热处理之淬火和回火

钢的淬火是将钢加热到临界温度（Ac3或ACl)以上某一温度，充分保温，使奥氏体化后迅速冷却，使钢的金相组织转变成固溶了第二相的固溶体的工艺过程。对于模具钢而言，主要是马氏体或混有下贝氏体或残留奥代体的混合组织；特殊钢类，可能是奥氏体，此时称固溶处理。回火是粹火的后续工序，是将泮火后的钢加热到ACl以下某一温度（根据回火后要求的金相组织和性能而定），充分保温（使转变完成）后冷却的工艺过程。固溶处理后的钢使第二相析出而强化，此时称时效。

淬火和回火,都包括两个主要阶段，即加热和冷却。由于加热或冷却的方式方法和介质的不同，淬火工艺或回火工艺有许多种，如完全淬火、不完全淬火，分级泮火、等温淬火等；低温回火，高温回火，真空回火等。

热处理一般分预先热处理和最终热处理两大类。给予钢或零件最终性能的热处理称最终热处理，如淬火回火等；为最终热处理作组织或性能准备的称预先热处理，如退火、正火等。但也不是绝对的，如淬火并高温回火，即调质处理，有时是预先热处理，有时可作最终热处理；预硬钢的热处理，在钢厂是最终热处理，对制造厂而言又是预先热处理。

为了满足不同模具零件的不同性能要求，模具零件的最终热处理工艺很多，五花八门，千变万化。但是预硬化型模具钢作为钢厂的产品供应市场，其热处理 (泮火回火）工艺规范（特别是奥氏体化温度和冷却介质）必须符合国家标准或行业标准的规定，不能随意更改的（除非用户订货协议规定另有特殊要求)。其他工艺参数如加热时间加热介质等，可根据具体情况（钢的特性、钢材尺寸、加热炉的类型、生产批量等）而变化。因为只有这样才能判别钢材是不是符合标准的合格品，所有生产单位的产品都必须统一于这个标准之下。

淬火和回火，是模具钢或模具零件强化的最主要手段，亦即最终热处理。但是，由于历史原因，模具钢一般是以退火状态交货的，甚至少数钢种允许不热处理（轧制状态）交货，所以钢厂一般不作淬火回火处理。自从模具钢精品化、易切钢、非调质钢以及预化型模具钢推广应用以来，钢厂也进行钢的最终热处理。

1.淬火

淬火加热温度。模具钢主要是过共析钢或共析钢，加热温度Act、Acm之间，取ACl+(30-50℃),大件取上限，细晶粒钢有时取更高温度。亚共析钢取Ac3+ (30-50℃)。

加热介质

通常有气体（空气或控制气氛、真空等，宜采用对钢有保护作用的控制气氛中加热）和液体（主要是盐浴，盐浴的种类很多，应根据加热温度高低及其他条件的不同而选取)。

加热时间的确定

加热阶段包括升温，均温和保温。由于具体加热条件不同，确定比较复杂，差别也较大，在不同加热条件下加热的经验计算公式可参考。主要考虑因素有：

1) 钢的特性；

2) 加热炉及加热介质的特性；

3) 奥氏体化温度的高低；

4) 升温特点，预热与否及预热温度及次数；

5) 装炉方式及装炉量。

冷却

常用的冷却介质有水及各种水溶液；油（各种冷却能力及特性的油)；熔盐或空气等。

对冷却介质的基本要求是：

1) 在钢的过冷奥氏体的不稳定温度范围内具有足够的冷却能力；

2) 钢在低温相变温度区域具有较低的冷却速度，避免变形、开裂的发生;

3) 成分稳定，在使用过程中不易变质或降低冷却性能；

4) 介质在使用条件下有合适的粘度；

5) 不易燃、易爆，无毒；

6) 经济、易得。

影响冷却介质冷却能力的外界因素有介质温度、浓度、压力、污染和搅拌条件等。

常用的冷却方式有：

1)单液淬火法

将钢或零件加热到奥氏体化后淬入水、油或其他冷却介质中，经过一定时间冷却（冷却到低于珠光体型转变温度区域或马氏体转变温度区域）取出空冷。由于冷却过程在单一的冷却介质中完成的，称单液泮火法。

2)双液淬火法

顾名思义，淬火冷却过程是在两种冷却介质（最常用的是水、油）中配合完成的。使冷却过程较为理想，即在珠光体转变区域快速冷却，在马氏体转变区域缓慢冷却。具体做法是，将加热到奥氏体化温度的钢或零件先淬入高温区快冷的第一种介质中（通常是水或盐水溶液)，以抑制过冷奥氏体的珠光体转变，当冷却到400℃左右时，迅速取出转入低温区缓冷的第二种介质中 (通常为油）。由于马氏体转变在较缓和的冷却条件下进行，可有效地缓解或防止变形和开裂，俗称水淬油冷。此法需要较髙的操作技巧。有时可理解为三种介质，即先水、后油、最终是空气。

3)喷射淬火法

大型复杂特别是厚薄差大的工件，为使冷却均匀避免过大的淬火应力，控制好冷却过程不同阶段不同部位的冷速的方法。有喷液（水或水溶液)、喷雾（压缩空气和水经雾化喷射到零件不同部位)、气淬等多种方式，其优点是可控制不同介质或不同流量、压力来控制和调节各温度区域的冷速；或改变不同喷嘴数量和位置可使冷却均匀。目前在模具热处理中最流行的真空高压气泮即是。

4)分级淬火法

将加热到奥氏体化温度的钢或工件淬入温度在马氏体转变温度附近的冷却介质（常用的为盐浴）中，停留一段时间，使工件表面和中心温度逐渐趋于一致后取出空冷，以较低的冷却速度完成马氏体转变，此法能显著减少变形并且提高钢的韧度，是模具零件常用的淬火方法之一。

分级淬火的温度选择有两种。一种是取被处理工件钢种的马氏体转变开始温度（％点）以上10〜30℃;另一种是选取Nis点以下80〜100℃。分级的停留时间也要掌握好，过短则温度不够均匀，未能达到分级淬火的目的；过长则可能发生非马氏体相变而降低硬度。

5)等温淬火法

将加热到奥氏体化温度的钢工件淬入温度稍高于被淬火钢钢种％点的热浴中等温停留，完成相变以获得下贝氏体组织或下贝氏体和马氏体混合组织。此法目的有缓解变形和开裂、淬火应力小的优点。具有与回火马氏体相近的强度和韧度。

一般情况下，等温淬火后可以免去回火。淬火方法还有许多种。

2.回火

回火是淬火后不可缺少的后续工序，不可忽视。回火温度的选取完全依据模具零件要求的力学性能而定。以温度高低不同分：

1) 低温回火

一般为250℃以下。其目的是在尽可能保留高硬度条件下，

消除或降低淬火应力，恢复一定的钿性而不致过脆，要求髙耐磨的冷作模具零件采用；

2) 中温回火

一般为350〜500℃，使淬火钢既有一定的强度和弹性，又有足够的钿性和塑性，受冲击的模具零件采用；

3) 高温回火

一般为500〜650℃之间或更高些。目的是调整钢的强籾性（即综合力学性能）使达到最佳的配合。也称调质处理。作为预先热处理时，也为后续工序的表面泮火，渗氮等作组织准备，改善可加工性。此外，对某些高合金钢可获得二次硬化效果，提高硬度、耐磨性和尺寸稳定性，消除残留奥氏体。热作和塑料模具零件采用，目的是提高在模具工作温度下的籾度和耐磨性。

回火保温时间，原则是保温时间要充分，保温不足往往造成不良后果，有时需要两次或多次回火，在保温时间上宁长勿短。尤其是所谓的快速回火，单纯为缩短时间而损失质量，是不可取的。通常规定最短不得少于lh。像余热回火 (自回火)、局部回火等是不得已而为之，不可取。高速钢或高合金模具钢有二次硬化效应，必须反复回火2~4次。

回火后的冷却。一般均取空冷。含Mo的模具钢不必担心回火脆性发生。缓慢冷却效果更好，因为细微的二次碳化物在此过程中析出。

钢的淬火与回火工艺可参阅GB/T 16924—1997《钢的淬火与回火处理》。

3.冷处理

冷处理亦称冰冷处理、零下处理、深冷处理。是淬火冷却到室温后继续冷却到钢的马氏体转变开始点Ms以下某一温度，一般为-60〜196℃，使在室温未完成转变的奥氏体转变成马氏体。冷处理的目的，一是使模具零件具有精度保持性（尺寸稳定性)，防止在室温因残留奥氏体转变而发生尺寸变化；二是促使未转变的奥体更多地转变成马氏体，进一步提高硬度，从而提高零件的耐磨性和使用寿命。

冷处理工艺依据模具零件所采‘用的钢种而定，一般取-60~-80℃己足够，过度地降温也不能使奥氏体全部转变，反而增加成本和开裂的可能性，特殊情况，可冷却到更低温度，如-196℃左右。冷却介质，常用的有在工业冰箱中或特制的冷处理专用设备中空气介质冷却；也有在干冰（固体CO2)加入酒精的溶液中冷却（此法一般只能冷却到-60℃左右）且不易控温，能耗大；也有在液氮中 (-196℃左右）冷却，此时为强调深冷，区别于一般的冷处理，亦称深冷处理。对于某些高铬钢的冷冲模零件，效果尤显。

冷处理时钢中残留奥氏本向马氏体转变主要发生在冷却过程中，中间停留会使奥氏体稳定化而影响马氏体转变的彻底完成。达到预定的冷处理温度，视零件尺寸大小和装炉情况，估计内外均温后即可，不需要特定延长保温时间。冷处理应在泮火后立即进行（即连续进行)，但为了节约能源消耗，一般先用冷水冲洗，逐渐降温后再放入冷处理设备中或介质中。降温宜缓慢，冷速过快，易造成开裂。冷处理完成后，取出工件在空气中自然缓慢地升到室温，然后再进行回火。也有为防止开裂，淬火后先行低温（小于200℃)回火再冷处理的工艺，但冷处理效果就不太好了。

冷处理主要用于冷作模具的精密零件。

4. 火焰表面泮火

火焰加热表面淬火在模具制造中获得应用，如汽车车身覆盖件大型拉延模；大型塑料模；大型冲模等的工作零件刃口。此类零件利用火焰表面淬火有其独特的优点且降低成本。我国目前多用手工方法泮火，缺点较多。若能改进而用机械化自动化程度高的操作方法，则质量更能保证和进一步提高。

淬火后能获得的最高硬度，决定于钢的碳含量以及淬火温度和冷却条件等因素。火焰淬火尤其在手工操作情况下，是一种操作技巧很强的工艺，同时必须具备合适的工具。冷作模具钢如CrWMn、Cr12MoV.等均可进行火焰淬火而不导致产生裂纹。表面硬度要达到800HV左右，淬火后空冷即可：球墨铸铁、合金铸铁也可进行火焰淬火，淬火后最高硬度可达55-60HRC。

我国研制的7CrSiMnMoV钢是优秀的火焰淬火型冷作模具钢。加热时注意防止过热，避免氧化和晶粒粗大化。火焰淬火工艺规范，可参考热处理工艺行业标准JB/T 9200—1999《钢铁件火焰淬火回火处理》。

本文出自*港峰公司（葛利兹、名佳利）*，转载请注明出处！ 2016-4-23

发表时间：2016/4/23 17:21:39