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弹簧淬火工艺、淬火介质和冷却方法

淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。

淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。

（1）淬火加热温度

淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3（30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1（30～50℃）。

亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3（30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。

过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。

过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm或以上温度就更不合适。

在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。

强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3－（5～10℃）。

采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火，5CrMnMo钢在890℃淬火，20CrMnMo钢在920℃淬火，效果较好。

高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。

（2）保温时间

为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定时间，既保温时间。

（3）淬火介质

工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使Ms点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。

利用交变电流在弹簧表面感应巨大涡流，使弹簧表面迅速加热的方法

感应加热：利用交变电流在弹簧表面感应巨大涡流，使弹簧表面迅速加热的方法。

①高频感应加热频率为250-300KHz，弹簧淬硬层深度0.5-2mm

②中频感应加热频率为2500-8000Hz，弹簧淬硬层深度2-10mm

③工频感应加热频率为50Hz，弹簧淬硬层深度10-15mm

弹簧的渗碳是指向弹簧​的表面渗入碳原子的过程

弹簧的渗碳是指向弹簧的表面渗入碳原子的过程。渗碳目的提高弹簧表面硬度、 井式气体渗碳炉耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。渗碳用弹簧为含0. 1-0. 25%C的低碳弹簧。 碳高则心部韧性降低。

弹簧的氮化

氮化是指向弹簧的表面渗入氮原子的过程。氮化用弹簧为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳弹簧。常用弹簧号为38CrMoAl。氮化温度：500-570℃。氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。常用氮化方法为气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的弹簧。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。

氮化的特点

⑴氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。

⑵疲劳强度高。由于表面存在压应力。氮化层组织38CrMoAl氮化层硬度

⑶工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。

⑷耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。

氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求耐热、耐磨及耐蚀的零件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。

真空加热时，由于氧的分压很低，可以有效防止氧化和脱碳。

虽然真空热处理设备的投资比较大，但金属和合金在真空热处理时会产生一些和常规热处理技术所没有的作用，是一种能得到高的表面质量的热处理新技术，目前越来越受到重视。

真空热处理的效果，真空的保护作用真空加热时，由于氧的分压很低，可以有效防止氧化和脱碳。同时真空热处理属于无污染的洁净热处理。表面净化作用在高真空中氧的分压很低，加热可以加速金属氧化物分解，从而获得光亮的表面。脱脂作用在机械加工时，弹簧不可避免地沾有油污。在真空加热时，这些油污迅速分解为氢、水蒸气和二氧化碳，很容易蒸发而被排出炉外。所以在真空热处理中，即使弹簧表面有轻微的油污也会得到光亮的表面。脱气作用在真空中长时间加热能使溶解在金属中的气体逸出，有利于提高钢的韧性。弹簧变形小在真空中加热，升温速度慢，弹簧截面温差小，所以处理时变形小。

使弹簧在热处理过程中不发生氧化

向炉内通入一种或几种一定成分的气体，通过对这些气体成分的控制，使弹簧在热处理过程中不发生氧化和脱碳，这就是可控气氛热处理。一般可控气氛往往是由CO、H2、N2及微量的CO2和H2O与CH4等多种气体混合而成。适当调整混合气体的成分,可以控制气氛的性质，达到无氧化脱碳或渗碳的目的。