常用淬火方法有哪几种,如何正确地选择淬火方法

来源:热处理实用数据速查手册作者:樊东黎

    常用淬火方法主要有以下几类:按冷却方式分为喷液淬火、喷雾冷却淬火、热浴淬火、自冷淬火、模压淬火和预冷淬火;按淬火介质分为水冷淬火、盐水淬火、油冷淬火、空冷淬火、风冷淬火、气冷淬火、水溶性聚合物水溶液淬火和双介质淬火;按淬火后获得组织分为分级淬火、等温淬火和亚温淬火等。

    常用淬火方法主要有以下几种:

    (1)单液淬火将奥氏体化后的工件放入单一淬火介质中冷却的淬火方法,称为单液淬火。水冷淬火、盐水淬火、油冷淬火、水溶性聚合物水溶液淬火均属于单液淬火。单液淬火的淬火介质一般为:碳钢淬火用水或水溶性聚合物水溶液,合金钢用油淬,有效厚度小于5mm或硬度要求不高的碳钢也可在油中冷却。冷却时间的计算方法是:水中2~3mm/s20~ 80℃的油中2~3mm/min

    (2)双介质淬火双介质淬火是将工件加热至奥化体化后,先淬入冷却能力较强的介质中,在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的淬火方法。加热至奥化体化的工件在一种冷却能力较强的介质中冷却,快速绕过奥氏体等温转变曲线的“鼻尖”,以抑制奥氏体的分解,在冷到400~Ms点区间时,迅速移人另一种冷却速度较慢的淬火介质中,使奥氏体在缓慢的冷却过程中完成马氏体转变。双介质淬火可以在保证工件淬硬的同时,有效地减小畸变和防止开裂。最常用的是水(或盐水)-油、水(或盐水)-空气双介质淬火。

    (3)分级淬火。也称马氏体分级淬火,是把工件加热奥氏体化后,浸入温度稍高于或稍低于Ms点的热浴中保持适当时间,待工件整体达到介质温度后,取出空冷,以获得马氏体的淬火方法。分级淬火对于减小畸变和防止开裂,比双介质淬火更有效。

    分级淬火的关键是分级盐浴的冷却速度一定要大于临界冷却速度,并能使零件保证获得足够的淬硬层深度。不同钢种在分级淬火时,其临界直径不同,但都比水淬和油淬的要小。因此,分级淬火不适用于大截面碳素钢和低合金钢工件的淬火。

    1)分级淬火加热温度。可比正常淬火加热温度提高10~20℃,以增加奥氏体的稳定性,防止其分解为珠光体。

    2)分级温度。对于淬透性高的合金钢,其分级温度可选择比Ms点稍高的温度(Ms+10~30℃),以减小淬火应力。对于要求淬火硬度较高、淬硬层较深的工件应选用较低的分级温度;截面较大的工件分级温度应取下限;形状复杂、畸变要求较严格的小型工件应取分级温度的上限。

    3)分级时间。可用以下经验公式估算分级时间(s)

    分级时间=30+5D

式中D-工件有效厚度(mm)

    截面较小工件的分级时间一般为15min

    4)分级淬火冷却介质。分级淬火冷却介质一般为碱浴或盐浴,常用碱浴和盐浴见表3-6

    3-6    常用碱浴和盐浴

常用碱浴和盐浴

    对于形状复杂、畸变要求严格的高合金工具钢,可采用多次分级淬火,如二次分级淬火或三次分级淬火。分级温度应尽量选择在过冷奥氏体稳定性较大的温度区间,以防止发生非马氏体转变。

    常用钢材分级淬火工艺规范见表3-7

    3-7    常用钢材分级淬火工艺规范

常用钢材分级淬火工艺规范

    (4)等温淬火。也称贝氏体等温淬火,将奥氏体化后的工件淬入温度稍高于Ms点的热浴中,保持足够的时间,使奥氏体完全转变为下贝氏体,然后在空气中冷却,这种淬火方法叫做等温淬火。它与分级淬火的不同之处在于,等温淬火在稍高于Ms点的热浴中保持时间足够长,直到奥氏体全部转变为下贝氏体;而分级淬火时,在热浴中保持时间仅使其过冷到与热浴温度相同的温度而已,组织转变是在空气中进行的。工件经等温淬火后不但可获得较高的硬度(共析钢的硬度约为5658HRC),还能保持很高的韧性。

    1)淬火加热温度。等温淬火的加热温度与普通淬火相同。尺寸较大的工件可适当提高加热温度,淬透性较差的碳钢和低合金钢也可适当提高加热温度。

    2)等温温度。等温温度一般为Ms+030℃,尺寸较大的工件等温温度应取下限,也可将工件淬人温度较低的分级盐浴中保持较短时间,然后转入等温盐浴中。几种常用钢的等温温度见表3-8

    3-8    几种常用钢的等温温度

几种常用钢的等温温度

    3)等温时间。等温时间(τ)由下式计算:

    τ=τ1+τ2+τ3

式中τ1-工件从淬火温度冷却到盐浴温度所需时间;

    τ2-均温时间;

    τ3-从等温转变图上查出来的转变所需要的时间。

    4)冷却。等温后一般在空气中冷却,以减少淬火应力。

    等温淬火极大地减小了畸变和开裂倾向,工件淬火后具有较高的塑性和韧性。

    (5)预冷淬火。预冷淬火是将奥氏体化的工件先在空气中或其他缓冷介质中预冷到稍高于Ar1Ar3的温度,然后再用较快的淬火介质冷却的淬火方法。与直接淬火相比,预冷淬火降低了工件淬入介质时的温度,减小了热应力,从而减小了畸变和开裂倾向。在技术条件许可的情况下,允许危险部位(薄壁、棱角、孔边等)产生部分非马氏体组织,然后再整体淬火。

    (6)亚温淬火。亚共析钢制工件加热到Ac1~Ac3温度区间,淬火后获得马氏体和铁素体组织的淬火工艺,称为亚温淬火。由于这一区间为奥氏体加铁素体两相区,加热温度较低,所以奥氏体晶粒度很细,并有少量游离分散的铁素体。铁素体的存在,使磷等有害杂质集中于少量游离分散的铁素体晶粒中,可提高钢的韧性,降低临界脆化温度,抑制回火脆性。钢中碳含量越低,亚温淬火效果越明显。

    正确地选择淬火方法,既能保证工件达到技术要求,又能最大限度地减少畸变和防止开裂,是保证淬火质量的关键因素之一。淬火方法的选择,应根据工件的材料、形状、大小、技术要求、淬火介质的种类和温度、操作技能等因素,综合考虑后确定。单液淬火的优点是操作简便,有利于实现自动化,适用于低、中碳钢及低碳、低合金钢工件;缺点是水淬的工件容易引起畸变和开裂。双介质淬火适用于中、高碳合金钢及尺寸较大的工件的淬火,但要求操作者能熟练掌握水中停留的时间。分级淬火适用于形状复杂、畸变要求严格、截面较小的高碳工具钢及合金工具钢的工具及模具等。等温淬火适用于形状复杂、尺寸不大、硬度较高、变形很小的中高合金工具钢模具。预冷淬火适用于截面变化较大或形状复杂易淬裂的工件及合金钢模具的淬火,但要求操作者能正确确定预冷时间。亚温淬火适用于低、中碳钢及低合金结构钢的淬火。