钢件加热到Ac_₃或Ac_₁+（30~50℃）以上，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火是在生产中广泛应用的热处理工艺，它是强化钢材、提高机械零件使用寿命的重要手段，透过淬火和适当温度的回火相配合，可以获得不同的组织和性能，满足各类零件或工具对于使用性能的不同要求。

       （1）钢的淬火工艺

        ①淬火加热温度的选择       碳钢的淬火加热温度可根据Fe-Fe_₃C相图来确定。适宜的淬火温度是：亚共析钢为Ac_₁+（30~50）℃，共析钢、过共析钢为Ac_₁+（30~50）℃。                     

　　合金钢的淬火加热温度可根据其相变点来选择，但由于大多数合金元素在钢中都具有细化晶粒的作用，因此合金钢的淬火加热温度可以适当提高。其目的是既要使奥氏体中固溶一定的碳和合金元素，以保证淬透性、淬硬性、强度和热硬性，又要有适当的过剩碳化物，以细化晶粒，提高工件的耐磨性、保证工件一定的韧性。

       ②加热保温时间的选择       淬火加热的保温时间一般根据工件的材料、有效厚度、加热介质、装炉方式、装炉量等具体情况而定，一般按下列公式计算

                                                              τ=KαD

式中          τ----保温时间，min；

                 K----装炉系数；

                 α----加热系数，min/mm；

                 D----钢件的有效厚度，mm。

　　装炉系数反映炉中同时装入的工件数量及摆放情况，通常取1~1.5；加热系数α 表示工件单位有效厚度所需的加热间，其值大小主要与钢的化学成分、钢件尺寸和加热介质有关，如下图表。工作有效厚度D 是指加热时在工件最快传热方向上的截面厚度。

                                                钢在不同介质中的加热系数

        ③淬火介质      钢件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火介质，淬火介质应其有足够的冷却能力、良好的冷却性能和较宽的使用范围，同时还应具有不易老化、不腐蚀零件、不易燃、易清洗、无公害、价廉等特点。

　　由碳钢的等温转变图可知，为避免珠光体型转变，过冷奥氏体在C曲线的鼻尖处（550℃左右）需要快冷，而在650℃以上或400℃以下（特别是在M_s 点附近发生马氏体转变时）并不需要快冷。钢在淬火时理想的冷却曲线，能使工件达到这种理想冷却曲线的淬火介质称为理想淬火介质。目前常用的淬火介质有水、水溶性的盐类和碱类、矿物油、空气等。淬火介质冷却能力由强到弱的顺序为：（NaOH）水溶液→水→机油(熔融)→硝盐或碱→空气。

　　为保证钢件淬火后得到马氏体组织，淬火介质必须使钢件淬火冷却速度大于马氏体临界冷却速度。但过快的冷却速度会产生很大的淬火应力，引起钢件变形和开裂。因此，在选择冷却介质时，既要保证使钢件淬火后得到马氏体组织，又要尽量减小淬火应力，如5CrNiMo的淬火工艺为：加热到830~860℃，经保温后先预冷（空气中冷却）至750~780℃（减少淬火的温差应力）再入40~70℃的机油中冷却至150~200℃出油，并立即回火处理。

       （2）淬火方法                                   

　　为保证工件淬火后得到马氏体，同时又防止产生变形和开裂，生产中应根据工件的化学成分、形状、尺寸、技术要求以及选用的淬火介质的特性等，选择合适的淬火方法。

        ①单介质淬火       单介质淬火是将工件奥氏体化后，浸人某一种淬火介质中连续冷却到室温的淬火，如碳钢件水冷、合金钢件油冷等。此法操作简单，容易实现机械化和自动化生产，但水冷容易产生淬火变形与裂纹，油冷则容易产生淬火后硬度不足等淬火缺陷，主要适用于形状较简单的工件。

        ②双介质淬火     双介质淬火是将工件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质，在工件还未到达该淬火介质温度之前即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如碳钢件先水后油、合金纲件先水后空气等。此法既能保证淬硬，又能减少产生变形和裂纹的倾向。但操作较难掌握，主要用于形状较复杂的碳钢件和形状简单、截面较大的合金件。                                 

        ③马氏体分级淬火    　马氏体分级淬火是将工件加热奥氏体化后，先放入温度为M_s 点（150~260℃）附近的盐浴或碱浴中短暂停留（约2~5min），待工件整体温度趋于均匀时，再取出空冷以获得马氏体的淬火工艺。此法可更有效地避免工件产生淬火变形或开裂，并且比双介质淬火易于操作控制，主要用于形状复杂、尺寸较小的工件。

        ④贝氏体等温淬火       贝氏体等温淬火是将工件加热奥氏体化后，随即快冷到贝氏体转变温度区间（260~400℃）等温，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。此法产生的内应力很小，不易产生变形与开裂，所得到的下贝氏体组织具有较高的硬度和韧性，但生产周期较长，常用于形状复杂，尺寸要求精确，强度、韧性要求较高的小型工件，如各种模具、成形刃具和弹簧等。               

       （3）钢的淬透性                                                                   

        ①淬透性的概念      工件在淬火时，截面上各处的冷却速度是不同的。表面的冷却速度最大，越到中心冷却速度越小。如果工件中心部分低于临界冷却速度，则心部将获得非马氏体组织，即工件没有被淬透。

　　在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性称为钢的淬透性，通常以钢在规定条件下淬火时获得淬硬深度的能力来衡量。所谓淬硬深度，就是从淬硬的工件表面量至规定硬度处的垂直距离。                                                           

　　钢的淬透性大小常用临界直径表示。临界直径是指钢材在某种介质中淬火后，心部得到全部马氏体或50%马氏体的最大直径，以Dc 表示。钢的临界直径愈大，表示钢的淬透性愈高。但淬火介质不同，钢的临界直径也不同，同一成分的钢在水中淬火时的临界直径大于在油中的临界直径。

        ②影响淬透性的因素        钢的淬透性主要取决于过冷奥氏体的稳定性。因此，凡影响过冷奥氏体稳定性的诸因素，都会影响钢的淬透性。主要有以下几个方面：

        a.钢的化学成分：碳钢中含碳量越接近于共析成分，钢的淬透性越好。合金钢中绝大多数合金元素溶于奥氏体后，都能提高钢的淬透性。

        b.奥氏体化温度及保温时间：适当提高钢的奥氏体化温度或延长保温时间，可使奥氏体晶粒更粗大，成分更均匀，增加过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。

        ③淬透性的实用意义      淬透性对钢热处理后的力学性能有很大影响，若工件被淬透，经回火后整个截面上的性能均匀一致；若淬透性差，钢件未被淬透，经淬火+回火后钢件表里性能不一，心部强度和韧性均较低。因此，钢的淬透性是一项重要的热处理工艺性能，对于合理选用钢材和正确制定热处理工艺均具有重要意义。

　　对于多数的重要结构件，如发动机的连杆和连杆螺栓等，为获得良好的使用性能和最轻的结构重量，调质处理时都希望能淬透，需要选用淬透性足够的钢材；对于形状复杂、截面变化较大的零件，为减少淬火应力和变形与裂纹，淬火时宜采用冷却较缓和的淬火介质，也需要选用淬透性较好的钢材；而对于焊接结构件，为避免在焊缝热影响区形成淬火组织，使焊接件产生变形和裂纹，增加焊接工艺的复杂性，则不应选用淬透性较好的钢材。

        ④淬硬性的概念     淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力，钢的淬硬性主要取决于钢在淬火加热时固溶于奥氏体中的含碳量，奥氏体中含碳量愈高,则其淬硬性越好。淬硬性与淬透性是两个意义不同的概念，淬硬性好的钢，其淬透性并不一定好。

        (4)常见淬火缺陷                                         

        ①淬火工件的过热与过烧     淬火加热温度过高或保温时间过长，晶粒过分粗大，以致钢的性能显著降低的现象称为过热。工件过热后可通过正火细化晶粒予以补救。

　　若加热温度达到钢的固相线附近时，晶界氧化和开始部分熔化的现象称为过烧。工件过烧后无法补教，只报耐废。

　　防止过热和过烧的主要措施是正确选择和控制淬火加热温度和保温时间。

        ②变形与开裂      工件淬火冷却时，由于不同部位存在着温度差异及组织转变的不同时所引起的应力称为淬火冷却应力。当淬火应力超过钢的屈服点时，工件将产生变形；当淬火应力超过钢的抗拉强度时，工件将产生裂纹，从而造成废品。

　　为防止淬火变形和裂纹，需从零件结构设计、材料选择、加工工艺流程、热处理工艺等各方面全面考虑，尽量减少淬火应力，并在淬火后及时进行回火处理。

　　如在进行热处理零件的结构设计时，一般应注意以下几点：

　　避免截面厚薄相差悬殊，合理安排孔洞和键槽；避免尖角和棱角；尽量采用封闭、对称结构；采用组合结构等。

        ③氧化与脱碳    　工件加热时，介质中的氧、二氧化碳和水等与金属反应生成氧化物的过程称为氧化。加热时由于气体介质和钢铁表层碳的作用，使表层含碳量降低的现象称为脱碳，氧化脱碳使工件表面质量降低，淬火后硬度不均匀或偏低，防止氧化脱碳的主要措施是采用保护气氛或可控气氛加热（如真空炉、装箱法等），也可在工作表面涂上一层防氧化剂。

        ④硬度不足与软点      工件淬火硬化后，表面硬度低于应有的硬度，称为硬度不足；表面硬度偏低的局部小区域称为软点。引起硬度不足和软点的主要原因有淬火加热温度偏低、保温时间不足、淬火冷却速度不够、表面氧化脱碳以及工件加热后表面清洗不完全等。