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

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取規定溫度的上限。對于碳偏析比較嚴重的鍛件，可根據不同錠節的實際化學成分，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力，應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、原始殘留應力較小的碳鋼和低合金結構鋼鍛件，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。可以看出，在這種情況下鍛件表面與中心的較大溫差很大，出現較大溫差時工件心表部溫度低于200℃, 鋼仍處于冷硬狀態，易因巨大的溫差應力而產生內部裂紋。

       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，在加熱中出現了兩次較大溫差。第一個出現在心部溫度為≈350℃時，數值僅為圖1 7-13曲線的1/3。出現第二個較大溫差時，鍛件心部溫度已升高至≈700°C, 鋼已處于塑性狀態，無開裂危險。當鍛件尺寸很大時，加熱中第一個較大溫差的數值仍會較大，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加熱。這樣可以減小第一個較大溫差的數值和使其在更高些的溫度范圍出現。

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定溫度、完成奧氏體轉變并使其均勻化，鍛件在均溫后尚需進行保溫。保溫時間根據工件有效截面確定。對碳素結構鋼

與低合金結構鋼鍛件，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中較關鍵的是選擇恰當的冷卻速度和終冷溫度。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量。對于夾雜物、氣體含量都很少，化學成分十分均勻的優質電站大鍛件終冷溫度可選擇為40~60°C或60~80℃。對于冶金質量較差的鍛件，終冷溫度可提高至200~250℃。在終冷溫度下的保持時間，應以使鍛件心部完成所規定的組織轉變為準。

       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。這時應將心部奧氏體過冷到防止出現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。

       對照相應鍛件的冷卻曲線和所用鋼種的過冷奧氏體連續轉變曲線，可獲得鍛件尺寸、冷卻速度、冷卻時間、終冷溫度以及轉變產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變熱效應的影響。

 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－油雙介質淬火、油－空雙介質淬火等。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和冷卻方法。對形狀復雜、截面變化較大的工件，為使冷卻均勻和減小淬火應力，有時采用工件在爐內稍降低溫度后再出爐淬火的方法。

1. 水冷 

       水冷工件經高溫回火后的強度、塑性、韌性和脆性轉變溫度等力學性能都比油冷好（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°℃, 如鍛件冶金質量不好，巨大的內應力會使工件產生裂紋甚至斷裂。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，首先應考慮鍛件化學成分和基礎性能的影響，按式（1) 計算出鍛件的碳當量CE。

當計算結果（成分為質量分數）為：

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

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

3) 鍛件中正偏析區的碳當量CE≥0. 88%,正偏析區的碳含量≥0.36%時，若無特殊的指示與指導，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，大鍛件的冶金質量有了明顯提高，承受較大淬火應力而不引起開裂的可能性有所增加，應當擴大急冷和深冷的應用。

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）可顯著降低工件內外溫差。

3. 空冷 

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

4. 水淬油冷

5. 雙介質淬火 

       水－空－水、油－空－油雙介質淬火方式，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，降低淬火應力。水－空雙介質淬冷曲線。工件在空氣中預冷 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，確定適當的冷卻時間及終冷溫度，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。冷卻時間一般根據實測的各種冷卻曲線，理論計算以及長期生產經驗來確定。需要注意，即使相同截面的工件，在相同的淬火介質及冷卻時間內冷卻，也會由冷卻設備容量、淬火介質的溫度、介質循環條件及工件在介質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，在規定冷卻時間的同時，還要嚴格控制冷卻條件。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, 淬火介質溫度取為40℃) , 曲線是由實測數據整理而得到的。表3 列出一些具體冷卻工藝可供參考，生產中根據工件形狀、材質及生產條件，在制訂具體冷卻工藝時，作適當調整。