淬火是奧氏體和轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝

淬火的概念：淬火是指將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。

淬火的目的是提高工件的機(jī)械和物理性能

1.提高工件的硬度和耐磨性，例如各種刀具、冷作模具。

2.賦予工件以需要的綜合機(jī)械性能，例如中碳鋼的調(diào)質(zhì)。

3.使工件獲得特殊的物理化學(xué)性能，例如對(duì)用磁鋼進(jìn)行淬火，可以增加其鐵磁性。

淬火的本質(zhì)是金屬晶體結(jié)構(gòu)的變化

要理解淬火的機(jī)理，需要了解淬火工藝涉及的金屬結(jié)構(gòu)變化。

金屬通常是晶體結(jié)構(gòu)的。根據(jù)結(jié)晶性，金屬中的單個(gè)原子按照一定的規(guī)則進(jìn)行排列，這種陣列成為晶格。晶格中相鄰原子間的金屬鍵，決定了金屬的固有強(qiáng)度和韌性。

鋼的熱處理工藝包含三個(gè)獨(dú)立的步驟，奧氏體化、淬火、回火，不同的步驟對(duì)應(yīng)了不同的晶體結(jié)構(gòu)。

1.奧氏體化

鋼被加熱到臨界溫度以上，鐵素體的體心立方晶格結(jié)構(gòu)會(huì)變成面心立方晶格結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程為奧氏體化。

在體心立方結(jié)構(gòu)中，鐵原子的間隙太小，碳原子無(wú)法溶入；當(dāng)在臨界溫度以上，鐵原子的間隙變大，不溶于體心立方結(jié)構(gòu)的碳元素開(kāi)始溶于面心立方結(jié)構(gòu)。

2.淬火

碳元素一旦溶解則形成奧氏體，如果鋼緩慢冷卻到室溫，碳元素從溶解狀態(tài)析出，則晶體會(huì)恢復(fù)到原始的體心立方結(jié)構(gòu)。

然而，如果鋼被快速冷卻，溶解的碳元素來(lái)不及析出而被留在奧氏體中，并被轉(zhuǎn)化為亞穩(wěn)態(tài)的體心立方結(jié)構(gòu)，這時(shí)該晶體結(jié)構(gòu)成為馬氏體，此快速冷卻的過(guò)程叫做淬火。

晶體結(jié)構(gòu)示意圖

3.回火

此時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的馬氏體晶格極度扭曲，雖然硬度高，但非常脆。通過(guò)回火，晶體可以在損失少量硬度的條件下恢復(fù)一定的韌性。

在臨界溫度下進(jìn)行加熱，恢復(fù)鋼結(jié)構(gòu)一定韌性的操作，稱為回火。

通過(guò)上述3個(gè)步驟，我們可以理解，淬火實(shí)際控制的是晶體冷卻速度，其決定了鋼材的硬度和韌性，最終影響成品的質(zhì)量。