鹽，熔堿
淬火前的準備
1、 檢查工件表面，不允許有碰傷、裂紋、銹斑、油垢及其他臟物存在，油垢可用堿煮洗，銹斑可用噴砂或冷酸清洗。
2、準備淬火所用的工具，檢查設備是否完好。
3、檢查控溫儀表指示是否正確。
4、工件形狀復雜的，其中有不需要淬硬的孔眼、尖角或厚度變化大的地方，為了防止變形和淬裂的危險均應采用堵塞或纏繞石棉的方法，使工件各部分加熱及冷卻溫度均勻。
5、要求工件表面不允許有氧化脫碳現象，要用硼砂酒精溶液涂覆。
淬火規范
1、加熱溫度
(1)亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3+30~50"C， 一般在空氣爐中加熱比在鹽浴中加熱高10~30C，采用油、硝鹽淬火介質時，淬火加熱溫度應比水淬提高20"C左右。
(2)共析鋼、過共析鋼淬火加熱溫度為Ac1+30~50°C， 一般合金鋼淬火加熱溫度為Ac1或Ac3+30~50°C.
(3) 高速鋼、高鉻鋼及不銹鋼應根據要求合金碳化物溶入奧氏體的程度選擇。過熱敏感性強及脫碳敏感性強的鋼，不易取.上限溫度。
(4)低碳馬氏體鋼淬透性較低，應提高淬火溫度以增大淬硬性; 中碳鋼及中碳合金鋼應適當提高淬火溫度來減少淬火后片狀馬氏體的相對量，以提高鋼的韌性;高碳鋼采用低溫淬火或.快速加熱可限制奧氏體固溶碳量，而增加淬火后板條馬氏體的含量，減少淬火鋼的脆性。另外，提高淬火溫度還會增加淬火后的殘余奧氏體量。
2、加熱方法
(1)模具:室溫進爐或300- -400°C進爐， 并在550- -600C時等溫一段時間。
(2) 彈簧或原材料(調質處理)，可在淬火溫度時進爐。
3、保溫時間
加熱與保溫時間由零件入爐到達指定工藝溫度所需升溫時間(t1)，透熱時間(t2) 及組織轉變所需時間(t3) 組成。t1+t2由設備功率、加熱介質及工件尺寸、裝爐數量等因素決定，t3則與鋼材的成分、組織及熱處理技術要求有關。普通碳鋼及低合金鋼在透熱后保溫5~15min 即可滿足組織轉變的要求，合金結構鋼透熱后應保溫15~25min。高合金工具鋼、不銹鋼等為了溶解原始組織中的碳化物，應在不使奧氏體晶粒過于粗化的前提下，適當提高奧氏體化溫度，以縮短保溫時間。
4、加熱速度
對于形狀復雜，要求畸變形小，或用合金鋼制造的大型鑄鍛件，必須控制加熱速度以保證減少淬火畸變及開裂傾向，一般以30~70°C/h限速升溫到600~700C， 在均溫一段時間后再以50~100C/h速度升溫。形狀簡單的中、低碳鋼、直徑小于400mm的中碳合金結構鋼可直接到溫入爐加熱。
5、冷卻
(1)根據不同鋼材的種類選擇冷卻方法(見《熱處理手冊》—工藝基礎P161- -162)。
(2)冷卻水溫不可超過40°C.
(3)當工件冷卻到300- 400C時，水的冷卻能力太強，易使工件淬裂，尤其是當工件過熱更易發生淬裂現象。
(4)工件在水中應作上下左右移動或將水強力攪動。
(5)淬火油應保持在20- -60°C.
(6)油池應保持潔凈，經常消除鹽渣或污濁雜質，一般2-3應進行換新或過濾處理。
6、淬火介質的使用
(1)按照淬火介質技術要求和冷卻性能，正確地選用各類淬火介質。
(2)淬火介質不應對熱處理工件產生嚴重銹蝕。
(3)水槽中的水、水溶液不應含有過量有害物質。
(4)油槽中的淬火油混入少量水是極其有害的，會造成淬火軟點或
畸變。其含水量應小于0.05% (質量分數)。
(5)將淬火介質攪拌均勻后，從淬火槽有代表性的部位或中心部位
取適量介質進行分析。經分析不符合技術要求時，適當調整，
甚至更換。
7、淬火槽
(1)淬火槽應保持工件表面各部位冷卻均勻，一般應有循環攪拌和冷卻裝置。
(2)淬火槽的容積應適應持續淬火和工件在槽中移動的需要。
(3)應及時清除淬火槽中的懸浮物和沉淀物。
(4)淬火槽要有槽蓋，停用時加蓋保護。油槽要定期清除。
(5)淬火槽應裝備分辨力不大于5°C的測溫儀表。
淬火操作
1、工件浸入淬火介質應遵循的原則
(1)工件浸入淬火介質前在空氣中預冷可以減少畸變，預冷時間t (s) =12+ (3~4) d，d是危險截面厚度(mm)。
(2)工件在淬火介質中應根據其形狀，沿不同方向作適當移動，以提高介質的冷卻速度和減少工件畸變。
(3)軸類和圓筒形工件，從加熱爐中取出后，應預冷片刻，垂直浸入淬火槽。
(4)圓盤形和薄板形工件，應使其軸向與液面平行浸入介質。
(5)有凹面和不通孔的工件，凹面及不通孔開口向上浸入介質，以利排除蒸汽。
2、單介質淬火
工件在水中淬火冷至室溫的時間- -般是0. 2~0.3s/mm，大型軸類工件為1.5~2s/mm，在軸中冷卻一般工件是9~ 13s/mm.
3、雙介質淬火
工件在水一油雙介質淬火時，在水中停留時間: t (s) =K*D, 式中的D為工件最易開裂出的厚度，K為常數。
4、分級淬火
分級淬火時鋼的臨界直徑比水淬和油淬都小，對于碳鋼和低合金鋼適用于小型工件(碳鋼小于15mm，合金鋼小于30mm)。工件尺寸大時，由于分級冷卻速度緩慢，將得到非馬氏體組織。
5、貝氏體等溫淬火
(1)等溫淬火適應于合金鋼及W (C) >0.6%的碳鋼的小截面工件。
(2)嚴格控制等溫槽溫度，防止大批工件浸入槽內引起槽液溫度上升。
(3)為了提高等溫槽的冷卻速度，等溫槽中含水量可控制在0.2%~0.4% (質量分數)，高者可達1%~2% (質量分數)。即檫干并涂以防銹油，以防生銹。
(5)為了消除冷處理過程中產生的內應力、工件深冷后應進行低溫回火。
(6)一般鋼冷處理后不回火，高速鋼可在回火一次后進行冷處理。
6、冷處理
(1)工件淬火未冷至室溫不得放入冷裝置，以免開裂。
(2)工件不易直接放入低溫冷卻液(干冰+酒精)。應先放入充有空氣的低溫箱，使之冷透后再投入冷室。
(3)工件放入冷裝置后，儀器指示到預定低溫后，應保持1.5~2h。
(4)工件從冷室取出后空冷，空氣中的水會在表面結霜，應立即檫干并涂以防銹油，以防生銹。
(5)為了消除冷處理過程中產生的內應力、工件深冷后應進行低溫回火。
(6)一般鋼冷處理后不回火，高速鋼可在回火一次后進行冷處理。
7、工件的校正
(1)碳素鋼冷卻到150--200°C時取出在空氣中校正。
(2)合金鋼及高速鋼冷到200- -250°C時取出在空氣中校正。
(3)工件應在加熱條件下校直時，加熱溫度不得超過回火溫度。
淬火工藝程序
除油—除銹—涂保護劑—涼干—進爐—加熱—等溫—升溫—保溫—淬火—(水或油或其他)—檢驗—(回火，見回火工藝)
檢驗方法
1、外觀檢驗
工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕(必要時可用磁粉探傷或其他無損檢測方法檢測)。鍛造余熱淬火工件,表面不能有折疊等缺陷。
2、表面硬度
硬度必須滿足技術要求，根據不同類型的工件，不能超過表面硬度的誤差范圍。
3、金相組織
(1)中碳鋼和中碳合金結構鋼淬火后一般應得到馬氏體。
(2)高碳工具鋼和高碳低合金工具鋼(包括軸承鋼)正常淬火組織是均勻分布的未溶碳化物+隱晶馬氏體(或少量細片狀馬氏體)。
(3)高速鋼淬火通常以晶粒度控制淬火質量。
4、畸變
淬火回火的畸變允許值不得超出下表的規定：
傳統淬火存在的問題
1、氧化和脫碳
使工件的尺寸減小，表面含碳量下降，表面粗糙度增大，還會嚴重影響到淬火時冷卻的速度，造成軟件或硬度不足，耐磨性和疲勞強度下降。
2、過熱和過燒
加熱溫度過高或加熱時間過長，會引起奧氏體晶粒長大變粗，生成的馬氏體也粗化，這種現象叫做過熱。過熱的工件幾乎不能防止淬火裂紋產生。
3、軟點和硬度不足
工件或剛才淬火硬化后，表面硬度偏低的小區域稱為軟點。軟點可用銼刀檢查，容易錯動的地方就是軟點所在位置。零件進入介質的方式是造成軟點和硬度不足的重要原因。
4、淬火裂紋
淬火裂紋是工件在淬火冷卻過程中產生的裂紋。這種裂紋是工件進入冷卻介質中不久之后，溫度降低的時候產生的。
影響工件冷卻速度的因素
主要有淬火氣體壓力、淬火氣體流量、淬火氣體類型、換熱器的換熱能力、爐膛結構和爐膛內工件布置方式等。其中對冷卻速度影響最為顯著的因素是淬火氣體的壓力和流率。
淬火氣體類型對冷速的影響
在相同的溫度和壓力下，高壓氣淬所用的淬火氣體密度應小，以減小通過淬火回路流動時所需風機功率;比熱應大,能從工件上移去更多的熱量;導熱系數應大，以減小氣體流動時對流傳熱邊界層的熱阻。
四種常用的淬火氣體
氫氣、氦氣、氮氣和氬氣
其冷卻能力依次是氫氣>氦氣>氮氣>氬氣。
不同結構的氣流方式
縱橫截面圖
先進淬火工藝介紹
真空高壓氣冷淬火
真空高壓氣淬作為一種真空熱處理技術，起始于二十世紀七十年代，它具有油冷淬火、鹽浴淬火不可比擬的優點:
①工件表面質量好無氧化、無增碳;
②淬火均勻性好，工件變形小;
③淬火強度可控性好冷卻速度能通過改變氣體壓力和流速進行控制;
④生產率高;
⑤無環境污染等。
在近三十年時間內,真空高壓氣淬技術得到了迅速發展、推廣和應用，特別是隨著淬火壓力的提高,使得真空熱處理的材質范圍進一步擴 大，工件淬火硬度和可淬硬尺寸得到了明顯提高。
激光淬火
激光淬火是利用激光將材料表面加熱到相變點以上，隨著材料自身冷卻，奧氏體轉變為馬氏體，從而使材料表面硬化的淬火技術。
優點:
1.淬火硬度比常規方法高、淬火層組織細密、強韌性好。
2.激光加熱速度快，熱影響區小，又是表面掃描加熱淬火，即瞬間局部加熱淬火，所以被處理的模具變形很小。幾乎不破壞表面粗糙度。
3.激光束發散角很小，具有很好的指向性，能夠通過導光系統對模具表面進行精確的局部淬火。
等離子淬火
等離子弧表面淬火是應用等離子束將金屬材料表面加熱到相變點以上，隨著材料自身的冷卻，奧氏體轉變成馬氏體，在表面形成由超細化馬氏體組成的硬化帶，具有比常規淬火更高的表面硬度和強化效應。
優點:
用等離子弧熱源進行表面淬火具有與激光淬火相同的一些優點，更具有激光淬火無法比擬的顯著優點:
1.等離子弧表面淬火設備只需在普通應用的等離子弧發生器的基礎上作些改進即可實現表面淬火要求，在技術上、制造上都很容易實現。而目前國內只能生產功率較低的激光表面淬火設備,限制了激光表面淬火技術的應用范圍。
2.在激光淬火前，工件需進行磷化即黑化處理，以提高光的吸收系數，這樣就增加了淬火工序，并且，黑化質量對激光熱處理的效果影響很大，而等離子表面淬火不需類似的工序即可完成。
3.由于技術和設備的原因，目前激光器的工業效率(即電光能量轉換效率)很低，不超過15%,而等離子弧表面淬火設備的熱效率要高出許多。
4.激光表面淬火設備的價格昂貴，體積龐大，對操作人員的技術要求高，造成安裝場地要求高，生產成本高，而等離子弧表面淬火設備價格便宜，體積小，降低了生產成本。
5.由于激光設備的原因，激光淬火在內孔表面等部位的淬火長度受到限制，等離子弧表面淬火通過采用合適的工裝，可以實現對深孔表面強化。
缺點:
等離子弧表面淬火外部影響因素很多，在淬火過程中都需要控制，對實現穩定的淬火工藝增加了難度。等離子弧表面淬火對于工件的小的局部，窄的溝、槽等表面實現比較困難，而且，硬化層深度較淺，有一定的應用限制。
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