分级淬火是指工件加热奥氏体化后，浸入温度稍高于或稍低于所用钢的马氏体开始转变温度（Ms点）的盐浴或碱浴中，并保持适当时间在工件整体达到介质温度后取出空冷，从而获得马氏体组织的热处理工艺，也称为马氏体分级淬火。

1.适用范围

1）通常应用在承受一定冲击载荷，且要求高硬度的、有效截面较小的工件上。

2）适用于淬火后要求变形小的精密工件。

3）适用于淬火后要求变形小，但弹力要求不高的小型弹簧和弹性零件。

2.技术要求

1）分级淬火后，硬度应满足产品图样中的技术要求，但其硬化层允许较普通淬火的硬化层稍浅些。

2）分级淬火其他技术要求与普通淬火技术要求相同。

3.操作守则

1）其加热温度一般可采用普通淬火的加热温度。对于淬透性差且有效截面稍大的工件，其加热温度允许提高10～15℃。

2）其加热时间推荐按附录B的经验公式计算。加热过程应防止氧化脱碳。

3）分级淬火冷却所使用的介质，视钢种而定。常用的分级淬火冷却介质，如表1-17所示。几种钢件分级淬火冷却工艺及硬度，如表1-18所示。

表1-17 常用的分级淬火冷却介质

表1-18 几种钢件分级淬火冷却工艺及硬度

（续）

　　一般碳素钢分级淬火可在含2％～3％（质量分数）水的热碱浴中冷却。当浴温约为220℃时仅适用于有效直径或厚度为8～10mm的工件；当浴温为160～170℃时有效直径或厚度可增至11～12mm。否则，达不到预期的较高硬度。

4）淬透性好的合金钢工件的有效厚度在85mm以下者，分级淬火冷却可在140～160℃的熔融硝盐浴中进行。若在热碱浴中冷却，其有效直径或厚度增至100mm时，表面也可硬化。

5）工件在熔融的热碱浴或硝盐浴中的停留时间，一般采用下列公式计算：

t＝aD＋30s式中 t——停留时间（s）。

a——系数，一般取0.8～1.0s／mm；

D——有效直径或厚度（mm）。

6）在热碱浴或硝盐浴中停留后，取出在空气中冷却，不得在水或油中快冷。对于要求变形很小的工件在热碱浴或硝盐浴中停留后，可进一步慢冷，如掩埋在白灰或草木灰中冷却到室温。

4.具体应用

实例1 为了减少淬火变形，对于形状复杂的工件采用分级淬火十分有效。图1-22所示为CrWMn钢凸凹模及其热处理工艺曲线。由于在热浴中的停留时间不同，其变形有所差别。

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图1-22 CrWMn钢凸凹模及其热处理工艺曲线

a）凸凹模 b）工艺曲线1—改进后工艺 2—原工艺

工艺过程如下：经调质处理并机械加工成形后，在800～820℃的盐浴炉中加热10min，在空气中预冷3s后，于200～220℃硝盐浴中冷却，停留1.5min后，取出在空气中冷却到室温。其结果孔距（90±0.02）mm超差。用同样工艺过程，仅是将硝盐浴中停留1.5min改为45～50s，其结果尺寸精度合格，即小于0.02mm。各种淬火冷却介质对CrWMn钢变形的影响如表1-19所示。

实例2 图1-23所示为45Cr钢齿轮。采取800℃盐浴加热2.0min后于油中淬火冷却。其结果：φ57mm齿轮外径胀大0.12～0.14mm，φ25mm内孔胀大0.18～0.22mm因内孔无法满足要求而报废。后改为810℃加热，在160℃硝盐浴中分级淬火冷却。热处理后φ25mm内孔变形量不大于0.02mm，齿部硬度为51～53HRC，其余部分硬度为38～43HRC，可满足使用要求。

表1-19 各种淬火冷却介质对CrWMn钢变形的影响

　　实例3 图1-24所示为两件3Cr2W8V钢热作模具。经800℃预热，1100℃加热后淬油冷却。其结果：图1-24a所示热作凹模的φ30mm内孔收缩0.20mm，并有严重椭圆现象。图1-24b所示镶块模芯的φ15mm孔收缩0.15mm，也有椭圆现象，由此判定不合格。当改为380℃硝盐浴中分级淬火冷却。φ30mm和φ15mm两孔分别收缩0.10mm和0.08mm，仍有椭圆现象。从而改为同样加热后，在600℃一次分级，然后再于280℃二次分级冷却，随后于空气中冷却。其结果：φ30mm和φ15mm两孔分别收缩0.03mm和0.02mm，椭圆现象基本消除。此例表明，由于两次分级冷却减缓热应力的作用，使模具内孔收缩倾向减小。

图1-23 45Cr钢齿轮

图1-24 3Cr2W8钢热作模具

a）热作凹模 b）镶块模芯

实例4 图1-25所示为CrWMn钢模套两次分级淬火工艺，要求硬度为50～55HRC经830℃加热25min后，两次分级淬火冷却，变形很小。其中，A尺寸胀大0.07mm；B尺寸未变形；C尺寸胀大0.03mm。

图1-25 CrWMn钢模套两次分级淬火工艺

a）模套 b）工艺曲线

实例5 表1-20为图1-26所示的9Mn2V钢凹模在不同工艺参数分级淬火后的变形情况，要求硬度为48～53HRC。采用170℃硝盐浴中分级淬火冷却后，两个φ65.2mm孔直径胀大；于270℃硝盐浴中分级淬火后变形最小。

表1-20 9Mn2V钢不同工艺参数分级淬火后的变形情况

图1-26 9Mn2V钢凹模

　　实例6 对于淬透性较差的碳素钢，分级淬火采用低温硝盐浴冷却，其冷却速度稍显不足，特别是有效截面稍厚的工件。为了解决该问题，采用热碱浴分级淬火十分有效。通常使用的热碱浴温度为140～160℃或160～180℃，分别加入质量分数为12％～14％或14％～16％的水分，有利于提高冷却能力。由于在该温度范围已处于钢的Ms点以下，分级停留过程产生部分马氏体，不仅可得到及时回火，而且在随后空冷过程产生的新马氏体组织应力将显著降低，从而达到减小变形目的。

实例7 图1-27所示为T7A钢凹模及热碱浴分级淬火工艺，要求硬度为45～50HRC。经820℃加热，在170～190℃热碱浴中停留3min后转入油冷，360℃回火1h后空冷。其结果：硬度为47～49HRC；变形很小，A尺寸增加0.02mm；B尺寸减小0.02mm。

在热碱浴分级淬火时，温度、停留时间及水分多少均对变形和硬度有不同影响。对于碳素钢而言，停留时间过长将使残留奥氏体发生稳定化，硬度稍有降低；如果停留时间过短截面温度不均匀导致热应力较大同时影响淬透性。热碱浴含水量过多，因热应力增加会对减小变形不利；反之，淬火后硬度不足或易产生软点。

图1-27 T7A钢凹模及热碱浴分级淬火工艺

a）凹模 b）工艺曲线