水淬怎么避免硬度不均和开裂？

lengue

只要是干热处理的同行，应该都碰过这类棘手问题：工件明明完整浸泡在冷却液中淬火，取出后检测硬度，却出现部分区域硬度过高、部分区域硬度不足的情况。

上周去贵州指导一家军工企业，车间主任拉着我详细说明情况，言语里满是困扰 —— 他们在生产中热处理铸钢件及锻件就遇到了这样的问题，已经持续大半年，工艺参数调整了多次，始终没能解决。

到淬火槽现场观察后，很快发现了关键问题：他们仍在使用清水作为淬火介质。大家都知道，工件从八九百度的加热炉中取出时，表面呈高温通红状态，一旦放入常温水槽，工件与水接触的瞬间，水分会迅速汽化，形成大小不一的蒸汽泡附着在工件表面。这些蒸汽泡的导热性能远低于水，相当于给工件局部罩上了一层 “保温层”。如此一来，工件表面没有气泡覆盖的区域冷却速度快，有气泡覆盖的区域冷却速度慢，最终导致硬度不均，其实是必然结果。

此前他们也尝试过改进：比如向水中通入压缩空气搅拌，或是通过吊装设备带动工件在水中上下移动，试图减少气泡附着。但实际效果并不理想，气泡依然难以彻底清除。说到底，清水本身存在固有缺陷 —— 沸点仅 100℃，高温工件进入后必然会形成蒸汽膜，导致冷却速度无法稳定控制。要从根本上解决问题，更换冷却介质是关键。

我给他们提供了两个方向：一是在清水中加入盐或碱，这类物质能加速蒸汽膜的破裂，改善冷却均匀性；二是采用 PAG 类合成淬火剂，这类介质属于有机聚合物，稀释比例可根据需求调整，冷却能力介于水和油之间，尤其适合大型铸件的淬火处理。

现场我还帮他们核算了用量：先测量淬火槽的有效容积，再结合单次淬火工件的总体积，最终确定按 13~15% 的质量百分比配比 PAG 淬火介质，既能保证淬火硬度达标，又能避免淬火开裂。

到这里问题只解决了一半，因为新介质的采购、运输和配置需要半个月的周期，而工厂的生产不能中断，这段时间仍需依靠水基介质完成淬火。这就不得不面对水淬的另一个常见难题：工件开裂。

不少师傅在操作中常会陷入困境：要么淬火后硬度不足，要么硬度达标了却出现裂纹。其实核心原因在于没有掌握好冷却的 “度”。

这里和大家简单说说原理：淬火要获得高硬度，本质是让钢材中的奥氏体组织转变为马氏体组织。但马氏体组织有个特性 —— 它需要在 300℃以下的温度区间完成转变，且转变过程不宜过快。如果冷却速度太快，工件内部会产生过大的内应力，最终导致开裂。

所以关键在于如何精准控制工件在 300℃左右出水，可现场往往缺乏即时测温设备，这就需要依靠工程师的经验判断。在这里我跟大家分享一个经验，可以用 “观察出水工件表面积水状态” 的方法判断淬火时间，准确率很高：

若工件出水后，表面的水迹瞬间蒸发，说明出水温度过高，大概率在 400℃以上，此时奥氏体难以转化为马氏体，反而可能形成贝氏体，导致硬度不足；

若工件出水后，表面被水迹覆盖，且没有明显蒸发现象，说明冷却时间过长，温度已过低，内部应力积累过多，开裂风险极大；

最理想的状态是：工件出水后约两秒，表面的水迹逐渐蒸发完毕。这时工件内部温度恰好处于 300℃左右，取出后在空气中缓慢冷却，既能保证马氏体充分形成，又能有效释放内应力，避免开裂。

昨天那家企业的车间主任给我发了消息，说按这些方法试生产了一批工件，硬度不均和开裂问题都解决了。其实干热处理这行，从来没有万能公式 —— 工件大小、钢材牌号、甚至水槽水温的细微变化，都会影响淬火效果。所谓经验，就是把这些 “变量” 摸透，在实际操作中灵活调整，手上才能有准头。

吕柱军

不错，受教了