火是將鋼加熱到臨界點Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使奧氏體轉變為馬氏體的一種熱處理工藝。
淬火是熱處理工藝中最重要和應用最為廣泛的關鍵工序。淬火可以顯著提高鋼的硬度和強度，是鋼件熱處理強化最重要的手段之一。淬火的目的是獲得盡可能多的馬氏體，以保證鋼在回火后具有良好的力學性能。
淬火工藝主要應用于金屬加工制造領域，如鋼鐵、銅合金等材料的處理。它可以改善材料的機械性能，使其適用于汽車制造、造船、動車等各種場合。
發展歷程
公元前9至8世紀，希臘詩人荷馬 (Homer)在其詩篇奧德賽(odysssey)中就有記錄用水作為介質進行斧頭淬火的論述。
中國在戰國時代(公元前4至3世紀)就已經掌握淬火技術，在公元6世紀就有關于用動物油作為介質進行兵器淬火的記載。
20世紀50年代以來，隨著金屬材料和熱處理工藝技術的發展，以及石油化學工業的發展，各國相繼研究和發展了各種類型的淬火介質，以適應金屬材料和機械制造工業發展的需要，并且對各種火介質的冷卻性能及其物理、化學性能，以及評價冷卻能力的裝置和方法等方面，進行了比較系統的研究。
基本概念
淬火是一種金屬熱處理工藝，通過將金屬工件加熱到適當的溫度并保持一段時間，然后迅速浸入淬冷介質中進行快速冷卻。常用的淬冷介質包括鹽水、水、礦物油和空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度和耐磨性，通過與不同溫度的回火配合，淬火可以顯著提高金屬的強度，降低其韌性和疲勞強度，并獲得綜合的機械性能以滿足不同的使用要求。此外，淬火還可以賦予一些特殊性能的鋼一定的物理化學性能，比如淬火可以增強永磁鋼的鐵磁性，提高不銹鋼的耐蝕性等。在常用的鋼加熱到臨界溫度以上時，其室溫組織將全部或大部分轉變為奧氏體。隨后，將鋼迅速浸入水或油中進行快速冷卻，奧氏體即轉變為馬氏體。相比于鋼中的其他組織，馬氏體具有最高的硬度。然而，在淬火過程中的快速冷卻會在工件內部產生內應力，當應力達到一定程度時，工件可能會發生扭曲變形甚至開裂。
淬火步驟
淬火的步驟通常包括預熱材料至適當溫度，保持一段時間以確保溫度均勻分布，（有效保溫時間受升溫速度、工件尺寸、化學成分及材料加熱前的組織狀態等多種因素影響），然后迅速將材料浸入冷卻介質中進行冷卻。
理想的淬火冷卻步驟分3段。第1段是鋼鐵鑄件從爐內出來到進人淬火介質之前，第2階段是鋼鐵鑄件進入淬火介質快速通過C曲線的臨界冷卻速度；第3階段是鋼鐵鑄件以緩慢冷卻時通過ms點。
在實際的淬火冷卻曲線，第1階段是鑄件從爐內出來到淬火介質中，此時是在空氣中進行，因此允許冷卻速度慢一些。例如高錳鋼由出爐到入水不超過50s，中合金鋼出爐到入油不超過45s等等即指此段。第2階段冷卻要快速，要全部得到馬氏體。在實際淬火介質中第3階段冷卻速度是第2階段冷卻速度的延續是不會慢下來的，要想在第3階段實現緩慢冷卻就要有干預措施，這是關鍵所在。
常用方法
單介質淬火
單介質淬火是最常用的淬火方法，工件只浸入一種冷卻劑中，冷卻到底。在加熱到適當溫度后，將金屬工件迅速浸入單一的淬火介質中，如水、鹽水、礦物油、聚合物液體等。不同的淬火介質能夠產生不同的冷卻速率，從而達到不同的硬化效果。
雙介質淬火
雙介質淬火方法采用兩種不同冷卻介質的組合。通常先將工件在一種淬火介質中冷卻到一定溫度，然后再迅速轉移到另一種介質中進行繼續冷卻。這樣可以調節冷卻速率，得到更加理想的淬火效果。
馬氏體分級淬火
馬氏體分級淬火是一種特殊的淬火方法，旨在在金屬工件中形成分級馬氏體組織。它通常由多次淬火和回火工藝組成。先將金屬加熱到適當溫度進行第一次淬火，然后再回火至適當溫度保持一段時間，然后再進行第二次淬火。重復以上步驟多次，形成細小的馬氏體顆粒和回火組織，從而獲得更均勻的硬度和韌性分布。
貝氏體等溫淬火
貝氏體等溫淬火是一種針對某些特殊鋼材的淬火方法。在加熱到適當溫度后，將金屬快速冷卻到一定溫度，然后在該溫度保持一段時間，以使貝氏體相變完成。然后再進行相應的冷卻過程，形成所需的組織結構。
分級淬火
工件在低溫鹽浴或堿浴爐中淬火，鹽浴或堿浴的溫度在Ms點附近，工件在這一溫度停留2min～5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工件內外溫度較為均勻，同時進行馬氏體轉變，可以大大減小淬火應力，防止變形開裂。分級溫度以前都定在略高于Ms點，工件內外溫度均勻以后進入馬氏體區。現在改進為在略低于Ms點的溫度分級。實踐表明，在Ms點以下分級的效果更好。例如，高碳鋼模具在160℃的堿浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小，所以應用很廣泛。
等溫淬火
工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區的下部(稍高于Ms)，工件等溫停留較長時間，直到貝氏體轉變結束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫淬火。
淬火介質分類
淬火介質是實施淬火工藝過程的重要保證，對熱處理后工件的質量有著很大的影響。淬火冷卻時首先要保證奧氏體的冷卻速度大于鋼的臨界冷卻速度VK，要實現這樣的快速冷卻就需要借助于淬火介質。介質的冷卻能力越強，鋼的冷卻速度越快，則工件越容易淬硬。以介質的物形來分有液體、氣體和固體三種，每一種由于組成物質不同又可分為不同的類別，一般可作如下分類。
清水
水及水溶液是最常用的冷卻介質。因水價廉安全，性能穩定，故水常用于尺寸不大、形狀簡單的碳鋼工件淬火。淬火時隨著水溫升高，水在高溫區的冷卻能力會顯著下降，因此淬火時的水溫要控制在 30°C 以下。加強水循環和工件在水中攪動有利于加快水在高溫區的冷卻速度。
水溶液
無機鹽水溶液
水中加入某些物質如NaCI、氫氧化鈉、Na2CO3和聚乙烯醇等，能改變其冷卻能力以適應某些淬火的要求。如三氯水溶液淬火介質是由 CaC2、MgC2、ZnC2三種鹽配制成的溶液，其冷卻特性介于水與油之間，特別是其沸點可達300℃以上，有效地控制了工件的淬火畸變與開裂，是一般碳素鋼和合金結構鋼的理想淬火介質。
有機物水溶液
有機物水溶液淬火介質都為有機高分子化合物有機物的聚合物，它的溶解特性，即在水中的溶解能力，對淬火來講至關重要。一般高分子有機物是不溶于水或難溶于水。即使是能溶于水的均聚物，其溶解過程比小分子物質緩慢得多。此外，有機物水溶液還具有逆溶性。即在工件淬火過程中，因工件表面液溫高，當高于該淬火液濁點時，原來溶解在其中的聚合物脫溶出來，粘附在工件表面。在液溫降低時，工件表面的粘附的聚合物重新溶解在水中。
淬火油
植物油
植物油具有典型的生物降解特性并且無毒，相對于礦物油基淬火油降解性差，不屬于綠色淬火介質，植物油的生物降解性遠優于礦物油，但要以植物油為基開發淬火介質產品，要克服其氧化穩定性差的缺點。從環保、性能和資源耗費等方面的因素綜合考慮，植物油基淬火油很有希望在不遠的將來取代礦物油基淬火油。
礦物油
淬火油的基礎油是礦物油載體，它具有一定的理化性能和基礎的冷卻性能、光亮性和抗氧化性能。早期熱處理采用的淬火油均為礦物油，它具有閃點高、燃點高、粘度低、不易氧化、熱穩定性好、使用壽命長等優點，適用于淬透性好、壁薄、形狀復雜、要求淬火變形小的工件。但淬火油成本高、油污多，淬火時易引起火災，因此使用時要考慮經濟及安全因素，普通機油的使用溫度一般控制在60～80℃，最高不超過120℃。
有添加劑的礦物油
添加劑如催冷劑的使用是淬火油發展中的重大進步。催冷劑大致分為兩類：低溫催冷劑和高溫催冷劑。低溫催冷劑主要是一些表面活性劑，高溫催冷劑主要是具有增粘效果的高分子化合物。在人們使用催冷劑提高淬火油冷卻性能之前，曾經廣泛使用摻合油來提高淬火油冷卻性能，催冷劑作為高分子化合物，有著較強的極性，能夠在較高的溫度下，透過蒸汽膜而吸附在工件的表面，提前進入沸騰階段，提高特性溫度，縮短了特溫秒，加快其冷卻速度。
融熔熱浴
熔鹽、熔堿浴
熔鹽、熔堿類淬火介質的淬火性能優良、淬透力強、淬火變形小，基本無裂紋產生，但污染嚴重、勞動條件差、耗能多、成本高。溶鹽易老化，熔堿蒸氣有一定的腐蝕性，主要適用于形狀復雜、截面尺寸變化懸殊的工件和工模具的淬火。
金屬浴
溶融金屬是指在高溫下將金屬加熱至其熔點以上，使其變為液態狀態。溶融金屬在淬火過程中可以作為一種特殊的淬火介質，用于淬火高溫合金、不銹鋼、鋼鐵等金屬材料。溶融金屬具有較高的熱容量和熱導率，可以快速吸收金屬材料的熱量，使其迅速冷卻。溶融金屬還可以避免金屬表面的氧化和變形，從而提高淬火效果和產品質量。常用的溶融金屬淬火介質有鉛、錫、鋁等。其中，鉛和錫可以用于淬火高溫合金和耐酸鋼等材料金屬浴具有良好的高溫冷卻能力。
霧化氣體介質
氣體作為一種淬火介質一直處于發展之中。例如，被用作為冷卻介質的氣體有空氣、氣、氫氣等，特別是氮氣和氦氣。在15年至20年前，氬氣和氮氣開始應用于熱處理工藝。氣冷真空爐已經幾乎取代了用鹽或水冷卻的鹽浴爐用于冷加工鋼、熱加工鋼和高速鋼的淬火。采用氮氣和氦氣的高壓氣體淬火正在取代油硬化。
流動固體介質
流動固體介質是近年來淬火技術發展的新熱點之一，目前已從實驗室走向了工業應用。它實際上是將固體細粒(如石磨、氧化鋁等)與壓縮空氣以一定的方式合成一種具有某些液相性能的假液態介質，在加熱時，它并不象油、水液體介質那樣有相變，但具有良好的熱傳導性能，因此可以用來作加熱和冷卻介質。在環保方面的優點是固一氣流態作為淬火介質不老化，環境危害小，運行成本也可望降低，有望替代或部分礦物油基淬火劑。
淬火缺陷及其防止
硬度不足
產生硬度不足的原因有比功率低、加熱時間短、感應器與工件間隙過大等都可使感應加熱溫度降低，淬火組織中出現較多未溶鐵素體。加熱后至淬冷前的停留時間太長、噴液時間短、噴液供應量不足或壓力低、淬火介質冷速慢，使組織中出現托氏體等非馬氏體組織。
淬火軟點
淬火軟點是指工件淬火硬化后某一點(或某幾點)硬度偏低的現象，屬熱處理缺陷的一種，是熱處理過程中應當竭力避免的。產生淬火軟點的原因是噴水孔堵塞或噴水孔太稀，使局部冷速偏低所致，采用碳氮共滲工藝并合理設置工藝參數，能夠消除該淬火軟點。
淬火軟帶
產生淬火軟帶的原因是軸類零件連續淬火時，表面出現黑白相間的螺旋帶或沿工件運動方向的某一區域出現直線黑帶。黑色區域存在未溶鐵素體、托氏體等非馬氏體組織。要防止感應加熱表面淬火中噴水角度小，加熱區返水，工件旋轉角度與移動速度不協調，工件旋轉一周感應器相對移動速度太大，以及噴水孔角度不一致，工件在感應器內偏心旋轉等現象發生。
淬火裂紋
淬火裂紋問題歸根結底是個應力問題，產生淬火裂紋的原因是加熱時過熱、冷卻過于激烈、工件含碳量過高、工件表面溝槽、油孔、未及時回火等都易造成淬火裂紋。
淬火零件灼傷、畸變
淬火零件灼傷、畸變的主要原因是工件與感應器短路，以及淬火冷卻時熱應力與組織應力太大，應力分布不均勻所致。應該通過提高比功率、縮短加熱時間、采用透入式加熱，可盡量減少熱量向心部傳遞，從而減少畸變；軸類工件采用旋轉加熱，可減少彎曲畸變。
應用
淬火工藝在現代機械制造工業得到廣泛的應用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經過淬火處理。
鋼鐵制造
淬火是鋼鐵制造中常用的工藝之一。通過將鋼材加熱到臨界溫度以上，然后迅速冷卻，可以使鋼材的晶體結構發生變化，從而提高其硬度和強度。
汽車設備制造
淬火工藝廣泛應用于汽車制造中的發動機、變速器、傳動軸等關鍵零部件的制造過程中。淬火可以提高零部件的強度和耐磨性，增加其使用壽命。
造船業
淬火工藝可應用于造船的鋼板加工中。在排船過程中，船體鋼板需要經過冷彎、切割、焊接等一系列工藝過程，這些過程可能會導致鋼板的結構性能下降。通過使用淬火工藝，可以加強鋼板的強度和韌性。通過使用淬火工藝，可以改善船舶裝配件的性能。例如，通過淬火可以改善船舶錨鏈的強度和硬度，提高其耐腐蝕性和耐磨性，從而使其更加耐用。
高鐵動車
淬火工藝在動車輪軸的制造中起到關鍵作用。輪軸需要具備較高的強度和耐疲勞性能，通過淬火可以提高輪軸的硬度和韌性，增加其承載能力和使用壽命，動車的車體結構件需要具備較高的強度和剛度，通過淬火工藝可以改善結構件的性能。例如，通過淬火可以提高車體結構件的硬度和耐腐蝕性，增加其使用壽命。
未來發展
發展新型的淬火介質和改進原有淬火介質的性能，是淬火介質的重要發展方向。特別是水溶性淬火介質有著廣闊的發展前途，水溶性代油新介質的不斷研制成功，將開辟淬火介質的新時代。優良的新型淬火介質，合理地推廣使用，并輔之相配套的維護技術，將會極大地提高淬火介質在熱處理生產中的工程地位。
參考資料 >
淬火.淬火.2025-09-03