在机械加工领域，淬火是提升金属材料硬度、强度和耐磨性的核心热处理工艺。其中，普通淬火（整体淬火）与表面淬火是两种最主要的淬火方式，二者在工艺原理、性能特点、适用场景等方面存在显著差异。正确区分并选择合适的淬火工艺，可大幅提升零件使用寿命并降低制造成本。
一 核心概念与工艺原理
| 项目 | 普通淬火（整体淬火） | 表面淬火（局部淬火） |
|---|---|---|
| 定义 | 将工件整体加热至临界温度以上，保温充分奥氏体化后整体快速冷却 | 仅对工件表层快速加热至淬火温度以上，心部温度保持在Ac1以下，随后仅表层快速冷却 |
| 组织转变 | 整体由奥氏体转变为马氏体（或贝氏体） | 表层奥氏体→马氏体，心部保持原组织（珠光体、铁素体或回火索氏体等） |
| 设计理念 | “整体强化”——硬度、强度全面提升 | “表硬内韧”——表层高硬耐磨，心部保持高韧性、抗冲击能力 |
| 典型热源 | 电阻炉、盐浴炉、箱式炉等 | 高频感应加热（最常用）、中频、火焰、激光、电子束等 |
二 关键工艺参数对比
| 对比维度 | 普通淬火 | 表面淬火（以高频感应淬火为例） |
|---|---|---|
| 加热方式 | 整体均匀加热，时间长（几十分钟到数小时） | 表层瞬时集中加热（几秒至几十秒） |
| 加热温度 | Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）+20～60℃ | 表层通常比普通淬火高50～150℃（900～1050℃） |
| 冷却方式 | 整体浸入水、油、盐浴、聚合物溶液等 | 喷水、自冷、喷雾、压缩空气（随热源同步冷却） |
| 淬硬层深度 | 贯穿整个截面 | 0.5～5mm（高频0.5～3mm，火焰3～5mm，激光可更深） |
| 工件变形 | 变形大（特别是大型或细长件） | 变形极小 |
| 能耗 | 高（整体加热） | 低（仅加热表层） |
三 性能特点与典型应用场景
1. 普通淬火
优点：
- 整体硬度、强度、刚度高
- 工艺成熟、设备简单、成本低
缺点：
- 塑韧性显著下降，易产生淬火应力和变形、开裂
- 大型零件易出现软点或裂纹
典型应用：
- 齿轮、轴类（整体承载）
- 刀具、量具、模具（整体高硬度）
- 弹簧钢（如65Mn、60Si2Mn）弹簧
- 连杆、螺栓等需要强韧性配合的零件（淬火+中温回火）
2. 表面淬火
优点：
- 表层硬度高（HRC52～62甚至更高）、耐磨性极佳
- 心部保持原韧性（冲击韧性ak可达50～100J）
- 热变形极小，疲劳强度显著提高（可提高30%～100%）
- 节能、效率高
缺点：
- 淬硬层深度有限
- 设备投资较高
- 对工件表面质量要求严格
典型应用：
- 曲轴、凸轮轴（主轴颈、凸轮表面）
- 机床导轨、滑块
- 汽车半轴、花键轴
- 挖掘机销轴、斗齿
- 大型轧辊、支承辊
- 齿轮局部强化（齿面、齿根）
四 材料适用性对比
| 材料类型 | 普通淬火 | 表面淬火 |
|---|---|---|
| 低碳钢（<0.25%） | 淬火后硬度低，通常需先渗碳 | 表层硬度难以达到要求，需渗碳+表面淬火 |
| 中碳钢（0.35～0.55%） | 适用，综合性能好 | 最适合，表硬内韧效果最佳 |
| 高碳钢（>0.6%） | 适用，但开裂风险高 | 易产生表面网状裂纹，一般不推荐 |
| 中碳合金钢（如40Cr、42CrMo） | 适用 | 最优选择，淬透性好、硬度高、韧性佳 |
五 工艺选择决策树（实用判断依据）
选择时按以下顺序快速判断：
- 零件受力特点 → 整体受力、整体磨损 → 普通淬火 → 仅表层磨损/接触疲劳，心部受冲击或弯曲 → 表面淬火
- 零件尺寸与变形要求 → 大型件（>φ200mm或长度>1m）、薄壁件、精密件 → 必须表面淬火 → 小型、简单形状、对变形不敏感 → 可选普通淬火
- 生产批量与成本 → 小批量、多品种 → 表面淬火（数控感应淬火机床柔性高） → 大批量、简单零件 → 普通淬火（井式炉、连续炉成本低）
- 性能要求 → 需要极高疲劳强度（如重载齿轮、曲轴）→ 表面淬火+喷丸强化 → 需要整体高强度（如结构件）→ 普通淬火+中温回火