正火冷却速度较快，得到的珠光体组织较细，且与退火相比，铁素体数量较少（冷速快，铁素体析出少），故碳钢正火处理后强度、硬度均高于退火处理。
对于过共析钢，正火用于消除网状渗碳体。由于冷速较快，析出的
二次渗碳体较小（冷速快，渗碳体来不及长大），且不易形成连续的网络。
3、正火工艺的主要应用范围
a、用于普通零件作为最终热处理
b、用于中、低碳结构钢，作为预先热处理，便于切削加工
c、用于过共析钢，可抑制或消除网状二次渗碳体的形成，以便在进一
步的球化退火中获得良好的球化体，为淬火做好组织上的准备 正火比退火生产周期短，耗能低，操作简便，故一般尽可能用正火代替退火，常用中低碳钢的钢材都以正火状态交货。
第四节 钢的淬火
将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30-50℃，经
保温后，快速冷却获得马氏体的热处理操作称为淬火。
一、淬火的目的
1、提高钢的硬度及耐磨性（如工具、轴承等要求高耐磨性的零件） 2、获得良好的综合机械性能（中碳钢经淬火+高温回火可获得强、韧兼
备组织；各种弹簧都要求强度高、弹性好，一般用高碳钢制作，经淬火+中温回火后，弹性大大提高）
3、获得特殊物理、化学性能（许多不锈钢、耐热钢零件，淬火后可使
耐腐蚀、耐热性能提高）
二、淬火温度的确定
碳钢的淬火温度可根据Fe-Fe3C相图来确定
亚共析钢：合适的淬火温度为Ac3+30-50℃，淬火组织为马氏体，温度太低（低于Ac3）则淬火后组织中出现铁素体，导致硬度、耐磨性下降；温度太高，则获得粗大的马氏体组织，钢的性能恶化，同时引起钢件严
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重变形。
过共析钢：合适的淬火温度为Ac1+30-50℃，淬火组织为马氏体+粒状二次渗碳体；由于渗碳体的硬度高与马氏体，所以当二次渗碳体以粒状弥散分布于马氏体基体之上时，可以提高组织的硬度和耐磨性——弥散强化；淬火加热温度过高，不仅会得到粗大的马氏体组织，还会引起零件严重的变形甚至开裂，而且由于二次渗碳体随着加热温度的升高会大量溶入奥氏体中，使得Ms、Mz降低，从而增加了组织中残余奥氏体的含量，影响淬火硬度和耐磨性。淬火温度过低，（
对于合金钢，由于奥氏体晶粒长大倾向受到合金碳化物等的抑制，故可适当提高淬火温度。（T↑→C曲线右移）
2、加热、保温时间的确定
原则：既要保证工件表面和心部都达到指定的加热温度，又要保证组织转变充分进行和化学成分扩散均匀，同时不能使A晶粒长大。适当的保温时间，对于保证钢的淬火质量，提高劳动生产率很重要。
不同的壁厚、材料的零件，保温时间不同，可根据理论计算，也可根据经验公式确定。见《热处理手册》。
三、淬火冷却介质
淬火时，通过快速冷却，使奥氏体转变为马氏体，这一过程体积膨
胀，内应力很大，所以要使零件在不淬裂、变形小的前提下淬成马氏体，并不是一件容易的事。根据C曲线，淬火时，要求在650-400℃范围内快速冷却，以避过C曲线拐点部位，使奥氏体不发生高温、中温组织转变，而冷却到300℃以下，Ms附近时，则希望冷速慢一些，以免产生太大的内应力导致零件变形、开裂。因此，理想的冷却介质应具有图示的 冷却速度。但实际上找不到一种能满足上述要求的冷却介质。
实际生产中，最常用的淬火冷却介质是水、油、硝盐浴（或碱浴）。 水：高温区冷却速度很大，但低温区冷却速度也大，能淬硬，但易淬裂。
油：高温区冷速较低，低温区冷速较合适，淬不裂，但可能淬不硬且价 格高、易燃。
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碱浴：高温区冷速比水弱，比油强，低温区比油弱 盐浴：高温区冷速比水弱，比油略弱，低温区比油弱。
常用淬火冷却介质的冷却能力
介质 冷却速度（℃/S） 650—550℃ 300—200℃ 水（18℃） 600 270 水（26℃） 500 270
水（50℃） 100 270 水（74℃） 30 200 10%NaCl(18℃) 1100 300 蒸馏水 250 200 肥皂水 30 200 机油（18℃） 100 20 机油（50℃） 150 30 变压器油（50℃） 120 25
四、常用淬火方法
由于实际冷却介质不能满足淬火要求，所以必须从淬火方法上加以弥补。
3、 单液淬火法（普通淬火法）
将加热后的钢件放入一种淬火冷却介质中冷却。单液淬火法操作简单，易实现自动化操作，但存在明显缺点：水淬易变形、开裂；油淬硬度不足，只适用于形状简单的工件。 4、 双液淬火法（水淬油冷法）
对于形状复杂的高碳钢零件，为了防止淬火后产生过大的变形或开裂，
可在水中淬火至Ms附近，然后立即放入油中（或空气）继续冷却，故双液淬火法又称水淬油冷法。用这种方法既能淬硬，又能防止淬裂。 缺点：对操作技术要求较高。适用于高碳钢形状复杂的零件。 3、分级淬火法
不管是单液淬火法，还是双液淬火法，都存在零件表面与心部温差
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较大，易产生较大的热应力导致零件变形、开裂的问题，分级淬火法能很好地解决这个问题。
所谓分级淬火法就是：先将加热好的零件淬入温度稍高于Ms的盐
浴或碱浴中，保持一定时间，使零件表面与心部的温度均匀并与热浴一致，然后取出空冷，在热浴中停留的时间以不发生奥氏体中温转变为宜。
缺点：冷却能力较低，只适用于小尺寸零件。
4、 等温淬火法
将加热好的零件淬入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保温足够的时间，使奥氏体等温转变为下贝氏体组织，然后空冷至室温。
等温淬火法可获得强、韧兼备的组织，且零件的内应力可减低到最
小程度，不易变形。缺点：生产周期长，仅适用于形状复杂的小零件。
5、 局部淬火法
有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好，因此可进行局部淬火，以
避免其它部位产生变形或开裂。局部淬火法包括：①局部加热淬火法 ②局部冷却淬火法
6、 冷处理
高碳钢、合金钢的Mz都在零下几十度，为了减少残余奥氏体的数
量，可在淬火后进行冷处理，即加热零件淬火至室温后，再放入低温槽中继续冷却，使残余奥氏体转变为马氏体。
冷处理介质：干冰（-80℃）；液化乙烯（-107℃）；液氮（-192℃） 冷处理的目的：稳定尺寸，提高硬度。
第五节、 钢的淬透性
一、什么叫淬透性
钢在淬火过程中，沿工件截面各处的实际冷却速度是不同的表层的实际冷却速度总大于内部，而中心部的冷却速度最低。
如果表层的冷却速度大于临界冷却速度Vk，而心部的冷却速度低于临界冷却速度，则表层获得马氏体，表层与心部之间依次为马氏体、屈氏体、索氏体、珠光体，也即钢仅被淬火到一定深度。
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如果心部的冷却速度也大于临界冷却速度Vk，则沿工件截面均获
得马氏体组织，即钢被淬透。
所谓的钢的淬透性是指钢在淬火冷却时，获得淬透层深度的能力
（获得马氏体层厚度的能力）。
如何定义淬透性深度：从表层马氏体到半马氏体（50%马氏体）处
的深度。
获得马氏体层的厚度越大，即淬透性深度越大，，钢的淬透性越好。 注意：钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。淬硬性是指钢在淬
火后所能获得的最大硬度指。它主要取决于含c量，含c量越高，淬硬性越大，但淬硬性的钢淬透性不一定好，淬透性受很多因素的影响。
二、淬透性对钢机械性能的影响
1、对机械性能的影响
将淬透性不同的两种钢制成直径相同的轴,进行淬火+高温回火热处理（调质），其中一件完全淬透，另一件未淬透，两者的机械性能比较见图：
HRC HRC σb σb σ0.2 σ0.2 Ak Ak
淬透性好的钢，调质后的各项机械性能指标沿轴的横截面均匀分
布；淬透性差的钢，调质后轴的心部机械性能明显偏低，尤其是冲击韧性Ak。
2、淬火不完全程度与屈强比的关系
如图，RM-RQ 表示淬火不完全程度，HRC
RM 表示淬火最高硬度（100%马氏体硬度），HRC
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