3.如何避免淬火变形与开裂？
影响淬火变形的因素有很多，包括钢的含碳量、零件尺寸和形状、淬火介质的温度和压力、淬火工艺（冷或热空气/水喷、压模淬火、高压气流等）、淬火冷却设备和搅拌装置，以及零件周围淬火介质的流速、流场分布等。此外，奥氏体化过程中零件在热处理炉内的放置方式、加热炉炉温均匀性以及出炉时的机械输送等，都会对变形产生一定的影响。
淬火变形包括两种。一种变形是零件加热时由于自身重量而产生的尺寸变化，称为形状畸变，比如弯曲、翘曲、扭曲等。另一种是尺寸变形，包括可以观察到的如伸长、收缩、变厚和变薄等尺寸变化。尺寸变形是由于相变时体积变化引起的。尺寸变形分为一维，二维和三维变形。
淬火开裂的主要原因是冷却过快而产生很大的热应力及相变应力。在马氏体转变过程中，开裂是由于形成马氏体的体积膨胀引起的。出现开裂必定存在着应力梯度，即应力集中。常见的应力梯度有两种：一种是几何缺口，包括刀痕、尖角、沟槽、孔穴以及截面突变处。另一种是材料中的隘口，包括晶间影响，碳化物偏析以及杂质聚合体。
（1）钢的淬透性对零件变形的影响
钢的淬透性指在规定条件下的淬硬深度和硬度分布的特征。当心部未淬透时，变形情况是趋向于长度缩短，内外径尺寸缩小；当全部淬透时，则趋向于长度伸长，内外径尺寸胀大。因为当整个截面全部淬透时，组织转变的应力总和大，对变形影响较大。
（2）钢的含碳量对零件变形的影响
Ms点温度与淬裂有密切关系，淬裂大多发生在0.4％C以上，Ms点在330℃以下的钢中。Ms点温度随着碳含量增加而降低，导致淬火中残余奥氏体增加。含碳量低时，淬火温度提高，热应力增加，抵消了部分组织应力的影响，淬火时马氏体转变量减少；含碳量高时，Ms降低，材料本身的屈服强度提高，塑性比中碳钢差，所以组织应力引起的变形量减小，热应力起主导作用。
（3）钢的原始组织对零件淬火变形的影响
零件淬火前的组织状态对零件的淬火质量有很大影响，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等，这些钢在锻造加工以后，必须进行球化退火，将片状珠光体变为球状珠光体，在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件的变形和开裂倾向小。另外偏析现象和网状组织，对淬火后工件的变形、特别是对细长轴的弯曲变形影响很大。材料的本质晶粒度越细，屈服强度越高，对变形的抗力越大，工件淬火后的变形量就相应减小。
（4）淬火介质对零件淬火热处理变形的影响
根据碳钢的等温转变图可知，为了抑制非马氏体转变的产生，在C曲线“鼻子”附近（550℃左右）需要快冷，而在650℃以上或400℃以下温度范围，并不需要快冷，特别在Ms线附近发生马氏体转变时需要缓慢冷却，为使马氏体转变时产生的热应力和组织应力最小，以防止淬火变形和开裂。因此，钢的理想淬火冷却速度如图1-6所示。
图1-6 钢的理想淬火冷却速度
一般认为，淬火介质300℃时的冷却速度对变形的影响是关键的，应根据钢的淬透性、零件截面尺寸和表面粗糙度，合理选用淬火介质。常用的淬火介质有水、油、以及盐类水溶液、熔盐、空气等。水的冷却特性不理想，在要求快冷区间650～400℃时，水的冷却速度很小，大约200℃/s，而在400℃以下需要漫冷的区间，水的冷却速度大增，大约300℃达到最大值800℃/s，使零件淬火变形及开裂倾向最大。一般情况下碳钢常采用淬火烈度大的水或水溶液作为淬火介质；而合金钢一般用油作为淬火介质。因此，选择淬火介质的正确原则是，在保证淬硬的前提下，尽量选择淬火烈度小的淬火介质，以减小淬火变形及开裂。
（5）零件的几何形状对零件淬火变形的影响
从热处理工艺角度出发，零件设计最好采用对称结构，尽量避免尖角，要求截面过渡均匀。必要时可开工艺用槽。如镗杆上开有两条对称的槽，其中一条是为减小热处理变形而设计的。形状较复杂的零件，如零件的尖角处，由于应力集中，更容易产生淬火裂纹。因此，必须合理选择材料，避免淬火裂纹产生。
（6）淬火方法对零件淬火变形的影响
为了使淬火时最大限度地减少变形和避免开裂，除了正确地进行加热及合理选择淬火介质外，还应根据工件的成分、尺寸、形状和技术要求选择合适的淬火方法。例如：双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、强烈淬火等。双介质淬火的内应力小，变形及开裂少，所以主要应用于碳素工具钢制造的易开裂的工件，如丝锥等；贝氏体等温淬火可以显著地减少淬火应力和淬火变形，并能基本上避免工件的淬火开裂，因此，各种形状复杂的模具、成形刀具采用贝氏体等温淬火；强烈淬火技术是采用高速搅拌或高压喷淬使试件在马氏体转变区域进行快速而均匀的冷却，在试件整个表面形成一个均匀的具有较高压应力的硬壳，避免了常规淬火在马氏体转变区域进行快速冷却而产生畸变过大和开裂的问题。
总之，影响淬火热处理变形与裂纹的因素是十分复杂的，在制定淬火热处理工艺时，应充分考虑工件的形状、钢中的碳含量，根据工件所要求的力学性能，合理选择淬火方法及冷却介质，就可防止构件在淬火过程中产生变形及开裂，提高产品质量。