將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上（30～50）℃某一溫度，保持一定時間，然后在水或油中快速冷卻的操作工藝稱為淬火。
淬火的目的是提高硬度、強度、耐磨性以滿足零件的使用性能。鋼的淬火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工機床、氣動工具、鉆探機械、農機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等零件都在使用淬火工藝。
1. 淬火加熱溫度
淬火加熱溫度根據鋼的成分、組織和不同的性能要求來確定。亞共析鋼是AC3+（30～50℃）；共析鋼和過共析鋼是AC1+（30～50℃）。
亞共析鋼淬火加熱溫度若選用低于AC3的溫度，則此時鋼尚未完全奧氏體化，存在有部分未轉變的鐵素體，淬火后鐵素體仍保留在淬火組織中。鐵素體的硬度較低，從而使淬火后的硬度達不到要求，同時也會影響其他力學性能。若將亞共析鋼加熱到遠高于AC3溫度淬火，則奧氏體晶粒會顯著粗大，從而破壞淬火后的材料性能。所以亞共析鋼淬火加熱溫度選用AC3+（30～50℃），這樣既保證充分奧氏體化，又保持奧氏體晶粒的細小。
過共析鋼的淬火加熱溫度一般推薦為AC1+（30～50℃）。在實際生產中還根據情況適當提高20℃左右。在此溫度范圍內加熱，其組織為細小晶粒的奧氏體和部分細小均勻分布的未溶碳化物。淬火后除極少數殘余奧氏體外，其組織為片狀馬氏體基體上均勻分布的細小的碳化物質點。這樣的組織硬度高、耐磨性好，并且脆性相對較少。
過共析鋼的淬火加熱溫度不能低于AC1，因為此時鋼材尚未奧氏體化。若加熱到略高于AC1溫度時，珠光體完全轉變成奧氏體，并有少量的滲碳體溶入奧氏體。此時奧氏體晶粒細小，且其碳的質量分數已稍高于共析成分。如果繼續升高溫度，則二次滲碳體不斷溶入奧氏體，致使奧氏體晶粒不斷長大，其碳濃度不斷升高，會導致淬火變形傾向增大、淬火組織顯微裂紋增多及脆性增大。同時由于奧氏體含碳量過高，使淬火后殘余奧氏體數量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此過共析鋼的淬火加熱溫度高于AC1過多是不合適的。
在生產實踐中選擇工件的淬火加熱溫度時，除了遵守上述一般原則外，還要考慮工件的化學成分、技術要求、尺寸形狀、原始組織以及加熱設備、冷卻介質等諸多因素的影響，對加熱溫度予以適當調整。如合金鋼零件，通常取上限，對于形狀復雜零件取下限。
強韌化新工藝選用的淬火加熱溫度與常用淬火溫度有所區別。如亞溫淬火是亞共析鋼在略低于AC3的溫度奧氏體化后淬火，這樣可提高韌性，降低脆性轉折溫度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亞溫淬火加熱溫度為AC3－（5～10℃）。
采用高溫淬火可獲得較多的板條狀馬氏體或使全部板條馬氏體提高強度和韌性。如16Mn鋼在940℃淬火，5CrMnMo鋼在890℃淬火，20CrMnMo鋼在920℃淬火，效果較好。
高碳鋼低溫、快速、短時加熱淬火，適當降低高碳鋼的淬火加熱溫度，或采用快速加熱及縮短保溫時間的辦法，可減少奧氏體的碳含量，提高鋼的韌性。
2. 保溫時間
為了使工件內外各部分均完成組織轉變、碳化物溶解及奧氏體的成分均勻化，就必須在淬火加熱溫度保溫一定時間，即保溫時間。
3. 淬火介質
工件進行淬火冷卻所使用的介質稱為淬火冷卻介質（或淬火介質）。理想的淬火介質應具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應力。這就要求在C曲線的“鼻子”以上溫度緩冷，以減小急冷所產生的熱應力；在“鼻子”處冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證過冷奧氏體不發生非馬氏體轉變；在“鼻子”下方，特別使Ms點一下溫度時，冷卻速度應盡量小，以減小組織轉變的應力。
生產中常用的冷卻介質有：水、水溶液、油，另外還有熔鹽、熔堿等。
① 水：優點是在650~550℃范圍內有很大的冷卻能力，且安全、價廉、對環境污染較小且易控制，易實現自動化；其缺點是在300~200℃范圍內冷卻仍很快，易引起鋼的淬裂。
② 食鹽水溶液：常用5%~15%的NaCl溶液，優點是可增加650~550℃范圍內的冷卻，且基本上不改變300~200℃時的冷卻能力，可避免淬火軟點，使硬度均勻，是工廠中最常用之淬火介質。
③ 堿水溶液：常用5%~15%的NaOH水溶液，優點是可增加650~550℃范圍內的冷速，基本不改變300~200℃的冷卻能力，缺點是腐蝕性大，化學穩定性差，易變質。
④ 油：優點是無論在高溫650~550℃，還是在低溫300~200℃，冷卻中都很緩慢，且工件一般不易開裂。缺點是易燃，使用性質會逐漸改變，價格高。
一般而言，碳素鋼淬火用水冷，合金鋼淬火用油冷。
4. 冷卻方法 生產實踐中應用最廣泛的淬火分類是以冷卻方式的不同劃分的。主要有單液淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等。
特殊工件也采用壓縮空氣淬火、噴霧淬火、噴流淬火。
（1）單液淬火法 將加熱的工件放入一種淬火介質中連續冷卻至室溫的操作方法。優缺點：操作簡單，易實現機械化與自動化，適用于形狀簡單的工件，但此法水冷變形大，油冷難淬硬，可將油、水雙冷結合起來進行如下的雙液淬火。
（2）雙液淬火法 將加熱的碳鋼先在水或鹽水中冷卻，冷到（300～400）℃時迅速移入油中冷卻，這種水淬油冷的方法稱為雙液淬火法。優缺點：既可使工件淬硬，又能減少淬火的內應力，有效地防止產生淬火裂紋，主要用于形狀復雜的高碳工具鋼，如絲錐、板牙等。缺點是操作困難，技術要熟練。
（3）分級淬火法 分級淬火法是把加熱好的工件先投入溫度稍高于Ms點的鹽浴或堿浴中快速冷卻停留一段時間，待其表面與心部達到介質溫度后取出空冷，使之發生馬氏體轉變。 優缺點：比雙液淬火進一步減少了應力和變形，操作較易。但由于鹽浴、堿浴的冷卻能力較小，故只適用于形狀較復雜、尺寸較小的工作。
（4）等溫淬火法 此法與分級淬火法相類似，只是在鹽浴或堿浴中的保溫時間要足夠長，使過冷奧氏體等溫轉變為有高強韌性的下貝氏體組織，然后取出空冷。
優缺點：由于淬火內應力小，能有效地防止變形和開裂，但此法缺點是生產周期較長又要一定設備，常用于薄、細而形狀復雜的尺寸要求精確，并且要求強韌性高的工件，如成型刀具、模具和彈簧等。
5. 淬透性
淬透性是指材料獲得淬硬層深度的能力。
一般規定從工件表層深入到半馬氏體區(馬氏體與非馬氏體組織各占一半的地方易測定硬度)的深度為淬硬層深度。淬硬層越深，就表明鋼的淬透性越好，如果淬硬層深度達到心部，則表明該鋼全部淬透。
鋼的淬透性好壞對機械性能影響很大，但并非所有的機械零件都必須完全淬透。例如，承受彎、扭應力的軸類零件，表面熱處理的零件等，只需要一定深度的淬硬層就已滿足使用要求。
鋼的淬透性主要決定于臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性就越好，反之，則降低鋼的淬透性。除Co以外，大多數合金元素都能顯著提高鋼的淬透性。
應當注意的是，淬透性和淬硬性是兩個不同的概念，不可混淆。淬硬性是指淬火后獲得的最高硬度，主要取決于馬氏體中的含碳量。淬透性好的鋼，它的淬硬性不一定高。如高碳工具鋼與低碳合金鋼相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低但淬透性高。
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