一、淬火（hardenning，quenching）
定義：將鋼件加熱到奧氏體化溫度並保持一定時間，然後以大於臨界冷卻速度冷卻，以獲得非擴散型轉變組織，如馬氏體、貝氏體和奧氏體等的熱處理工藝。
解釋：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度ac3（亞共析鋼）或ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體1化，然後以大於臨界冷卻速度的冷速快冷到ms以下（或ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
詞音：淬火（zàn huǒ）
「蘸火」是淬火工藝的行業術語，起源於工藝處理的方法，因為淬火就是把熱工件蘸一下介質，達到要求，過去工人文化底子不好，就形象的稱謂淬火為蘸火，淬火工藝應用很廣，讀法也隨之流傳開來。
淬火目的：
淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然後配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學效能。
淬火工藝：
將金屬工件加熱到某一適當溫度並保持一段時間，隨即浸入淬冷介質中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用於各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。
通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，並可獲得這些效能之間的配合（綜合機械效能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊效能的鋼獲得一定的物理化學效能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不鏽鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用於鋼件。
常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉變為奧氏體。隨後將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉變為馬氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。
淬火時的快速冷卻會使工件內部產生內應力，當其大到一定程度時工件便會發生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。
淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和檢測方法。
淬火工件的硬度：
淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般採用洛氏硬度計，測試hrc硬度。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測試hra的硬度。
厚度小於0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小於5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計，測試hrn硬度。
在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區中可能發生淬火現象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設法防止的。
由於淬火後金屬硬而脆，產生的表面殘餘應力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎上，消除冷裂紋的手段之一。
淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對於過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。
淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相(表1)，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火後鋼件內部有較大的淬火內應力，因而不宜直接應用，必須進行回火。
表1鋼中鐵基固溶體的顯微硬度值。
淬火工藝的應用：
淬火工藝在現代機械製造工業得到廣泛的應用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經過淬火處理。為滿足各種零件幹差萬別的技術要求，發展了各種淬火工藝。
如，按接受處理的部位，有整體、區域性淬火和表面淬火；按加熱時相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火(對於亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火)；按冷卻時相變的內容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。
工藝過程包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個階段工藝引數選擇的原則。
淬火加熱溫度：
以鋼的相變臨界點為依據，加熱時要形成細小、均勻奧氏體晶粒，淬火後獲得細小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度範圍如圖1所示。
由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用於大多數合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為ac3溫度以上30～50℃。從圖上看，高溫下鋼的狀態處在單相奧氏體(a)區內，故稱為完全淬火。
如亞共析鋼加熱溫度高於ac1、低於ac3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火。過共析鋼淬火溫度為ac1溫度以上30～50℃，這溫度範圍處於奧氏體與滲碳體(a+c)雙相區。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火後得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。
這-組織狀態具有高硬度和高耐磨性。對於過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火後，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態微區內應力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由於奧氏體碳濃度高，馬氏體點下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。
常用鋼種淬火的溫度參見表2。
實際生產中，加熱溫度的選擇要根據具體情況加以調整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限；若工件形狀複雜，變形要求嚴格等要採用溫度下限。
淬火保溫：
淬火保溫時間由裝置加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和裝置功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內部溫度均勻趨於一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決於在要求淬火的區域獲得良好的淬火加熱組織。
加熱與保溫是影響淬火質量的重要環節，奧氏體化獲得的組織狀態直接影響淬火後的效能。-般鋼件奧氏體晶粒控制在5～8級。
淬火冷卻：
要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉變成低溫亞穩相——馬氏體，冷卻速度必須大於鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大於臨界冷卻速度部分轉變成馬氏體，而小於臨界冷卻速度的心部不能轉變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉變為馬氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。
但是冷卻速度大，工件內部由於熱脹冷縮不均勻造成內應力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質和冷卻方式。
冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的效能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關鍵環節。
淬火方式：
（1）單介質淬火
工件在一種介質中冷卻，如水淬、油淬。優點是操作簡單，易於實現機械化，應用廣泛。缺點是在水中淬火應力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。
（2）雙介質淬火
工件先在較強冷卻能力介質中冷卻到300℃左右，再在一種冷卻能力較弱的介質中冷卻，如：先水淬後油淬，可有效減少馬氏體轉變的內應力，減小工件變形開裂的傾向，可用於形狀複雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點是難以掌握雙液轉換的時刻，轉換過早容易淬不硬，轉換過遲又容易淬裂。
為了克服這一缺點，發展了分級淬火法。
（3）分級淬火
工件在低溫鹽浴或鹼浴爐中淬火，鹽浴或鹼浴的溫度在ms點附近，工件在這一溫度停留2min～5min，然後取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工件內外溫度較為均勻，同時進行馬氏體轉變，可以大大減小淬火應力，防止變形開裂。分級溫度以前都定在略高於ms點，工件內外溫度均勻以後進入馬氏體區。
現在改進為在略低於 ms 點的溫度分級。實踐表明，在ms 點以下分級的效果更好。例如，高碳鋼模具在 160℃的鹼浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小，所以應用很廣泛。
（4）等溫淬火
工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區的下部(稍高於ms)，工件等溫停留較長時間，直到貝氏體轉變結束，取出空冷。等溫淬火用於中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不採用等溫淬火。
（5）表面淬火
表面淬火是將剛件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態的一種區域性淬火的方法。表面淬火時通過快速加熱，使剛件表面很快到淬火的溫度，在熱量來不及穿到工件心部就立即冷卻，實現區域性淬火。
（6）感應淬火
感應加熱就是利用電磁感應在工件內產生渦流而將工件進行加熱。
二、回火（tempering）
定義：將淬火後的鋼，在ac1以下加熱、保溫後冷卻下來的熱處理工藝。
目的：（1）減少或消除淬火內應力，防止工件變形或開裂。
（2）獲得工藝要求的力學效能。
（3）穩定工件尺寸。
（4）對於某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如採用退火則軟化週期太長，而採用回火軟化則既能降低硬度，又能縮短軟化週期。
對於未經淬火的鋼，回火是沒有意義的，而淬火鋼不經回火一般也不能直接使用。為避免淬火件在放置過程中發生變形或開裂，鋼件經淬火後應及時進行回火。
名詞定義：回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下，保溫1到2小時後冷卻的工藝。回火往往是與淬火相伴，並且是熱處理的最後一道工序。
經過回火，鋼的組織趨於穩定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或者減少淬火應力，穩定鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開裂，高溫回火還可以改善切削加工效能。
分類：依據加熱溫度不同，回火分為：
低溫回火加熱溫度150-200℃。淬火產生的馬氏體保持不變，但是鋼的脆性降低，淬火應力降低。主要用於工具、滾動軸承、滲碳零件和表面淬火零件等要求高硬度的零件。
工件在250℃以下進行的回火。
目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性
回火後得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。
力學效能：58～64hrc，高的硬度和耐磨性。
應用範圍：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。
中溫回火加熱溫度350-500℃。回火組織為針狀鐵素體和細粒狀滲碳體（fec）的混合物，稱為回火屈氏體。中溫回火能獲得較高的彈性極限和韌性，主要用於彈簧和熱作磨具回火。
工件在250～500 ℃之間進行的回火。
目的是得到較高的彈性和屈服點，適當的韌性。回火後得到回火託氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內分布著極其細小球狀碳化物（或滲碳體）的復相組織。
力學效能：35～50hrc，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。
應用範圍：彈簧、鍛模、衝擊工具等
高溫回火加熱溫度500-600℃。淬火加高溫回火的連續工藝稱為調質處理。高溫回火組織為多邊形的鐵素體（ferrite）和細粒狀滲碳體（fec）的混合組織，稱為回火索氏體。
高溫回火為了得到強度、硬度和塑性韌性等效能的均衡狀態，主要用於重要結構零件的熱處理，如軸、齒輪、曲軸等。
工件在500℃以上進行的回火。
目的是得到強度、塑性和韌性都較好的綜合力學效能。
回火後得到回火索氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內分布著細小球狀碳化物（包括滲碳體）的復相組織。
力學效能：200～350hbs，較好的綜合力學效能。
應用範圍：廣泛用於各種較重要的受力結構件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。
工件淬火並高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質。調質不僅作最終熱處理，也可作一些精密零件或感應淬火件預先熱處理。
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