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摘要：淬火缺陷的存在经常严重影响产品质量，特别是机械性能大大降低，甚至造成工件的报废。了解淬火缺陷产生的原因，掌握预防和补救的有效方法，可以减小零件因技术不合格造成的报废率，大大提高生产效率，延长使用寿命。本文总结分析了常见淬火缺陷产生的机理并提出防治措施。
关键词：淬火缺陷;氧化与脱碳;过热与过烧;变形与开裂;硬度不足及软点
热处理是机械制造中的重要加工工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体化学成分，通过改变内部显微组织或表面化学成分达到改变性能的目的。热处理的方法常见的有退火、正火、淬火、回火及表面热处理，其中淬火工艺有着更为广泛的应用。
钢的淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上30℃～50℃，保温一段时间后快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体的工艺，淬火可以极大的提高钢的强度、硬度和耐磨性，因此绝大多数零件和工具都要经过淬火，可以说淬火质量的好坏直接影响了产品的质量及使用。淬火过程中常常由于不恰当的工艺选择，不规范的人为操作等造成淬火后达不到要求，即产生淬火缺陷。常见的有：氧化与脱碳，过热与过烧，变形与开裂，硬度不足和软点等。
一、氧化与脱碳
1、产生机理：氧化指铁的氧化，钢在氧化性气氛中加热时，与周围介质（如氧气）发生化学反应，生成氧化物。介质中的氧、二氧化碳等还与钢件表层的碳发生化学反应，生成气体逸出，使工件表面碳浓度降低。称为脱碳。
2、危害：钢的氧化现象有两种：一种是表面氧化，即在表面生成氧化膜；另一种是内氧化，即在钢件内部沿晶界纵深氧化。表面氧化使工件尺寸减小，表面粗糙度增加，造成金属的损耗，影响淬火冷却速度，而内氧化使零件的力学性能恶化，如强度降低，脆性增大。脱碳使淬火工件表面硬度和耐磨性降低，显著降低疲劳强度，冷却过程中易产生裂纹。
3、减少及防治方法：淬火加热形成的氧化层一般较薄，可以通过留有适当加工余量，淬火后磨削清除等方法纠正。为防止和减少氧化，可采用多种防护方法，如真空加热、保护气氛加热等，达到光亮淬火的目的。脱碳严重时不能补救，常用的防止方法有：(1)利用反应的可逆性制造控制气氛，使工件的脱碳与渗碳反应平衡。(2)利用高纯氮气或惰性气体保护。(3)采用真空热处理。(4)表面涂覆保护剂如硼酸等。
二、过热与过烧
1、产生机理：钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温下停留时间过长而发生奥氏体晶粒显著粗化的现象，称为过热；加热温度达到固相线附近，使晶界氧化并部分熔化的现象称为过烧。
2、危害：工件过热使其淬火后获得粗大的马氏体组织，脆性增大，易引起裂纹。严重降低钢的韧性和强度，易发生脆性断裂。过烧是严重的加热缺陷，造成零件报废。
3、减少及防治方法：轻微的过热可用延长回火时间理行补救，过热严重则需要正火以细化晶粒，然后再重新淬火。工件一旦过烧刚无法补救。为了防止过热与过烧，必须严格控制加热温度和保温时间。
三、变形和开裂
1、产生机理：淬火内应力是其产生的最主要原因。由于马氏体转变的特点，内应力不可避免的存在，因此变形和开裂是淬火最常见的缺陷。此外，以下原因也可能造成变形和开裂：（1）热处理工艺处理不当：如淬火加热温度过高、冷却方式不当、回火不及时等。（2）材质缺陷：如原材料中存在金属夹杂物、气孔、锻造折叠等。（3）零件结构设计不合理或技术要求不当（4）其它如过热和脱碳。
2、危害：变形造成工件尺寸和形状不准确，严重变形和开裂则使零件报废，造成极大的浪费，降低了劳动生产率。
3、减少危害及防治：变形量小的可通过某些措施纠正，如工件的扭曲变形可以通过矫直来校正，但须在塑性允许范围内，或回火加热时使用矫正夹具，体积变形可以通过补充的研磨加工来修正，淬火体积变形往往是不可避免的，但只要掌握恰当的方法，再加以適当的修正，淬火后就可以得到尺寸合格的零件。而严重变形或产生裂纹则无法补救，只能报废。为了防止变形和开裂，应注意以下几点：（1）尽量做到均匀加热及正确加热，装炉前对形状复杂及壁厚悬殊的工件采取必要的措施，对于淬火易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞；装炉时尽量均匀放置，防止单面受热；平放以减少工件自重引起变形；加热时对形状复杂或导热性差的高合金钢，应缓慢加热或多次预热，以减少加热产生的热应力；合理选择加热温度，避免过热。（2）正确选择冷却方法和冷却介质。尽可能采用预冷；在保证淬硬层深度的前提下，采用弱的冷却介质；尽可能减小鼻尖以下的冷却速度；合理选用马氏体分级淬火或贝氏体等温淬火；保证最均匀的冷却。（3）进行及时、正确的回火。（4）设计时采取一些措施，如结构对称、截面均匀、避免尖角等。
四、硬度不足
1、产生机理：（1）加热温度过低，保温时间不足。检查金相组织，在亚共析钢中可以看到未溶铁素体，工具钢可看到较多未溶碳化物；（2）冷却速度不够，在金相组织中可以看到非马氏体（如珠光体或屈氏体）组织；（3）表面脱碳，磨去表层后测得的硬度比表面高；（4）钢材淬透性差，截面大处淬不硬；（5）采用中断淬火时，在水中停留时间过短，或在空气中停留时间过长，因冷却不足或自回火而导致硬度降低。（6）工具钢淬火温度过高，残余奥氏体量过多，影响硬度。
2、危害及防治：出现硬度不足时，应分析原因采取相应的措施。由于加热温度过低，保温时间不足，冷却速度太慢等引起的硬度不足，可以通过重新淬火来消除，但淬火前要进行一次退火或正火处理。如果是由于脱碳造成的硬度不足，则无法通过淬火来补救。为了防止硬度不足，应正确选择加热温度，保温时间，冷却速度，减少氧化与脱碳。
五、软点
1、产生机理：工件淬火后硬度不均匀的现象称为软点。（1）工件表面有氧化皮及污垢等；（2）淬火介质中有杂质，如水中有油；（3）工件在淬火介质中冷却时，冷却介质搅动不够，工件凹槽及大截面处形成气泡；（4）渗碳件表面碳浓度不均匀；（5）淬火前原始组织不均匀，如有严重的碳化物偏析等。
2、危害及防治：软点造成工件表面局部硬度不足，降低了整体承载能力。如果是由于前三种原因所造成的软点，可以进行一次回火，再次加热，在恰当的冷却介质及方法条件下淬火来补救；但如果是后两种情况，则很难补救；对尚未成型加工的工件为了消除碳化物偏析或粗大，可用不同方向的锻打来改变其分布及形态。对粗大组织可再进行一次退火或正火，使组织细化及均匀化。为了防止软点的发生，应注意以下几点：（1）淬火前要清理零件表面的油污、斑迹和氧化皮；（2）淬火前检查淬火介质；（3）冷却过程时加以搅动等。
六、其它组织缺陷
对淬火工艺要求严格的零件，不仅要求淬火后硬度达到要求，还对淬火组织有要求，如淬火后马氏体、残余奥氏体、未溶铁素体数量，碳化物的分布及形态等也要符合规定。否则，即使硬度通过，但零件仍不合格。常见缺陷如马氏体粗大、工具钢或渗碳钢有网状碳化物、调质钢中有大块铁素体及工具钢淬火后残余奥氏体量过多等。
七、结束语
淬火缺陷的存在经常严重影响产品质量，特别是机械性能大大降低，甚至造成工件的报废。了解淬火缺陷产生的原因，掌握预防和补救的有效方法，可以减小零件因技术不合格造成的报废率，大大提高生产效率，提高产品质量，降低生成成本，延长使用寿命。
参考文献
[1]《金属材料与热处理》中国劳动社会保障出版社2010
[2]《金属热处理原理》机械工业出版社 臧正风主编1992
[3]《金属学与热处理》 机械工业出版社 丁建生主编 2004
[4]《金属热处理缺陷分析及案例》机械工业出版社 王光生主编 1998
关键词：淬火缺陷;氧化与脱碳;过热与过烧;变形与开裂;硬度不足及软点
热处理是机械制造中的重要加工工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体化学成分，通过改变内部显微组织或表面化学成分达到改变性能的目的。热处理的方法常见的有退火、正火、淬火、回火及表面热处理，其中淬火工艺有着更为广泛的应用。
钢的淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上30℃～50℃，保温一段时间后快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体的工艺，淬火可以极大的提高钢的强度、硬度和耐磨性，因此绝大多数零件和工具都要经过淬火，可以说淬火质量的好坏直接影响了产品的质量及使用。淬火过程中常常由于不恰当的工艺选择，不规范的人为操作等造成淬火后达不到要求，即产生淬火缺陷。常见的有：氧化与脱碳，过热与过烧，变形与开裂，硬度不足和软点等。
一、氧化与脱碳
1、产生机理：氧化指铁的氧化，钢在氧化性气氛中加热时，与周围介质（如氧气）发生化学反应，生成氧化物。介质中的氧、二氧化碳等还与钢件表层的碳发生化学反应，生成气体逸出，使工件表面碳浓度降低。称为脱碳。
2、危害：钢的氧化现象有两种：一种是表面氧化，即在表面生成氧化膜；另一种是内氧化，即在钢件内部沿晶界纵深氧化。表面氧化使工件尺寸减小，表面粗糙度增加，造成金属的损耗，影响淬火冷却速度，而内氧化使零件的力学性能恶化，如强度降低，脆性增大。脱碳使淬火工件表面硬度和耐磨性降低，显著降低疲劳强度，冷却过程中易产生裂纹。
3、减少及防治方法：淬火加热形成的氧化层一般较薄，可以通过留有适当加工余量，淬火后磨削清除等方法纠正。为防止和减少氧化，可采用多种防护方法，如真空加热、保护气氛加热等，达到光亮淬火的目的。脱碳严重时不能补救，常用的防止方法有：(1)利用反应的可逆性制造控制气氛，使工件的脱碳与渗碳反应平衡。(2)利用高纯氮气或惰性气体保护。(3)采用真空热处理。(4)表面涂覆保护剂如硼酸等。
二、过热与过烧
1、产生机理：钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温下停留时间过长而发生奥氏体晶粒显著粗化的现象，称为过热；加热温度达到固相线附近，使晶界氧化并部分熔化的现象称为过烧。
2、危害：工件过热使其淬火后获得粗大的马氏体组织，脆性增大，易引起裂纹。严重降低钢的韧性和强度，易发生脆性断裂。过烧是严重的加热缺陷，造成零件报废。
3、减少及防治方法：轻微的过热可用延长回火时间理行补救，过热严重则需要正火以细化晶粒，然后再重新淬火。工件一旦过烧刚无法补救。为了防止过热与过烧，必须严格控制加热温度和保温时间。
三、变形和开裂
1、产生机理：淬火内应力是其产生的最主要原因。由于马氏体转变的特点，内应力不可避免的存在，因此变形和开裂是淬火最常见的缺陷。此外，以下原因也可能造成变形和开裂：（1）热处理工艺处理不当：如淬火加热温度过高、冷却方式不当、回火不及时等。（2）材质缺陷：如原材料中存在金属夹杂物、气孔、锻造折叠等。（3）零件结构设计不合理或技术要求不当（4）其它如过热和脱碳。
2、危害：变形造成工件尺寸和形状不准确，严重变形和开裂则使零件报废，造成极大的浪费，降低了劳动生产率。
3、减少危害及防治：变形量小的可通过某些措施纠正，如工件的扭曲变形可以通过矫直来校正，但须在塑性允许范围内，或回火加热时使用矫正夹具，体积变形可以通过补充的研磨加工来修正，淬火体积变形往往是不可避免的，但只要掌握恰当的方法，再加以適当的修正，淬火后就可以得到尺寸合格的零件。而严重变形或产生裂纹则无法补救，只能报废。为了防止变形和开裂，应注意以下几点：（1）尽量做到均匀加热及正确加热，装炉前对形状复杂及壁厚悬殊的工件采取必要的措施，对于淬火易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞；装炉时尽量均匀放置，防止单面受热；平放以减少工件自重引起变形；加热时对形状复杂或导热性差的高合金钢，应缓慢加热或多次预热，以减少加热产生的热应力；合理选择加热温度，避免过热。（2）正确选择冷却方法和冷却介质。尽可能采用预冷；在保证淬硬层深度的前提下，采用弱的冷却介质；尽可能减小鼻尖以下的冷却速度；合理选用马氏体分级淬火或贝氏体等温淬火；保证最均匀的冷却。（3）进行及时、正确的回火。（4）设计时采取一些措施，如结构对称、截面均匀、避免尖角等。
四、硬度不足
1、产生机理：（1）加热温度过低，保温时间不足。检查金相组织，在亚共析钢中可以看到未溶铁素体，工具钢可看到较多未溶碳化物；（2）冷却速度不够，在金相组织中可以看到非马氏体（如珠光体或屈氏体）组织；（3）表面脱碳，磨去表层后测得的硬度比表面高；（4）钢材淬透性差，截面大处淬不硬；（5）采用中断淬火时，在水中停留时间过短，或在空气中停留时间过长，因冷却不足或自回火而导致硬度降低。（6）工具钢淬火温度过高，残余奥氏体量过多，影响硬度。
2、危害及防治：出现硬度不足时，应分析原因采取相应的措施。由于加热温度过低，保温时间不足，冷却速度太慢等引起的硬度不足，可以通过重新淬火来消除，但淬火前要进行一次退火或正火处理。如果是由于脱碳造成的硬度不足，则无法通过淬火来补救。为了防止硬度不足，应正确选择加热温度，保温时间，冷却速度，减少氧化与脱碳。
五、软点
1、产生机理：工件淬火后硬度不均匀的现象称为软点。（1）工件表面有氧化皮及污垢等；（2）淬火介质中有杂质，如水中有油；（3）工件在淬火介质中冷却时，冷却介质搅动不够，工件凹槽及大截面处形成气泡；（4）渗碳件表面碳浓度不均匀；（5）淬火前原始组织不均匀，如有严重的碳化物偏析等。
2、危害及防治：软点造成工件表面局部硬度不足，降低了整体承载能力。如果是由于前三种原因所造成的软点，可以进行一次回火，再次加热，在恰当的冷却介质及方法条件下淬火来补救；但如果是后两种情况，则很难补救；对尚未成型加工的工件为了消除碳化物偏析或粗大，可用不同方向的锻打来改变其分布及形态。对粗大组织可再进行一次退火或正火，使组织细化及均匀化。为了防止软点的发生，应注意以下几点：（1）淬火前要清理零件表面的油污、斑迹和氧化皮；（2）淬火前检查淬火介质；（3）冷却过程时加以搅动等。
六、其它组织缺陷
对淬火工艺要求严格的零件，不仅要求淬火后硬度达到要求，还对淬火组织有要求，如淬火后马氏体、残余奥氏体、未溶铁素体数量，碳化物的分布及形态等也要符合规定。否则，即使硬度通过，但零件仍不合格。常见缺陷如马氏体粗大、工具钢或渗碳钢有网状碳化物、调质钢中有大块铁素体及工具钢淬火后残余奥氏体量过多等。
七、结束语
淬火缺陷的存在经常严重影响产品质量，特别是机械性能大大降低，甚至造成工件的报废。了解淬火缺陷产生的原因，掌握预防和补救的有效方法，可以减小零件因技术不合格造成的报废率，大大提高生产效率，提高产品质量，降低生成成本，延长使用寿命。
参考文献
[1]《金属材料与热处理》中国劳动社会保障出版社2010
[2]《金属热处理原理》机械工业出版社 臧正风主编1992
[3]《金属学与热处理》 机械工业出版社 丁建生主编 2004
[4]《金属热处理缺陷分析及案例》机械工业出版社 王光生主编 1998