一、硬度不足

零件经过热处理后的硬度没有达到工艺文件或标准的。出现该类问题的情况十分复杂，从零件热处理本身的角度出发，除混料外，应从影响产品质量的六大因素入手，对与零件硬度有关的参数逐一分析，找出原因和根源，避免硬度缺陷的发生。零件的热处理分为加热和冷却两个基本过程，在加热阶段加热速度、加热温度和保温时间是重要的工艺参数，而冷却阶段冷却介质的冷却温度、特性和冷却时间直接影响零件整体硬度的均匀性，因此对上述几个重要的工艺参数要严格控制和把关，排除一切影响硬度不足的问题，使零件热处理后的硬度均匀一致，提高零件的使用寿命。

1、 加热温度和保温时间的影响

零件在热处理过程中因选用的淬火加热温度偏低或保温时间短，造成零件的加热不足、奥氏体成分未均匀化、碳化物溶解不良等，将导致零件淬火后的硬度不足。因此根据零件选用材料的特性、热处理的技术要求、化学成分（尤其是合金元素的含量）、零件的形状、装炉量和装炉方式、热处理炉的加热方式、炉内温度的均匀性以及有无保护涂料等，进行合理选择加热温度和保温时间，必要时采用正交法确定工艺参数。图1为手用碳素工具钢丝锥在加热温度低或保温时间短情况下的显微组织。

从图1中可以看出，由于加热温度低或保温时间短，钢中的珠光体转变为奥氏体，而铁素体仍被保留下来，奥氏体淬火后转变为马氏体，此时的铁素体也呈现为蚕食状。当亚共析钢加热速度快或保温时间短时，将会造成形成的奥氏体的含碳量不均匀，淬火后形成黑白相间的马氏体，具体见图2。其中因为奥氏体含碳量不均匀，原来铁素体网络处含碳量比较低，故淬火后形成的马氏体含碳量低。而低碳马氏体的Ms 点较高，具有自回火现象，因此其为黑色。含碳量较高的奥氏体淬火形成未被回火或回火程度轻微的片状马氏体，呈现较白的颜色。

2、回火温度的影响

零件的回火温度高于正常要求的温度，造成马氏体的分解而降低了硬度。对高速工具钢而言，一般是回火温度低于要求的540～560℃的温度，而在300～400℃进行了回火，无二次硬化现象出现，造成零件的整体硬度低于热处理的要求，如果在580℃以上进行高温回火也将造成硬度的不足。因此根据零件的具体硬度和组织的性能要求，并进行具体的实践，才能得出正确的热处理工艺参数。

对高合金钢而言，零件内部合金元素增多，形成了大量的合金碳化物，在冷却过程中其具有高的淬透性，因此可得到较多的残余奥氏体组织。只有通过回火或2～3次的高温回火，才能使未转变的残余奥氏体组织转变为马氏体，提高零件的硬度。

零件回火不足也是硬度不符合要求的一种原因，马氏体淬火组织未充分转变为回火马氏体，淬火后残余奥氏体仍存在于基体中，由于残余奥氏体具有较好的塑性和韧性，因此它造成硬度的不足。对于该缺陷应进行重新淬火和回火，即可达到零件的热处理硬度要求。根据零件的大小、材料和具体的技术要求等确定回火时间的长短，基本原则为使组织完全发生转变，减少内应力，确保组织尺寸的稳定。

3、 冷却速度、冷却介质以及化学成分的影响

零件出现硬度不足同冷却不当有直接的关系。零件加热结束后至淬火前的预冷时间长；冷却介质选择不当、冷却介质的温度控制超出工艺要求、介质中混有杂质等，导致其冷却性能的降低；另外零件在加热过程出现氧化脱碳现象，表面存在氧化皮或黏附盐渣等；零件在冷却介质中时间短，零件提出介质的温度仍然过高，导致过冷的奥氏体组织在C曲线的珠光体转变区域分解，形成了托氏体和铁素体的混合组织，这些因素均会造成基体硬度不足。

由于零件冷却后仍存在大量的残余奥氏体组织将会造成零件淬火后的基体组织硬度降低，因此除上述的原因外，还应考虑零件的原材料的化学成分。残余奥氏体的数量与奥氏体的化学成分有关，尤其是含碳量的影响十分显著。钢中的奥氏体碳含量的质量分数在0.5%～0.6%，可在淬火组织中观察到残余奥氏体，碳含量越高则残余奥氏体越明显。体积分数20%的残余奥氏体将使淬火后的硬度降低8.5HRC，可见控制零件淬火后残余奥氏体的含量，是热处理冷却过程中确保硬度合格的关键。因此在实际热处理过程中，应充分考虑到这一点，采用合金钢则提高了材料的淬透性，冷却后的残余奥氏体的数量反而减少，不会出现零件硬度不足的现象。

4、零件表面脱碳

零件使用的原材料本身具有较厚的脱碳层，在机械加工过程中没有去掉；或者在热处理加热过程中或冷却过程中出现了表面氧化脱碳现象，导致零件表层的碳含量低于内部，在冷却过程中表面形成了低碳马氏体组织，而内部获得了要求的硬度。因此内外组织中碳含量存在差异，造成了淬火后表面硬度的不均。

表面脱碳后不仅降低了表面的硬度，造成内外变形量不同，而且影响到零件的使用寿命，降低力学性能，造成零件的早期失效，因此要避免此类缺陷的出现。一般挽救的措施一是将脱碳层去掉，二是可进行复碳处理，可根据零件的实际工作和加工状态合理选择。

二、硬度偏高

零件在热处理后检查硬度超过工艺（图纸）或标准规定的上限硬度值，不符合要求，即为硬度偏高。在材料的化学成分确定的前提下，按照编制的热处理工艺进行零件的处理，除了出现上述硬度不够的情况外，另一种为硬度高于要求的范围。因此认真分析其产生的原因，采取有效的技术措施和控制手段，可以完全避免此类缺陷的产生。

零件回火后出现硬度偏高，应从材料淬火后的硬度加以考虑，同时结合其具体的硬度要求、工作的特点和服役条件等几个方面，从影响硬度的主要因素入手，围绕着可能起到关键作用的条件，程序化和系统化的进行正确分析和判断硬度高的根源。只有这样热处理工作者才能为零件的热处理质量把好关，为生产出优质的产品提供保障。

      一般而言碳钢和碳素工具钢、低合金钢和低合金工具钢热处理后硬度高，其原因如下：

① 材料的含碳量或合金元素的含量高于标准的上限要求，淬火后硬度明显偏高，按正常的温度回火则出现硬度高。

② 材料的成分正常，而在回火时温度过低或时间过短，淬火马氏体未完全转变为回火马氏体，组织中存在淬火马氏体，造成硬度的偏高。

③ 控温仪表出现故障，指示温度高于实际要求的温度。

对于高合金钢或高速工具钢而言，由于合金元素含量高，因此与碳结合形成了大量的碳化物，回火后的硬度相对较高，明显提高了零件的耐磨性和红硬性，常用来制作模具和刀具等。该类钢种如高铬合金工具钢（3Cr2W8V、Cr12、Cr12Mo、Cr12MoV等）和高速工具钢（W18Cr4V、W9Mo3Cr4V等）的淬火温度高于1000℃以上，此时溶解了大量的合金碳化物，因此在高温回火过程中，形成了特殊的碳化物而发生“二次硬化”现象，高合金钢或高速工具钢等淬火后残留的奥氏体较多，且十分稳定，其中一部分残余奥氏体在回火后未充分分解，但冷却后转变为马氏体，使零件的硬度升高，因此回火后硬度高于淬火的硬度值。

回火后硬度高于要求的原因可归纳为以下情况：

① 同种材料的淬火温度不同，而回火温度一致，则势必造成高温淬火的零件回火后硬度高。

② 回火温度规定错误，零件在二次硬化区进行回火，势必造成硬度的提高，因此应避开此温度回火，通常高速工具钢在540～560℃回火将达到硬度的最高值，对要求硬度不是很高、韧性较好的零件可采用570～600℃的温度回火。

③ 零件淬火后应进行低温回火处理，而工艺编制错误，实际进行了高温回火产生了“二次硬化”，造成硬度高于工艺的要求。