淬火

淬（ㄘㄨㄟˋ）火，俗稱蘸（ㄓㄢˋ）火（英語：Quenching），金屬和玻璃的一種熱處理工藝。把合金製品或玻璃加熱到一定溫度，隨即在含有礦物質的水、油或空氣中急速冷卻，一般用以提高合金的硬度和強度。

關於同名電視節目，請見「淬火 (節目)」。

被推進淬火車床的焦炭（Coke）。攝於1942年11月，位於美國密歇根州底特律的大湖區鋼鐵公司（Great Lakes Steel Corporation）。

淬火硬化

淬火可增強鋼與鑄鐵的強度和硬度。急速冷卻的速率也會影響物質表面硬度和心部硬度。淬火後物質會變脆，所以通常會再進行回火處理，目的是降低物質的脆度。螺絲、齒輪、轉動軸、金屬塊等物品常使用淬火處理。

作用

鋼與鑄鐵在硬化處理前通常為片層狀珠光體結構。這種結構是鋼或鑄鐵於較低冷卻速率下製造所獲得的鐵素體與滲碳體的混合物。珠光體結構較為柔軟，無法勝任諸多日常應用。將珠光體加熱至起共析轉變溫度（727°C）之上後快速冷卻部分晶體發生相變，獲得較為堅硬的馬氏體結構。含有馬氏體結構的鋼材通常用於刀刃等需要較強抗變形能力的工件上。

加熱溫度

淬火加熱溫度的選擇應以得到細而均勻的奧氏體晶粒為原則，以便冷卻後獲得細小的馬氏體組織。亞共析鋼需加熱到Ac3點以上30-50度，淬火後獲得均勻細小的馬氏體組織。共析鋼和過共析鋼需加熱到Ac1點以上30-50度，淬火後獲得均勻細小的馬氏體和粒狀滲碳體復相組織。^[1]

冷卻

冷卻過程

在淬火步驟中，材料大致經歷三個層次的降溫 / 熱移除:

第一層: 蒸氣膜冷卻狀態（Vapor-blanket Cooling State）
第二層: 蒸氣傳輸冷卻狀態（Vapor-transport Cooling stage）
第三層: 液冷卻狀態（Liquid Cooling Stage）

冷卻介質

常用的淬火介質有水、鹽水、礦物油、各種硝鹽或鹼浴及各種有機或無機化合物的水溶液等。^[2]

1. 水。最常用，主要用於尺寸較小、形狀簡單、截面較大的碳鋼零件。
2. 鹽水。主要用於淬透性較差又要求獲得比較深的淬硬層的碳鋼零件。
3. 礦物油。冷卻能力很弱，只用於過冷奧氏體比較穩定的合金鋼及尺寸較小的碳鋼零件。
4. 硝鹽或鹼浴。冷卻能力介於水和油之間。常用於截面不大、形狀複雜、變形要求嚴格的碳素工具鋼和合金工具鋼的分級淬火或等溫淬火。

淬火方法

• 單液淬火法：是將奧氏體化的鋼件迅速浸入一種冷卻介質中連續冷卻至室溫，操作簡單，應用較廣。但易產生淬火應力引起變形甚至裂紋。
• 雙液淬火法：先在冷卻能力較強的介質（水或鹽水）中冷卻到稍高於Ms溫度（400-300℃）時，再迅速轉移到冷卻能力比較弱的介質（礦物油）中繼續冷卻到室溫。
• 分級淬火法：先在150-260℃（Ms點）的鹽浴中稍加停留（2-5分鐘），然後取出空冷，以獲得馬氏體組織。
• 等溫淬火法（貝氏體淬火）：在溫度稍高於Ms點的鹽浴中長時間保溫，發生下貝氏體轉變後取出空冷。適用於處理複雜和精度要求高的小件，如彈簧、螺栓、小齒輪及絲錐等，生產周期長、效率低。^[1]
• 局部淬火法
• 冷處理：把淬冷至室溫鹽浴的鋼繼續冷卻到-70~-80℃，保持一段時間，使殘餘奧氏體轉變為馬氏體。

相關

• 回火（Tempering）
• 熱處理

參考文獻

1. 張黎. 第5章 钢的热处理. 机械制造基础. 北京: 人民郵電出版社. 2016-08. ISBN 978-7-115-42960-5.
2. 吳廣河. 第五章第三节 钢的热处理工艺. 金属材料与热处理. 北京理工大學出版社. 2018-08. ISBN 9787568261432.