體型較大的鍛件淬火、正火、冷卻等熱處理工藝，從而達到技術(shù)條件所要求的性能，或為后續(xù)熱處理過程準(zhǔn)備良好的組織條件。

大鍛件淬火、正火時的加熱

1.1 加熱溫度

為使負偏析區(qū)在加熱時達到淬火或正火溫度，大鍛件的淬火或正火溫度應(yīng)取規(guī)定溫度的上限。對于碳偏析比較嚴(yán)重的鍛件，可根據(jù)不同錠節(jié)的實際化學(xué)成分，采用不同的加熱溫度。

1.2 加熱方式

大鍛件加熱時，為了避免過大的熱應(yīng)力，應(yīng)該控制裝爐溫度和加熱速度。截面大、合金元素含量高的重要鍛件，多采用階梯式加熱。即在但溫裝爐后按規(guī)定速度加熱，在升溫中間進行一次或兩次中間保溫。有些鍛件采用較低的加熱速度而不進行中間保溫。只有截面尺寸較小、形狀簡單、原始殘留應(yīng)力較小的碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件，才允許高溫裝爐、不限制加熱速度或在低溫裝爐后采用較大功率升溫。

       高溫裝爐直接加熱時，鍛件中不同部位的升溫曲線?？梢钥闯觯谶@種情況下鍛件表面與中心的較大溫差很大，出現(xiàn)較大溫差時工件心表部溫度低于200℃, 鋼仍處于冷硬狀態(tài)，易因巨大的溫差應(yīng)力而產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。

       階梯式加熱時鍛件中不同部位的升溫曲線，如圖2 所示。可以看出，由于采取了中間保溫，在加熱中出現(xiàn)了兩次較大溫差。第一個出現(xiàn)在心部溫度為≈350℃時，數(shù)值僅為圖1 7-13曲線的1/3。出現(xiàn)第二個較大溫差時，鍛件心部溫度已升高至≈700°C, 鋼已處于塑性狀態(tài)，無開裂危險。當(dāng)鍛件尺寸很大時，加熱中第一個較大溫差的數(shù)值仍會較大，這時要在≈400°℃等溫一段時間，待工件表面和心部都升至較高溫度時再繼續(xù)加熱。這樣可以減小第一個較大溫差的數(shù)值和使其在更高些的溫度范圍出現(xiàn)。

1.3 升溫速度

鍛件在加熱過程的低溫階段，升溫速度要控制在30~70°C/h 。經(jīng)中間保溫后，整個截面上塑性較好，升溫速度可以快些，一般取50~100°℃/h 。

1.4 均溫與保溫

當(dāng)加熱爐主要測溫儀表（一般臺車式爐指爐頂測溫儀表，井式爐指各段爐壁儀表）指示爐溫到達規(guī)定溫度時，即為均溫開始，至目測工件火色均勻并與爐墻顏色一致時為均溫終了。為使工件心部達到規(guī)定溫度、完成奧氏體轉(zhuǎn)變并使其均勻化，鍛件在均溫后尚需進行保溫。保溫時間根據(jù)工件有效截面確定。對碳素結(jié)構(gòu)鋼

與低合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件，保溫時間按0.6~0.8h/100mm計算。對中、高合金鋼鍛件，按0. 8~1h/100mm計算。各種形狀鍛件有效截面計算方法。

2 大鍛件淬火、正火時的冷卻

       體型較大的鍛件淬火、正火、冷卻過程的工藝參數(shù)中較關(guān)鍵的是選擇恰當(dāng)?shù)睦鋮s速度和終冷溫度。對于性能要求很高的高合金鋼大鍛件，需要選擇能夠保證工件心部奧氏體完全躲過珠光體和上貝氏體轉(zhuǎn)變的冷卻速度，以使鍛件沿整個截面獲得下貝氏體或下貝氏體加馬氏體組織。終冷溫度的選擇主要取決于鍛件的冶金質(zhì)量。對于夾雜物、氣體含量都很少，化學(xué)成分十分均勻的優(yōu)質(zhì)電站大鍛件終冷溫度可選擇為40~60°C或60~80℃。對于冶金質(zhì)量較差的鍛件，終冷溫度可提高至200~250℃。在終冷溫度下的保持時間，應(yīng)以使鍛件心部完成所規(guī)定的組織轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)。

       對于大型碳鋼和低合金鋼鍛件，冷卻后獲得下貝氏體的要求有時難于達到。這時應(yīng)將心部奧氏體過冷到防止出現(xiàn)粗大珠光體和鐵素體的溫度，對低合金鋼鍛件終冷溫度可選為400~450℃; 碳鋼件可選為450~500°C。

       對照相應(yīng)鍛件的冷卻曲線和所用鋼種的過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線，可獲得鍛件尺寸、冷卻速度、冷卻時間、終冷溫度以及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與性能水平等方面的完整資料。為使鍛件心部無珠光體，應(yīng)保證鍛件心部冷卻速度。

       不小于υ1終冷溫度不高于450°C。如要使鍛件心部獲得馬氏體組織，需要保證鍛件心部冷卻速度不低于υ2, 且應(yīng)過冷到300℃以下。在確定終冷保持時間時，需要充分考慮組織轉(zhuǎn)變熱效應(yīng)的影響。

 冷卻方式及冷卻曲線

       體型大鍛件常用的冷卻方式有：靜止空氣冷卻、鼓風(fēng)冷卻、噴霧冷卻、油冷、水冷、噴水冷卻及水淬油冷、空－油冷卻（延遲淬冷）、水－油雙介質(zhì)淬火、油－空雙介質(zhì)淬火等。這些冷卻方式并不能完全滿足大鍛件冷卻的要求，還有待于尋求新的淬火介質(zhì)和冷卻方法。對形狀復(fù)雜、截面變化較大的工件，為使冷卻均勻和減小淬火應(yīng)力，有時采用工件在爐內(nèi)稍降低溫度后再出爐淬火的方法。

1. 水冷 

       水冷工件經(jīng)高溫回火后的強度、塑性、韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度等力學(xué)性能都比油冷好（特別是心部性能）。因此，在不引起缺陷擴大的前提下，應(yīng)采用水冷。但是這時工件截面上的較大溫差可達750~800°℃, 如鍛件冶金質(zhì)量不好，巨大的內(nèi)應(yīng)力會使工件產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。圖3~圖6是鍛件的不同截面水冷曲線。

在判斷鍛件在淬火冷卻中能否采用水冷時，首先應(yīng)考慮鍛件化學(xué)成分和基礎(chǔ)性能的影響，按式（1) 計算出鍛件的碳當(dāng)量CE。

當(dāng)計算結(jié)果（成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：

1) 鍛件中正偏析區(qū)的碳當(dāng)量CE≤0.75%,正偏析區(qū)的碳含量≤0.31%時，鍛件可以毫無危險地采用水淬。

2) 鍛件中正偏析區(qū)的碳當(dāng)量CE=0.75%~0.88%, 正偏析區(qū)的碳含量＝0.32%~0.36%時，鍛件可以進行水淬，但須特別小心。

3) 鍛件中正偏析區(qū)的碳當(dāng)量CE≥0. 88%,正偏析區(qū)的碳含量≥0.36%時，若無特殊的指示與指導(dǎo)，禁止水淬。

隨著大鍛件用鋼碳含量的逐步降低和電渣重熔、鋼包精煉、真空除氣、真空脫氧等先進冶煉工藝的采用，大鍛件的冶金質(zhì)量有了明顯提高，承受較大淬火應(yīng)力而不引起開裂的可能性有所增加，應(yīng)當(dāng)擴大急冷和深冷的應(yīng)用。

2. 油冷

       油冷時鍛件中較大溫差比水冷小，一般不超過500℃。不同截面鍛件的油冷冷卻曲線。采用空－油冷卻（延遲淬冷）可顯著降低工件內(nèi)外溫差。

3. 空冷 

       空冷或鼓風(fēng)冷的冷卻能力比水冷、油冷小得多，故在一定程度內(nèi)可避免鍛件內(nèi)部缺陷的擴大，但空冷時鍛件的性能潛力不能充分發(fā)揮。

4. 水淬油冷

5. 雙介質(zhì)淬火 

       水－空－水、油－空－油雙介質(zhì)淬火方式，可使心部熱量向外層傳播，以減少鍛件截面上的溫差，使冷卻比較均勻，降低淬火應(yīng)力。水－空雙介質(zhì)淬冷曲線。工件在空氣中預(yù)冷 12min 后，隨即水冷 2min、空冷3min 再交替冷卻至35min, 然后空冷。

2.2 冷卻時間的確定

       冷卻時間是指工件在冷卻介質(zhì)中停留的時間。冷卻時間過短，會達不到要求的性能，而冷卻時間過長、終冷溫度過低，會提升淬裂的危險性。所以，確定適當(dāng)?shù)睦鋮s時間及終冷溫度，是大鍛件熱處理工藝中的一個重要問題。

       在生產(chǎn)中的淬火冷卻主要是控制冷卻時間，而工件表面的終冷溫度僅作為參考。冷卻時間一般根據(jù)實測的各種冷卻曲線，理論計算以及長期生產(chǎn)經(jīng)驗來確定。需要注意，即使相同截面的工件，在相同的淬火介質(zhì)及冷卻時間內(nèi)冷卻，也會由冷卻設(shè)備容量、淬火介質(zhì)的溫度、介質(zhì)循環(huán)條件及工件在介質(zhì)中的移動方式等情況不同，造成工件心部溫度的顯著差別。所以，在規(guī)定冷卻時間的同時，還要嚴(yán)格控制冷卻條件。不同直徑鋼件在水冷、油冷、空冷時，心部冷卻到450℃和300°C 時所需的冷卻時間（淬火溫度取為860°C, 淬火介質(zhì)溫度取為40℃) , 曲線是由實測數(shù)據(jù)整理而得到的。表3 列出一些具體冷卻工藝可供參考，生產(chǎn)中根據(jù)工件形狀、材質(zhì)及生產(chǎn)條件，在制訂具體冷卻工藝時，作適當(dāng)調(diào)整。