CN109929969B - 一种合金钢水淬工艺的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种合金钢水淬工艺的优化方法，所述方法先预测获得要求性能的组织构成；借助合金钢件材料的等温转变冷却曲线确定获得该组织所要冷却到的温度；将合金钢件沿截面从表面到中心划分为快速冷却区域和缓慢冷却区域，快速冷却区域为从合金钢件表面到要求性能部位或更深的部位，缓慢冷却区域为要求性能部位或更深的部位到中心部位；借助数值模拟确定快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，并结合要求性能部位的返温温度和表层应力状态对水冷时间进行优化；最后给出合金钢水淬的工艺。本发明可满足材料淬透性富裕度有限的大尺寸低/高淬透性工件获得高的淬火冷却性能或者在淬火冷却过程中避免淬火裂纹的产生的目的。

Description

一种合金钢水淬工艺的优化方法

技术领域

本发明涉及钢铁热处理领域，具体地，涉及一种合金钢水淬工艺的优化方法。

背景技术

淬火回火是一种传统的工艺，它将合金钢件加热到奥氏体区，然后淬火冷却至室温以获得马氏体或贝氏体组织，随后在合适的温度进行回火以获得回火马氏体体或回火贝氏体组织。对于合金钢淬火一般采用油作为淬火介质，目的是避免开裂，存在的问题是油淬的力学性能远低于水淬,同时油淬存在油烟污染和发生火灾的危险。因此，合金钢件水淬是未来的发展方向，水淬工艺推广的前提是解决水淬开裂的问题。

经对现有技术文献检索发现，陈乃录、左训伟、徐骏、张伟民等人发表的数字化控时淬火冷却工艺及设备的研究与应用(金属热处理2009，34(3):37-42)的一文中提出水-空交替控时淬火冷却工艺。具体方法是将淬火冷却分三个阶段进行，第一阶段为预冷阶段，第二阶段为水-空交替淬火冷却阶段，第三阶段为自然空冷阶段。在预冷阶段，合金钢件采取空冷的方式进行缓慢冷却，直到合金钢件表面冷却到A1以上或以下的某一温度区间，其结果是减少了合金钢件的热容量，加速了第二阶段的冷却效果。在水-空交替淬火冷却阶段，采用快冷(水冷)与慢冷(空冷)交替的方式进行，合金钢件在第一次水淬过程中，合金钢件表层快冷到Ms点以下某一温度并保持一定时间后，在表层获得部分马氏体；合金钢件在第一次空冷过程中，次表层的热量传向表层，使表层的温度升高，结果是表层刚刚转变的马氏体发生自回火使表层的韧性和应力状态得到调整，避免了表层马氏体组织产生开裂。然后再重复水与空气的交替淬火冷却，直到合金钢件某一部位的温度或组织达到要求。完成第二阶段淬火冷却后，将合金钢件放置在空气中进行自然冷却，直到合金钢件的心部温度低于某一值后进行回火。该文献技术对于避免合金钢件开裂有明显效果。但是,该文献的水-空交替控时淬火冷却工艺制定方法适合于有充足淬透性储备情况，具有一定的局限性。

经检索，专利号ZL201310327206.0的中国发明专利，发明名称为水-空交替控时淬火冷却工艺的方法，该专利对上述文献中具体制定第二阶段水-空交替淬火冷却工艺的进行了详细的描述。该专利公开了一种合金钢水淬工艺制定方法，制定工艺步骤如下：第一步：根据合金钢件性能检测部位和具体的性能要求，预测获得要求性能部位的组织构成；第二步：结合材料的等温转变冷却曲线(TTT曲线)或连续冷却转变曲线(CCT)得到获得该组织的最小冷却速率或达到某一温度的最长冷却时间；第三步：将合金钢件沿截面从表面到中心划分为控制冷却速度区域和缓速降温区域。从合金钢件表面到要求性能部位为控制冷却速度区域，由要求性能部位到心部为缓速降温区域；第四步：确定控制冷却速度区域水-空交替的次数和每次具体的水冷时间和空冷时间。第五步：确定缓速降温区域水-空交替的次数和每次具体的水冷时间和空冷时间。

与上述文献存在的相同的问题，该专利公开的水-空交替控时淬火冷却工艺制定方法适合于有充足淬透性储备情况，例如：大尺寸高淬透性合金钢要求深层性能件和大尺寸中低淬透性合金钢要求表层性能件。而对于大尺寸中低淬透性合金钢要求性能部位在深层件，这种工艺则无法满足要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种合金钢水淬工艺的优化方法，能满足大尺寸中低淬透性合金钢要求性能部位在深层件的要求，并实现合金钢件在避免开裂的前提下提高强度和韧性的目标。

根据本发明提供一种合金钢水淬工艺的优化方法，包括：

第一步：根据合金钢件的性能要求，预测获得要求性能部位的组织构成；

第二步：借助所述合金钢件材料的等温转变冷却曲线确定获得所述组织所要冷却到的温度，即预定温度；

第三步：将所述合金钢件沿截面从表面到中心划分为快速冷却区域和依靠本体热量传热的缓慢冷却区域；其中，所述快速冷却区域为从所述合金钢件表面到要求性能部位或更深的部位；所述缓慢冷却区域为所述要求性能部位或所述更深的部位到中心；

第四步：借助数值模拟确定所述快速冷却区域降低到所述预定温度的水冷时间，并结合所述要求性能部位的返温温度和表层应力状态对所述快速冷却区域在快速冷却之前的预冷时间、所述水冷时间进行优化；所述水冷时间优化是根据对淬火冷却过程温度变化的数值模拟，分析随后的空冷过程中所述合金钢件表层的温度回升情况，以要求性能部位不超过回火温度为原则。同时依据数值模拟分析快速冷却区域在上述确定的水冷时间之前的表层应力状态，分别调整快速冷却区在快速冷却之前的预冷时间与快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，使表层的拉应力低于材料破断抗力(破断抗力是指材料淬火冷却过程中导致产生淬火裂纹的应力)或呈现压应力状态。

本发明的进一步设置为，在第四步之后还包括，第五步：反复对第四步中所述预冷时间和所述水冷时间进行优化，最后获得所述合金钢水淬的工艺，即：确定最佳的预冷时间和所述水冷时间。

如果水冷时间过长则表层的瞬时拉应力可能过大，增加了产生淬火裂纹的危险。然而如果水冷时间过短，心部热量向外传热会造成要求性能部位的温度超过所述合金钢件材料的所述回火温度或所述设定温度。

优选地，第三步中，所述快速冷却区域是指通过快速冷却获得预期的组织进而满足力学性能要求的位置到表面；所述依靠本体热量传热的缓慢冷却区域是指在空冷阶段通过内部热量向所述快速冷却区域传导热量，引起所述快速冷却区域的温度回升，使所述快速冷却区域的组织发生自回火，提高了发生所述自回火马氏体或贝氏体的韧性，同时，所述依靠本体热量传热的缓慢冷却区域发生珠光体转变，使所述合金钢件沿截面从表面到中心的应力呈现为热应力型，即所述表层为压应力，所述中心为拉应力，从而避免合金钢水淬在表层产生淬火裂纹。

优选地，第四步中，借助数值模拟确定所述快速冷却区域降低到所述预定温度的预冷时间和水冷时间，是指依据所述合金钢件材料的等温转变冷却曲线和表面换热系数，对所述合金钢件的冷却过程进行温度场、组织场和应力/应变场的数值模拟，通过模拟确定所述要求性能部位或所述更深部位达到所述预定温度的所述水冷时间。

优选地，第四步中，所述预冷时间指淬火件从加热炉转移到淬火冷却位置并开始实施水冷之前的时间；所述预冷时间最长不应超过合金钢件表面温度降低到奥氏体向珠光体转变开始温度所需时间。

优选地，第四步中，借助数值模拟确定快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，并结合要求性能部位的返温温度和表层应力状态对水冷时间进行优化，按照以下步骤执行：

S1：依据合金钢件材料的等温转变冷却曲线和表面换热系数等参数对所述合金钢件在冷却过程的温度场、组织场和应力/应变场进行数值模拟，通过模拟确定所述要求性能部位到预定温度的水冷时间，获得心部温度，通过所述心部温度得到所述要求性能部位或所述更深的部位的所述返温温度，将所述要求性能部位或所述更深的部位的所述返温温度与所述合金钢件材料的回火温度比较，所述要求性能部位的所述返温温度不超过回火温度或所述预定温度，确定所述水冷时间。

S2：确定预冷时间：预冷时间最长不应超过合金钢件表面温度降低到奥氏体向珠光体转变开始温度所需时间；确定预冷时间的原则是在不影响表层组织或性能的情况下，越长越好。同时在这个预冷时间表层所达到的温度作为步骤S1的初始温度进行步骤S1的模拟计算。

S3：根据对淬火冷却过程应力的数值模拟结果分析，在表层的应力为压应力或较低的拉应力，无产生淬火裂纹的危险；

S4：反复对上述S1-S3的水冷时间进行优化。优化的参数包括：预冷时间、水冷时间、心部温度、要求性能部位或更深部位的组织构成、要求性能部位或更深部位的返温温度和表层的应力状态；当调整预冷时间和水冷时间所获得的要求性能部位或更深部位的组织满足或好于所要求的组织，同时要实现性能部位或更深部位的返温温度低于回火温度或所述预定温度和表层的应力状态为压应力或较小的拉应力，否则重新对预冷时间和水冷时间进行调整。

优选地，所述方法中采用的淬火冷却介质为水、盐水、各类水溶性介质。

优选地，所述方法中采用的淬火冷却介质为水；冷却方式为浸水、喷水和/或喷雾。

优选地，所述方法适用于大尺寸中低淬透性合金钢要求性能部位在深层位置的淬火冷却处理；或适用于大尺寸高淬透性合金钢要求性能部位在表层位置的淬火冷却处理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

对于要求性能部位较深部位和材料淬透性富裕度有限(淬透性富裕度不足是指某部位无论多大冷却速度和多长冷却时间都不能获得预期的组织)的工件，要想在要求性能部位获得预期的性能，在冷却速度不变的情况下，只能通过一次长时间水冷实现这个目标。但是如果水冷时间过长则表层的瞬时拉应力可能过大，增加了产生淬火裂纹的危险。然而如果水冷时间过短，心部热量向外传热会造成要求性能部位的温度超过合金钢件材料的回火温度或设定温度。

对于大尺寸高淬透性合金钢要求性能部位在表层位置的淬火冷却处理，由于材料具有充裕的淬透性富裕度，如果冷却时间过长就会沿截面形成表层为马氏体和心部为贝氏体、马氏体或马氏体与贝氏体混合的组织，产生的淬火应力为组织应力型，即表层为拉应力，心部为压应力，这种应力状态极易在表面产生淬火裂纹。对于这种情况，同样需要按照步骤1-5进行工艺时间设计。

通过本合金钢水淬工艺的优化方法制定方法，即可满足材料淬透性富裕度有限的大尺寸低淬透性工件获得高的淬火冷却性能的目的，同时也可满足有充裕的淬透性富裕度的大尺寸高淬透性合金钢工件在淬火冷却过程中避免淬火裂纹的产生。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种合金钢水淬工艺的优化方法，用于处理材料为42CrMo的Ф300mm的长轴的合金钢件，采用的淬火介质为水。

第一步：确定性能检测部位和预测获得检测部位组织要求；

本实施例中合金钢件要求性能部位为沿42CrMo的Ф300mm的长轴截面距离表面30mm处，通过TTT曲线预测获得要求性能部位的组织构成为60％贝氏体和40％的珠光体+铁素体。

第二步：借助合金钢件材料的等温转变冷却曲线确定获得该组织所要冷却到的温度；

结合合金钢件材料42CrMo等温冷却转变曲线(TTT曲线)，要实现在Ф300mm长轴沿截面距离表面30mm的位置获得预期组织(即：通过TTT曲线预测获得检测部位组织要求)，需将距离表面更深的部位为40mm位置的区域冷却到420℃，即预定温度为420℃；

第三步：将合金钢件沿截面从表面到中心划分为快速冷却区域和依靠本体热量传热的缓慢冷却区域。从合金钢件表面到距离表面更深的部位为40mm的位置为快速冷却区域，由距离表面更深的部位为40mm的位置到中心部位为依靠本体热量传热的缓慢冷却区域；

快速冷却区域是通过快速冷却获得预期的组织进而满足力学性能要求；

缓慢冷却区域是通过内部热量向快速冷却区域传导，引起快速冷却区域的温度回升，使快速冷却区域的组织发生自回火，增加发生自回火马氏体或贝氏体的韧性，同时，缓慢冷却区域发生珠光体转变，使合金钢件沿截面从表面到中心的应力呈现为热应力型，即表层为压应力，中心为拉应力，从而避免合金钢水淬在表层产生淬火裂纹。

第四步：借助数值模拟确定快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，并结合要求性能部位的返温温度和表层应力状态对水冷时间进行优化。具体方法如下：

(1)依据合金钢件材料42CrMo的等温转变冷却曲线(TTT曲线)和表面换热系数等参数对42CrMo件在冷却过程的温度场、组织场和应力/应变场进行数值模拟，通过模拟确定要求性能部位到预定温度420℃温度的水冷时间为320s，此时心部温度600℃，40mm位置的返温温度＜500℃，低于该材料的回火温度(回火温度550℃)，水冷时间为320s。

(2)预冷时间最长不应超过合金钢件表面温度降低到奥氏体向珠光体转变开始温度所需时间。将预冷时间定为240s(这个时间是工件转移的最长时间)。

(3)根据对淬火冷却过程应力的数值模拟结果分析，在表层的应力为压应力，无产生淬火裂纹的危险。

(4)反复对上述(1)-(3)的水冷时间进行优化。

优化的参数包括：预冷时间、水冷时间、心部温度、要求性能部位或更深部位的组织构成、要求性能部位或更深部位的返温温度和表层的应力状态；

水冷时间优化是根据对淬火冷却过程温度变化的数值模拟，分析随后的空冷过程中合金钢件表层的温度回升情况，以要求性能部位的返温温度不超过回火温度或预定温度为原则；同时依据数值模拟分析快速冷却区域在上述水冷时间之前的表层应力状态，分别调整快速冷却区域在快速冷却之前的预冷时间与快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，使表层的拉应力数值相对较低或呈现压应力状态。当调整预冷时间和水冷时间所获得的要求性能部位或更深部位的组织满足或好于所要求的组织，同时要实现要求性能部位或更深部位的返温温度低于回火温度或预定温度和表层的应力状态为压应力或拉应力数值低于材料的破断抗力(较小的拉应力)，否则重新对预冷时间和水冷时间进行调整。

如果水冷时间过长则表层的瞬时拉应力可能过大，增加了产生淬火裂纹的危险。然而如果水冷时间过短，心部热量向外传热会造成要求性能部位的温度超过所述合金钢件材料的所述回火温度或设定温度。

第五步：最后给出合金钢水淬的工艺。即：给出预冷时间240s和水冷时间320s。

本发明工艺的应用，实现了合金钢件42CrMo的Ф300mm的长轴在避免开裂的前提下获得预期组织。

实施例2

本实施例涉及一种合金钢水淬工艺的优化方法，用于处理材料为40Cr的Ф150mm的长轴，采用的淬火介质为水。

第一步：确定性能检测部位和对检测部位组织要求；

本实施例中合金钢件要求性能部位为沿截面距离表面18mm处，通过TTT曲线预测获得要求性能部位的组织构成为70％贝氏体和30％的珠光体+铁素体。

第二步：借助合金钢件材料的等温转变冷却曲线确定获得该组织所要冷却到的温度；

结合合金钢件材料40Cr等温冷却转变曲线(TTT)，要实现在Ф180mm长轴沿截面距离表面18mm的位置获得预期组织，将距离表面更深的部位为20mm位置的区域冷却到400℃；

第三步：将合金钢件材料40Cr件沿截面从表面到中心位置划分为快速冷却区域和依靠本体热量传热的缓慢冷却区域。从40Cr件表面到距离表面20mm的位置为快速冷却区域，由距离表面20mm的位置到中心部位为依靠本体热量传热的缓慢冷却区域；

第四步：借助数值模拟确定快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，并结合要求性能部位的返温温度和表层应力状态对水冷时间进行优化。

具体方法如下：

(1)依据合金钢件40Cr材料的等温转变冷却曲线(TTT曲线)和表面换热系数等参数对40Cr件在冷却过程的温度场、组织场和应力/应变场进行数值模拟，通过模拟确定距离表面20mm位置冷却到400℃的水冷时间为280s，此时心部温度580℃，20mm位置的回升温度＜480℃，低于该材料的回火温度(回火温度550℃)，水冷时间为280s。

(2)将预冷时间定为300s(这个时间是工件转移的最长时间)。

(3)根据对淬火冷却过程应力的数值模拟结果分析，表层的残余应力为压应力，无产生淬火裂纹的危险。

(4)反复对上述(1)-(3)的水冷时间进行优化。

第五步：最后给出合金钢水淬的工艺。即：给出预冷时间300s和水冷时间280s。

本发明工艺的应用，实现了40Cr的Ф150mm的长轴的合金钢件在避免开裂的前提下获得预期组织。

实施例3

本实施例涉及一种合金钢水淬工艺的优化方法，用于处理材料为H13的厚度350mm的矩形件，淬火介质为水。这种高淬透性钢如果水冷时间过长，心部可获得全贝氏体组织，其残余应力状态为表面拉应力，心部压应力，出现淬火裂纹的风险较大。

第一步：根据合金钢件的性能要求，预测获得要求性能的组织构成；

H13属于具有高淬透性的合金钢，要求性能部位为淬火后沿截面距离表面50mm的位置处，通过TTT曲线预测获得的组织为30％马氏体和70％贝氏体。

第二步：借助合金钢件材料的等温转变冷却曲线确定获得该组织所要冷却到的温度；

结合H13等温转变冷却曲线(TTT曲线)，要实现在厚度350mm的矩形件沿截面距离表面50mm的位置获得预期组织，需要将距离表面60mm位置的区域冷却到450℃以下；

第三步：将H13件沿截面从表面到中心划分为快速冷却区域和依靠本体热量传热的缓慢冷却区域。从H13件表面到距离表面60mm的位置为快速冷却区域，由距离表面60mm的位置到中心部位为依靠本体热量传热的缓慢冷却区域；

第四步：借助数值模拟确定快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，并结合要求性能部位的返温温度和表层应力状态对水冷时间进行优化。具体方法如下：

(1)依据合金钢件材料的等温转变冷却曲线(TTT曲线)和表面换热系数等参数对合金钢件在冷却过程的温度场、组织场和应力/应变场进行数值模拟，通过模拟确定距离表面60mm部位到450℃温度的水冷时间为1000s，此时心部温度700℃，60mm位置的返温温度为605℃，该温度高于材料的回火温度(回火温度600℃)。对水冷时间进行调整，将水冷时间延长为1100s，60mm部位430℃温度，心部温度650℃，60mm位置的返温温度550℃，水冷时间为1100s。

(2)将预冷时间分别定为300s、400s、500s和600s。

(3)依据数值模拟分析快速冷却区域在上述确定的水冷时间之前的表层应力状态，分别调整快速冷却区在快速冷却之前的预冷时间与快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，确定在预冷时间为600s时表层的拉应力数值最低(低于材料的破断抗力)。

(4)反复对上述(1)-(2)的水冷时间进行优化。

第五步：最后给出合金钢水淬的工艺。即：给出预冷时间600s和水冷时间1050s(在该工艺水冷时间：距离表面60mm部位冷却到445℃，此时心部温度690℃，60mm位置的返温温度为600℃，该温度等于材料的回火温度，回火温度600℃)，同时表层的最大拉应力为350MPa(低于材料的破断抗力)，无产生开裂风险。

本发明工艺的应用，实现了H13的厚度350mm的矩形件的合金钢件在避免开裂的前提下获得预期组织。

通过以上实施例说明本发明适合大尺寸中低淬透性合金钢要求性能部位在深层件的淬火冷却处理，也适合大尺寸高淬透性合金钢要求性能部位在表层的淬火冷却处理。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：包括：

第一步：根据合金钢件的性能要求，预测获得要求性能部位的组织构成；

第二步：借助所述合金钢件材料的等温转变冷却曲线确定获得所述组织所要冷却到的温度，即预定温度；

第三步：将所述合金钢件沿截面从表面到中心划分为快速冷却区域和依靠本体热量传热的缓慢冷却区域；其中，所述快速冷却区域为从所述合金钢件表面到要求性能部位或更深的部位；所述缓慢冷却区域为所述要求性能部位或所述更深的部位到中心；

第四步：借助数值模拟确定所述快速冷却区域降低到所述预定温度的水冷时间，并结合所述要求性能部位的返温温度和表层应力状态对所述水冷时间进行优化；

根据对淬火冷却过程温度变化的数值模拟，分析随后的空冷过程中合金钢件表层的温度回升情况，以要求性能部位的返温温度不超过回火温度或预定温度为原则，确定快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间；同时，依据数值模拟分析快速冷却区域在上述确定的水冷时间之前的表层应力状态，分别调整快速冷却区域在快速冷却之前的预冷时间与快速冷却区域降低到预定温度的水冷时间，使表层的拉应力数值低于材料的破断抗力或呈现压应力状态。

2.根据权利要求1所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：所述方法在第四步之后，还包括：

第五步：反复对第四步中所述预冷时间和所述水冷时间进行优化，最后获得所述合金钢水淬的工艺，即：最佳的所述预冷时间和所述水冷时间。

3.根据权利要求1所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：第三步中，所述快速冷却区域是通过快速冷却获得预期的组织进而满足力学性能要求；所述缓慢冷却区域是通过内部热量向所述快速冷却区域传导，引起所述快速冷却区域的温度回升，使所述快速冷却区域的组织发生自回火，增加发生所述自回火马氏体或贝氏体的韧性，同时，所述缓慢冷却区域发生珠光体转变，使所述合金钢件沿截面从表面到中心的应力呈现为热应力型，即所述表层为压应力，所述中心为拉应力，从而避免合金钢水淬在表层产生淬火裂纹。

4.根据权利要求1所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：第四步中，借助数值模拟确定所述快速冷却区域降低到所述预定温度的水冷时间，是指依据所述合金钢件材料的等温转变冷却曲线和表面换热系数，对所述合金钢件的冷却过程进行温度场、组织场和应力/应变场的数值模拟，通过模拟确定所述要求性能部位或所述更深部位达到所述预定温度的所述水冷时间。

5.根据权利要求1所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：第四步中，所述预冷时间指淬火件从加热炉转移到淬火冷却位置并开始实施水冷之前的时间；所述预冷时间最长不应超过所述合金钢件表面温度降低到奥氏体向珠光体转变开始温度所需时间。

6.根据权利要求1所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：第四步中，借助数值模拟确定所述快速冷却区域降低到所述预定温度的所述水冷时间，并结合所述要求性能部位的所述返温温度和表层应力状态对所述水冷时间进行优化，按照以下步骤执行：

S1：依据合金钢件材料的等温转变冷却曲线和表面换热系数对所述合金钢件在冷却过程的温度场、组织场和应力/应变场进行数值模拟，通过模拟确定所述要求性能部位到所述预定温度的所述水冷时间，获得心部温度，通过所述心部温度得到所述要求性能部位或所述更深的部位的所述返温温度，将所述要求性能部位或所述更深的部位的所述返温温度与所述合金钢件材料的回火温度比较，所述要求性能部位的所述返温温度不超过所述回火温度或所述预定温度，确定所述水冷时间；

S2：确定预冷时间：确定预冷时间的原则是在不影响空冷过程中所述合金钢件表层组织或性能的情况下，所述预冷时间越长越好，最长不应超过所述合金钢件表面温度降低到奥氏体向珠光体转变开始温度所需时间；同时在所述预冷时间表层所达到的温度作为初始温度进行S1的模拟计算；

S3：根据对淬火冷却过程应力的数值模拟结果分析，在表层的应力为压应力或拉应力数值低于材料的破断抗力，无产生淬火裂纹的危险；

S4：反复对上述S1-S3的水冷时间进行优化；所述优化的参数包括：预冷时间、水冷时间、心部温度、要求性能部位或更深部位的组织构成、要求性能部位或更深部位的返温温度和表层的应力状态；当调整所述预冷时间和所述水冷时间所获得的要求性能部位或更深部位的组织满足或好于所要求的组织，同时要实现要求性能部位或更深部位的所述返温温度低于所述回火温度或所述预定温度和表层的应力状态为压应力或拉应力数值低于材料的破断抗力，否则重新对所述预冷时间和所述水冷时间进行调整。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：所述方法中采用的淬火冷却介质为水、盐水、各类水溶性介质。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：所述方法中采用的淬火冷却介质为水；冷却方式为浸水、喷水和/或喷雾。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的一种合金钢水淬工艺的优化方法，其特征在于：所述方法适用于大尺寸中低淬透性合金钢要求性能部位在深层位置的淬火冷却处理；或适用于大尺寸高淬透性合金钢要求性能部位在表层位置的淬火冷却处理。