冷却特性曲线的说明
淬火介质的冷却过程分三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾冷却阶段、对流冷却阶段（见下图所示）。用符合ISO9950标准的ivf冷却特性测试仪测出的冷却特性曲线（如下图）有几个特征值对淬火油的淬硬能力有重要影响。第一个是油蒸汽膜冷却阶段向沸腾冷却阶段转变的温度，即图中A点对应的温度，叫做（上）特征温度;第二个是出现最高冷却速度的温度，即图中B点对应的温度;第三个是最高冷却速度值，即B点对应的冷却速度值;第四个是对流开始温度，即C点对应的温度。
如何从冷却特性选用淬火介质
热处理淬火介质，用的首先是它的冷却性能。因此，在确定介质的类别后，我们主张按介质的冷却特性来选择介质的品种。比如，当我们确定应当选用快速淬火油后，具体的品种就应当根据工件特点和热处理要求从油的冷却速度分布上去选。
不管选用何种淬火介质，大致都可以按以下五条原则进行选择。
一看钢的含碳量多少── 含碳量低的钢有可能在冷却的高温阶段析出先共析铁素体，其过冷奥氏体最易发生珠光体转变的温度（即所谓"鼻尖"位置的温度）较高，马氏体起点（Ms）也较高。因此，为了使这类钢制的工件充分淬硬，所用的淬火介质应当有较短的蒸汽膜阶段，且其出现最高冷却速度的温度应当较高。相反，对含碳量较高的钢，淬火介质的蒸汽膜阶段可以更长些，出现最高冷却速度的温度也应当低些。
二看钢的淬透性高低——淬透性差的钢要求用冷却速度快的淬火介质，淬透性好的钢则可以用冷却速度慢一些的介质。通常，随着钢的淬透性提高，过冷奥氏体分解转变的“C”曲线会向右下方移动。所以，对淬透性差的钢，选用的淬火介质出现最高冷却速度的温度应当高些；而淬透性好的钢则低些。有些淬透性好的
钢过冷奥氏体容易发生贝氏体转变，要避开其贝氏体转变，也要求有足够快的低温冷却速度。
三看工件的有效厚度大小——如果工件的表面一冷到Ms点，就立即大大减慢介质的冷却速度，则工件内部的热量向淬火介质散失的速度也就立即放慢，这必然使工件表面一定深度以内的过冷奥氏体冷不到Ms点就发生非马氏体转变，其结果，淬火后工件只有很薄的马氏体层。由于这样的原因，当工件比较厚大时，为得到足够的淬硬深度，所用淬火介质应当有较快的低温冷却速度。而薄小的工件则可以选用低温冷却速度较慢的淬火介质。
四看工件的形状复杂程度——形状复杂的工件，尤其是有内孔或较深凹面的工件，为减小淬火变形或需要把内孔淬硬时，应当选用蒸汽膜阶段较短的淬火介质。这是因为，内孔或凹面内部散热较其它部位慢。工件的其它部位冷得快先进入沸腾阶段获得快冷，而内孔或凹面内仍被蒸汽膜笼罩，冷得很慢。这种冷却速度上的差异可能引起较大的淬火变形和凹面的硬度低下。解决这类问题的办法是，选用蒸汽膜阶段较短而冷却速度又较快的淬火介质。当然，适当加大内孔与凹面内的介质流动速度，也有同样的效果。相反，形状简单的工件则可以使用蒸汽膜阶段稍长的淬火介质。此外，工件的形状越复杂，冷却时的内应力就越大。据此，形状复杂的工件允许的最高冷却速度较低，而形状简单的工件允许的最高冷却速度则较高。
五看允许的变形大小——从解决变形问题的硬度差异法推知，变形要求小的，淬火冷却中必须有较窄的冷却速度带；而允许的变形较大的，可以有较宽的冷却速度带。允许的冷却速度带宽的，采用能得到其淬火硬度要求的介质，往往就能满足变形要求。允许的冷却速度带特别窄的，必须采用能大幅度缩短工件冷却速度带的淬火方法。在能缩短工件冷却速度带的方法中，最简单和有效的是做等温(或分级)的淬火。等温分级淬火介质应当具备的特性，首先是蒸汽膜阶段短，且液温变化对冷却特性的影响小；其次是较厚大的工件应当选用冷却速度快的淬火介质，而较小的工件则应当选用冷却速度较慢的介质。
生产中要处理的工件多种多样。不同工件对淬火介质冷却特性的要求可能相容，即可以用同一种淬火介质；但也可能不相容，即找不到共同适用的淬火介质。因此，企图寻找“一种理想的淬火介质，能同时适用所有不同工件的不同要求”就如同想寻找一种药物来包治百病一样是不现实的，至少当前是如此。
淬火油的使用和维护
1．整槽使用新油注意事项
在倒入新油前必须认真检查清理好淬火油槽、冷却系统和储油箱。残存的水、油泥和其它渣滓都应清理干净。如果是在旧的油槽系统中改进新油，还应当把淬火油槽中油面以上槽壁和各种框架上的油污铲除清理干净。如果原来的油渣和污泥混入新油中，不仅影响油的光亮性还可能改变油的冷却特性。因此，清理工作应当做得比使用新油槽更彻底些。
整槽注满新油之后，一般不宜马上就用于淬火。淬火油在生产、运输和倾倒过程中，总会带入少量空气。淬火油中溶解的空气和分散存在的气泡都会降低淬火油高温阶段的冷却速度；应当加以去除。气体在油中的溶解度是随油温的提高而降低的。提高油温可以降低油的粘度而有利于气泡上浮。因此，可以用提高油温的办法来去除新油中的气体。粘度低的冷油，如今禹Y15系列油一般用80℃的油温，保温循环二至三天。粘度高的油，如今禹Y35系列热油，必须把油加热到约120℃到140℃保温循环三到五天。
2．关于油的使用温度
本说明书对所有的淬火油都规定了允许和推荐的使用温度范围。在规定的范围内，可根据实际情况确定使用温度。适当提高油温可以降低油的粘度，从而使油的淬火冷却能力稍有提高。油温过高，因与工件的温差减小，又会使冷却能力有所降低。
油温高，油的氧化变质快；油温低，油的氧化变质则慢。淬火油的循环冷却系统应保持良好的状态，使能把淬火油的温度稳定在要求的范围。同时，为延长油的使用寿命，应少用过高的油温。
3．淬火油的搅动
良好的搅动可避免局部油温过高，使槽中各部分的油温趋于均匀。
搅动能提高工件和淬火油之间的相对流速，从而提高油的冷却能力。
搅动装置的设置、工件的装挂方式等，都应尽量使同批淬火的不同部位的工件都获得基本相近的油温。部分工件或工件的局部相对流速过高或过低，都会对淬火冷却的均匀性产生不利的影响。当然，和水性淬火介质相比，这种影响的程度要小很多。
4．油的污染和防范
淬火油的污染来源包括：外来的污染，如工件带入的氧化皮、冷却器渗漏而进入的水以及从外部来的其它物质；自身污染，在使用中不能自动排出而留在油中的氧化变质产物；再加上外来污染物与淬火油及其污染物发生反应后残存的产物。
内外污染物的积累会使油的颜色、透明程度、粘度、闪点、残碳和酸值等逐渐发生变化。这种变化过程就是淬火油的变质过程。在变质造成的影响中，与工件的热处理效果关系最大的是油冷却特性的变化和工件淬火后光亮性的变差。冷却特性的变化往往使相同工件的淬火硬度、淬硬深度和变形情况改变。
防止和减小外来污染、合理使用和管理好淬火油、做定期过滤都可以减缓油的变质和变质的影响。延长淬火油的使用寿命。对因变质污染较严重，以至于工件淬火硬度和变形等达不到要求的淬火油，还可以做去污处理，以清除其中大部分的
污染物，使油的冷却能力得以恢复。北京华立精细化工公司已给多家工厂做过这项去污处理，去污后油的冷却能力都得到很大提高，大大延长了油的使用寿命。
如何从冷却特性选用淬火介质
选择淬火介质，应当同时兼顾到对介质冷却特性、稳定性、可操作性、经济性和环保等方面的要求。在这些要求中，最重要的是介质的冷却特性。本文将以推理方式入手，通过分析讨论，提出一套从冷却特性选择淬火介质的可实用的原则方法。钢件淬火冷却，希望的效果有三：1．获得高而且均匀的表面硬度和足够的淬硬深度；2．不淬裂；3．淬火变形小。选好用好淬火介质是同时获得这三项效果的基本保证。当前，国内外多以国际标准方法（ISO9950）测定，并用冷却速度曲线来表征淬火介质的冷却特性。但是，对特定工件（即在钢种、形状大小和热处理要求一定）的情况下，如何从冷却特性上去选择合适的淬火介质？在生产现场，一个淬火槽中往往要淬多种不同钢种、形状、大小和热处理要求的工件。在这种情况下，如何选定它们共同适用的一种淬火液？一般的热处理车间，为满足所有工件的热处理要求，应当配备几种淬火液？──关于这类实际生产需要解决的问题，至今研究很少。有人[1、2]做过一些工作，但都提不出系统实用的原则方法。
本文以过去工作为[4、6]基础，从讨论实际生产中一些工件"油淬不硬而水淬又裂"入手，通过推理和实例分析，提出了对特定工件按冷却速度分布选择淬火介质的方法，并进而确定了能供多种工件淬火的一种淬火液的选择原则。
1 特定工件淬火的最低和最高冷却速度分布线
从普通机油和自来水的冷却速度分布（如图1）可以看出，普通机油的冷却速度慢，因而不少工件在其中淬不硬；而自来水的冷却速度又太快，以致于多数钢种不能在其中淬火。在图中，自来水和普通机油之间有一个宽广的"中间地带"，只有普通机油和自来水的工厂，时常会遇到一些工件"油淬不硬而水淬又裂"的麻烦，原因就在这里。可以推知，对于一种这样的工件，如果将机油的冷却速度提高，该工件淬火硬度也会相应提高。我们假定，当机油的冷却速度提高到图2
中带齿线水平时，该工件刚好可以得到要求的淬火硬度。无疑，冷速更高，淬火硬度还将进一步提高。我们把它叫做允许的最低冷速分布线。同时，研究表明，自来水引起淬裂和变形，是自来水冷却太快，尤其是钢件冷到其过冷奥氏体发生马氏体转变的温度范围时受到的冷却太快的缘故。
于是又可以推知，如果能降低自来水的冷却速度，尤其是在工件冷到较低的温度以后的淬火冷却速度，就可以减小工件淬裂的危险。假定自来水冷却速度降到图3中带齿线所示的水平时，该类工件便不会再淬裂了，我们把这条线叫做此工件已确定条件下允许的最高冷速分布线。
把图2和图3合在一起，可以得到该工件能同时获得前述三项淬火效果的淬火介质的冷却速度分布范围，如图4所示。图中，只要所选的淬火介质的冷却速度分布曲线能全部落入这两条曲线之间的区域内，不管是快速淬火油还是水溶性淬火液，也不管这些淬火介质的冷却速度分布有何不同，上述工件在其中淬火都可以同时获得所希望的淬硬而又不裂的效果。
从另一角度说，有两种不同的淬火介质，它们的冷却速度分布有较大的差别。比如一种冷却速度快，快到接近允许的最高冷却速度线的水平，而另一种冷却速度慢，慢到接近图中最低冷却速度线的水平。但由于二者的冷却速度的分布都在允许的区域内，因而，二者都可以选用。或者说，对上述工件淬火冷却而言，二者能同样获得满意的淬火效果。
事实上，淬火冷却过程在使钢淬硬的同时，还会使工件发生一定程度的淬火变形。传统的观念认为，淬火冷却越快，工件的淬火硬度越高，淬火变形也越大；淬火冷却慢，淬火态硬度不高，工件的淬火变形就越小。但是，实际的情况是大多数和比较大的淬火变形是由淬火冷却偏慢，工件淬火硬度不足引起的。只有少数和较小的淬火变形是淬火冷却偏快，淬火硬度偏高引起的。由于这样的原因，本文把淬火硬度高低和淬火变形大小结合起来加以考虑。本文作者在《解决淬火变形问题的新方法》[5]一文中，把钢的顶端淬火曲线改成钢的硬度-冷速曲线，如图5所示。由钢件的淬火硬度，可以从图上确定一个冷却速度值（指能获得该淬火态硬度的效果冷却速度）。根据特定工件淬火后的开裂、变形和硬度情况，图5中把冷却速度四个区，分别为过快冷速区，适度冷速区，不足冷速区和过慢冷速区，表中列出了工件获得的冷速在这些区域内的淬火效果。可以看出，只有在第II，即适度冷速区冷却，工件淬火后才能获得希望的淬火三效果。
图5 按淬火冷却速度大小将端淬曲线分成四个区
接着，该文又将已发生淬火变形，开裂以及硬度不足的工件参与淬火变形部位中冷却速度的最高值和最低值所划定的范围叫做该工件淬火时的"冷却速度带"。根据实际工件的情况和淬火方法之不同，这种冷却速度带有宽有窄。工件上各部位获得的冷却比较均匀时，其冷却速度带就比较窄；当工件上各部位获得的冷却很不均匀时，其冷却速度带就比较宽。在工件的硬度-冷速曲线上，宽的冷却速度带容易跨越不同的冷却速度区，而窄的冷却速度带则往往落入某一冷速区之内。由于冷却速度带进入第I冷速区会发生淬裂和变形，而进入第III冷速区会硬度不足且变形严重，因此，只有使工件的冷却速度带完全落入其第II冷速区，才能获得希望的淬火三效果。根据这样的道理，该文提出的解决淬火变形的方法和措施，都是使冷却速度带伸出第II区的部分完全移入第II冷速区。用上述分
析和解决淬火变形问题的方法来认识图4中划定的区域，容易看出，淬火时，进入最低冷速分布曲线以左的区域，就会出现硬度不足并发生较大的淬火变形；而若进入最大冷速分布曲线以右的区域，又会发生淬裂。于是，可以按工件的淬火效果，把图4中两条曲线分割成三个区域，从左到右分别定为第III（即不足）冷速分布区；第II（即适度）冷速分布区以及第I（即过快）冷速分布区，如图6所示。本文把这样的图线叫做工件淬火效果-冷却速度分布图线。
图6 工件的淬火效果-冷却速度分布分区图
2 两例分析及选择冷速分布的五原则
例一、某厂在进口的多用炉中对该厂生产的汽车齿轮进行渗碳淬火，开始选用的是美国某公司的一种分级淬火油。一年多以后，开始发现渗碳淬火态齿轮的淬火硬度有明显降低，同时淬火变形也增大。在排除其它因素的影响之后，发现所用的分级淬火油的冷却速度分布与该种新油有较大区别，如图7所示。和未经使用的新油相比，使用一年多（中间做正常补充）后的旧油，蒸气膜阶段变短、最高冷速增大、且出现最高冷速的温度大有提高。如果按过去较普遍的说法，图7中的旧油是符合"高温冷得快，低温冷得慢"的更理想的淬火油。但在这样的旧油中淬火效果却是变形更大，硬度偏低，不如比它"不理想"的新油。
用图6图线所示的方法来分析该厂出现的问题，又可以画出图8所示的图线：旧油在中低温阶段冷速低于新油，以至在这一阶段使其冷却速度曲线进入了第III （即不足）冷速区，所以淬火硬度偏低。北京华立精细化工公司对该厂旧油进行了改性添加，使该厂旧油的冷却速度分布的中低温阶段冷速提高，达到稍高于原用油新油的水平。生产应用表明，在经过这样改性的旧油中淬火后，齿轮的淬火硬度明显提高，变形量也小于或等于原用新油。
例二、辽宁某弹簧厂的一条生产线上发生过一次这样的问题：一向正常的生产线上，突然发生钢板淬火硬度偏低，变形增大事故。在寻找原因的那些天里，板簧淬火硬度又有降低，变形也进一步增大。当该厂意识到可能是淬火油有问题后，经检查，发现上述淬火硬度不足和变形过大的原因是淬火油冷却系统有一处管壁破裂，冷却水渗透进去并部分乳化在油中造成的。乳化进油中的水量高达4%。图9是该厂已进水的旧油和无水的新油之冷却速度对比。含水旧油的GM 时间远高于新机油，只因其蒸气膜阶段太长，在高温阶段进入了第Ⅲ冷速分布区，因而引起淬火硬度低、变形大。对该油进行除水处理后，旧油中的水被分离和排除，油的冷却能力又得到了恢复。
从以上两个例子中可以看出，评价液体淬火介质的冷却能力高低，不能简单地看它的总的冷却烈度（H ），也不能简单地看它使特定镍球从850℃冷到300℃所需的时间（GM ），而应当看供选择的淬火介质的冷速分布与工件及其钢种的关系。关于从淬火介质的冷速分布作选择的原则，本文作者曾做过探讨[4]，再归纳实际生产经验，总结出以下五项选择原则：
一看钢的含碳量多少──先从允许的最低冷却速度分布曲线上看。含碳量低的钢，因有可能析出先共析铁素体，
且它的过冷奥氏体最易发生珠光体转变的温度
（即所谓"鼻尖"位置的温度）较高，马氏体起点（Ms）也较高，为了使这类钢制的工件充分淬硬，所用的淬火介质应当有较短的蒸气膜阶段且出现最高冷速的温度应当较高。相反，对含碳量较高的钢，淬火介质的蒸气膜阶段可以更长些，出现最高冷速的温度也相应应当低些。再从允许的最高冷速曲线上看：碳含量少的钢允许的冷速高，碳含量多的钢允许的冷速低。
二看钢的淬透性高低──先从允许的最低冷速曲线看，淬透性差的钢，要求的冷却速度快；淬透性好的钢，要求的冷却速度则慢些。同时，因随着淬透性的提高，钢的"C"曲线会向右下方移动，所以对淬透性差的钢，要求介质出现最高冷却速度的温度高些；而对淬透性好的钢，要求介质出现最高冷却速度的温度低些。有些淬透性好的钢，过冷奥氏体也容易发生贝氏体转变。要避开贝氏体转变，也要求有足够快的低温冷却速度。再从允许的最高冷却速度值上看：淬透性低的钢允许的冷速较高，而淬透性高的钢允许的冷速较低。
三看工件的有效厚度──工件表面一冷到Ms点，立即大大减慢介质的冷却速度，则工件内部的热量向淬火液散失速度也大大减慢，工件表面一定深度以内的过冷奥氏体就很难冷到Ms点以下。其结果，淬火后工件只有很薄一层马氏体组织。由于这样的原因，当工件比较厚大时，为得到足够厚的淬硬层深度，所用的淬火介质应当有较快的低温冷却速度。相反，工件薄小时，则可用低温冷速较小的淬火介质。再从允许的最高冷速分布曲线上看，厚大的工件允许的冷速高，薄小的工件允许的冷速低。
四看工件形状复杂程度──先从允许的最低冷却速度分布曲线上看，形状复杂的工件，尤其是有内孔或较深凹面的工件，为减小淬火变形或需要把内孔淬硬时，应当选用蒸气膜阶段较短的淬火介质。一般说工件内孔或凹面内部散热较其它部位慢，工件其它部位冷得快，最先进入沸腾阶段而获得快冷，而内孔面尚处于蒸气膜阶段，冷却速度尚很慢。这种冷却上的差异可能引起这类工件较大的淬火变形和内孔或凹面淬火硬度低下。解决这类问题的办法是选用蒸气膜阶段较短的淬火介质。适当加大内孔部分介质的流动速度，也有同样的效果。相反，形状简单的工件，则可以使用蒸气膜阶段稍长的淬火介质。再从允许的最高冷速分布曲线看，形状复杂的工件允许的冷速低，而形状简单的工件允许的冷速高。
五看允许的变形大小──从分析解决变形问题的方法[6]推知，工件要求的变形小，淬火冷却应当有窄的冷却速度带，而允许的变形较大的，可以有宽的冷却速度带。允许的冷却速度带宽的，可以采用一般能达到淬火硬度要求的介质。在能缩短工件冷却速度带的方法中，最简单和有效的是做等温（或分级）淬火[7]。等温淬火介质应当具有的特性，首先是蒸气膜阶段短和液温变化对冷速的影响小，其次，较厚大的工件应当选用冷却速度快的介质，而较魔小的工件则可以选用冷速较慢的介质。工件种类繁多，对淬火介质的要求是多种多样的。不同工件的要求可能相容，也可能不相容。因此，寻找"一种理想的淬火介质，能同时适用所有不同的工件"的想法，如同想寻找一种药物来包治一切疾病一样，是不现实的。
3 适用于多种工件的同一淬火介质
前面的讨论已说明，任何一种特定的工件都有自己淬火冷却的最低和最高冷速分布曲线划定的第II冷速分布区。当要在同一种淬火液中淬多种不同的工件时，又如何选择它们共同适用的一种淬火介质呢？显然，要能选出一种这样的淬火介质的先决条件，是这些工件淬火冷却的第II区的"交"，即共同适用的第II区存在并且是连贯的。图10是由两种工件的第II冷速区确定它们共同适用的第II 冷速区的示意图。无疑，它们共同的第II区必然小于（等于）诸工件中最小的一个第II区。由于共同的第II区最狭小，生产现场选出共同适用的淬火介质就不容易。
事实上，由于可用的淬火介质就那么两三种，加上又没有做合理的选择，不少工件的淬火质量并不高，尤其是截面硬度分布往往达不到要求。那么，如何选择多种工件共同适用的同一种淬火介质呢？利用本文前面谈到的道理，下面将分别对淬火油和水性淬火剂加以研究，并提出它们各自适用的选择原则。
3.1 淬火用油的选择原则
淬火用油几乎都是有较高闪点的矿物油，这些油的比热约为自来水的1/2，导热率约为自来水的1/4，对流开始温度高，加上粘度远比水高，使淬火用油的冷却速度，尤其是低温阶段的冷却速度远比水低。由于这样的原因，绝大多数工件在油中淬火（包括各种快速油中）没有淬裂危险，而通常担心的是油的冷却速度较低，使较厚大的工件或淬透性稍低的钢种达不到要求的淬火硬度和淬硬深度，并因此发生较大的变形。
为此，选用淬火用油时，往往只从各种工件的最低冷却速度分布曲线去加以考虑。
图11是几种工件要求的最低冷却速度分布。显然，只有
当选定的淬火油的冷却速度分布曲线能从右边将这几种
工件的最低温度冷却速度曲线包围着，这几种工件在其
中淬火才能全部获得淬火冷却的三效果。可以推知，一
般说来，所选的油的蒸气膜阶段越短，对流开始温度越
低，且最高冷速越大，这样的油的冷却速度曲线可能从
右边包围的最低冷却速度分布曲线就越多，即适用的工
件（钢种）越多。这就是适于多种工件的淬火油的选择
原则。
3.2 水溶性淬火液的选择原则
在水（及水溶液）中淬火的主要危险是淬裂，而降低水性淬火液的"300℃冷速"则可以减小这种危险。水性淬火剂（液）的"300℃冷速"越低，防止淬裂的能力就越强，因而适用的钢种和工件就越多[5]。如果将多种工件的最高冷速分布曲线画在一起，同样可以画出它们共同的第II区的右边界线，得到的也是这样的结论。当水或水溶液液温过高时，比如通常超过60℃后，淬火冷却的蒸气膜阶段显著增长，蒸气膜相当稳定，这时用于工件淬火，冷却速度曲线容易从上方进入其第Ⅲ冷速区，从而引起淬火硬度不足和大的变形。所以，使用水性淬火液应当控制好液温，一般以平均液温不超过60℃为宜。当淬火液的品种确定后，生产中还可以通过调节淬火液浓度、液温和与工件的相对流速来改变工件淬火时的冷却速度分布，以适应生产的需要。这方面的规律和方法可参考其它有关资料。
由上述分析可知，普通机油（如32号机油）冷却能力并不高，却可适于某些类工件淬火；普通自来水冷却很快，却仍可适于另外某些类工件淬火。由于在普通机油与自来水的冷却速度分布曲线之间有很宽广的空白地带，只配备普通机油和自来水是不够的。那么，一般机械厂的热处理车间应当配备哪几种淬火液，才能满足大多数工件的淬火需要呢？根据前面的分析讨论，建议为普通热处理车间配备以下四种淬火液（槽）：
1．将普通机油换成一种快速淬火油，其冷却特性应为：淬火冷却的蒸气膜阶段短，对流开始温度低，且最高冷速大。
2．一种性能稳定、可操作性强的水溶性淬火液，其30℃液温，不搅动情况下的300℃冷速在20～30℃/s之间。
3．一种性能稳定、可操作性强的水溶性淬火液，其30℃液温，不搅动情况下的300℃冷速在50～70℃/s之间。
4．自来水
如果所处理的工件种类不太多，也可以用一种300℃冷速在30～50℃/s之间的水溶性淬火液代替2、3两种淬火液，即共配制三种淬火液（槽）。
4 结论──从冷却速度选择淬火介质的原则
通过本文的分析可以说明：
1．为什么同一种工件可以在多种不同冷却特性的淬火介质中淬火而都达到该工件的热处理
要求。
2．为什么多种不同的工件可以在同一种淬火介质中淬火而都达到各自的热处理要求。3．特定工件选择淬火介质应同时从五方面加以考虑：一看钢的碳含量多少，二看钢的淬透性高低，三看工件的有效厚度，四看工件的形状复杂程度，五看允许的变形大小。
4．对淬火用油，从冷却速度分布上看，它的蒸气膜阶段越短，对流开始温度越低，最高冷速越大，则该种油适用的钢种和工件就越多。
5．对水性淬火液，从冷却速度分布曲线上看，它的300℃冷却速度越低，则它适用的钢种和工件就越多。
参考文献：
[1]Karl-Erik Thelning．所测淬火烈度与淬火件硬度分布的关系-IFHT的任务之四．第五届国际材料热处理年会译文集，《金属热处理》编辑部选译，机械工人出版社，1988，（9）：366-368．
[2]S.O.Segerberg.Classification of quench oils:a method of comparison.Heat Treating,1989,No．12:30-33.
[3]Chartes E.Bates．ASM HandbookTM,Volume 4,Heat Treating,1990:96-98.
[4]张克俭．淬火用油的分型定级[J]．金属热处理，1992，（8）：50-53上有部分内容，全文登在北京华立精细化工公司．淬火介质的特性和用法技术，第一辑．1993，10．
[5]张克俭．水溶性淬火剂定级方法探讨[J]．金属热处理，1995，（3）：23-24．
[6]张克俭．解决淬火变形问题的新方法[J]．金属热处理，1997，（6）．该论文经修改完善后定名为"解决淬火变形问题的硬度差异法"．
[7]张克俭．解决淬火变形问题的硬度差异法．汽车齿轮，2000，（2）：16-32．
水溶性淬火剂定级方法探讨
一、水溶性淬火剂需要定级！
某弹簧厂得到一桶供免费试验的淬火剂，立即组织人员安排方案，对该厂常用钢种进行淬火试验……。两、三个月后，花费了大量的人力，留下一大堆试片，终于得出了结论："这种淬火剂在我们厂不适用"。──象这样的工作，一直在各地进行着。虽有少数工厂能选中适合的淬火剂，但总的说浪费很大，损失不小。
水溶性淬火剂类型很多，不同的类型有不同的特性，在同一类型中，不同的品种在性能上又有很大差异。当前尚没有统一的标准来指导工厂选用淬火剂。同时，不少淬火剂生产厂又不能提供正确及时的技术服务。在这种情况下，为避免上述盲目选择和试验，减少由此而造成的损失和浪费，很有必要给水溶性淬火剂建立一个简单实用而又科学的评判方法，用以对各种淬火剂品种进行定级，以利于用户工厂有针对地选择和使用。
二、用"300℃冷却速度"进行定级
作为淬火介质，自来水优于普通机油的特性是，在淬火冷却的高温阶段冷却速度相当快，因而有利于获得更高淬火硬度和更大的淬硬层深度。为什么又不能直接用自来水代替油进行淬火？原因是用自来水淬火时，钢件冷到低温阶段的冷却速度过大。研究开发水溶性淬火剂的第一指标，就是在保持或基本保持高温阶段冷得快的同时，降低水在低温阶段的冷却速度。低温阶段最有代表性的温度在
300℃附近。我们把钢件冷到300℃附近时获得的冷却速度，叫做所用淬火介质的"300℃冷却速度"。
理论和经验告诉我们，淬火介质的300℃冷却速度对多数钢件淬裂与否起着决定性的作用，由此，本文选用300℃冷却速度值来对淬火介质定级。
选用最新国际标准（ISO/DIS9950）方法测定淬火介质300℃冷却速度，作为钢件300℃冷速的参考值来进行定级。
具体做法是：
1．取待测淬火剂或配制有代表性浓度的水溶液，在液温30℃不搅动条件下，测出其300℃冷却速度；
按表1定级方法，将常见淬火介质进行定级，结果如表2：
9-12号为非水性淬火介质。在此列出相应的级别，只用以说明300℃冷却速度大小。由于它们的冷却速度分布与水溶性淬火介质有很大差异，用于淬火时淬火效果与同级别的水性淬火剂有很大不同。
三、按级别选择合适的水溶性淬火剂
选择原则和步骤：
1．含碳量高、淬透性好的钢种，应选低级别的淬火剂（或淬火液浓度）。
2．在保证不淬裂的前提下，选用级别稍高的淬火剂（或淬火液浓度）可以获得更深的淬火硬化层。
3．在适合的级别中，应选择性能稳定，使用寿命长，容易管理且价格低的品种。
4
5．首先按上述步骤和资料选定水溶性淬火剂品种，再用它进行试验。此时，试验的目的就是熟悉用法，确定生产中合适的浓度和工艺参数，而不是所选的淬火剂品种是否适用，通常也不会造成本文第一部分所述的失败结果。
四、说明
1．碳量高的中合金钢和高合金钢，以及所有可以在静置空气中冷却淬火的钢种，都不能在水溶液中淬火。
2．可以调节浓度的水溶性淬火剂，通常只列出它代表浓度上的冷却速度级别。改变浓度，还可以获得不同级别的淬火介质，比如PAG类淬火剂。PAG类属浓度可变，因而冷却特性可调的淬火介质。通常降低浓度级别提高，升高浓度级别降低。本表以15%浓度定其级别，基本上指该种淬火剂可能达到的最低级别。
3．同一种淬火剂或淬火液浓度，当液温改变后，300℃冷却速度会发生变化，变化的规律大致为：淬火液温度升高，其300℃冷却速度会降低；淬火液温度降低，其300℃冷却速度则会升高。也就是说，淬火介质的级别是随液温升高而降低，液温降低而升高的。
4．在冷却速度曲线上有很短的蒸气膜阶段，不会影响钢件的淬火冷却效果，有时还有见效淬火初期热应力型变形的作用。但是，过长的蒸气膜阶段，则会降低淬火冷却效果。优良的水溶性淬火剂不应有过长的蒸气膜阶段。
解决淬火变形问题的新方法
生产中的淬火变形一直给工厂带来大量的麻烦和巨大的损失。淬火变形的产生，从理论上说，当然与热应力和组织转变应力的影响有关，但是，在分析和解决实际工件的淬火变形时，这种理论却很难做具体应用。至今，尚没有用来分析和解决工件淬火变形问题的实用的系统方法。热处理行业期待的是能用来分析和解决实际工件淬火变形的系统而实用的方法。以此为目标，本文发展了一种以钢的端淬曲线为依托，从检测出发生变形的工件上的硬度差异入手去分析和解决工件淬火变形问题的方法，我们把它叫做"硬度差异法"，供热处理行业采用并指正。
一、本新方法的适用范围
说工件发生了淬火变形，指的是工件上某些部位发生了超过图样公差的变形。本文把工件上发生变形的部分和与之相关连的部位合称为该工件的参与淬火变形部位。参与淬火变形部位指的是工件上多个部位的总体，须根据实际工件的(变形)情况来确定。在已发生淬火变形的工件上，参与了淬火变形的不同部位的硬度可能基本相同，也可能有明显差异。硬度差异反应出这些部位的淬火转变产物(即组织)之不同。由于不同的组织有不同的比容，比容差本身及其在淬火过程中的作用必然对淬火后的变形有直接的影响。由于这样的原因，本文把最终发生了淬火变形的工件分为两类。第一类:因装炉时的冲撞，因淬火加热中工件的装挂或堆放不当，以及出炉转移到淬火介质过程中所受的外力或自重引起的变形。这类变形容易从操作方法和装挂方式入手去解决。第二类：工件参与淬火变形部位有明显或不明显的硬度差异，也可能伴有淬火开裂。在第二类情况下，引起变形的原因既有淬火冷却过程中的应力作用，也有转变产物比容差之最终的影响。
本文提出的概念和方法，仅限于用来分析和解决第二类淬火变形问题。
二、淬火变形工件的冷却速度带及减小变形的努力方向
作为本方法的基础，先引进淬火变形工件的硬度-冷速曲线、冷却速度带及其跨区等概念。
１．硬度-冷速曲线的分区及其与淬火变形的关系
图1是有代表性的顶端淬火曲线示意图。为适应本文的需要，我们将下方的横座标定为冷却速度，并按冷却速度大小和淬火态硬度分布，将端淬曲线分成四个区(如图1所示)。这样的曲线，我们把它叫作硬度-冷速曲线。
图1 按淬火冷却速度大小将端淬曲线分成四个区
在图1划出的第Ⅰ冷速区内淬火，工件可以完全淬硬，但因冷速过快，可能产生淬火变形，或可能伴有淬裂。
在第Ⅱ冷速区内淬火，冷却速度适当，工件可以充分淬硬。硬度均匀说明可能参与淬火变形部位的淬火转变产物基本相同，因此，工件淬火冷却中可能引起淬火变形的过程中的应力也不会很大。结果，最终的淬火变形也就相当小，通常能在允许的公差之内。故本文把第Ⅱ冷速区叫做小变形区。
在第Ⅲ冷速区内淬火，由于硬度-冷速曲线走势很陡，如图1所示，工件上参与变形部位之间的较小冷速差都会引起相当大的硬度变化，也即转变产物相当大的组织差和比容差。因此，在第Ⅲ冷速区淬火时，可能引起淬火变形的因素既有过程中的，也有最终的。这就是在此区淬火变形大的原因。总起来说，在此区淬火后变形大，硬度高低不均，且硬度不足。
在第Ⅳ冷速区，即过慢冷速区内淬火，工件上可能参与淬火变形部位获得的冷速很低，各部位间温差小，加上各部位都远未淬硬，最终转变产物也基本相同，故变形小。
2．工件上参与淬火变形部位的冷却速度带
变形工件上参与变形的各部位之间得到的冷却情况不同，是造成最终淬火变形的原因。实际工件是个实体，它上面参与变形部位的不同冷速必然落在硬度-冷速曲线上一定范围内。本文把这些不同冷速所达到的范围叫做该工件在所经受的淬火条件下参与变形部位的冷却速度带，以下简称为该工件的冷却速度带。工件上参与变形部位间的冷却速度相差小，它的冷却速度带就窄；相反，它的冷却速度带就宽。
冷却速度带的确定方法：
拿到一个发生了淬火变形的工件，首先找到它上面发生了淬火变形的部位，再连同其相邻或相关的部位，合而成为该工件上参与淬火变形部位。接着检查参与变形部位内外表面的硬度，并凭测出的最高和最低硬度值(HRC)在所用钢种的硬度-冷速曲线图上找到两个相应的冷却速度值，把这两个冷却速度值水平连接起来，即构成该工件的冷却速度带。举例来说，有一筒状工件，50Cr材质，经770℃加热后水淬1.5秒再转油冷。淬火后未发现淬裂，但有明显的变形:两端孔径增大，呈双头喇叭形，如图2所示。因工件形状简单，且变形牵涉面大，可以把整个工件都看成参与变形部位。检查该变形工件内外表面的硬度后发现，筒两端硬度约55HRC，而内孔中部只有35HRC。从手册上查出50Cr钢的端淬曲线，取其中线作出本工件的硬度-冷速曲线。由淬火硬度最高的端头部位(B)之55HRC找到冷速点b。再由淬火硬度最低的筒内中间部位(A)之35HRC找到冷速点a。连接a、b两点的带ab即为该工件的冷却速度带。按照相似的方法步骤，可以画出其它淬火变形零件的冷却速度带。需要说明的是，如果工件上有内孔(或凹陷部位)而且在该部位或邻近部位发生了淬火变形，则该部位就属于参与变形部位，在确定该工件的冷却速度带时，就需要将该工件的内孔或凹陷部位剖切开，测量该部位的表面硬度。
图2 由参与变形部位的最高和最低淬火态硬度值确定工件的冷却速度带
3．冷却速度带的跨区情况
实际生产中，不同工件的钢种、形状大小、热处理条件以及工艺方法有很大差异，它们的冷却速度带必然有宽有窄。当工件的冷却速度带比较窄时，可能只落入某一个冷速区，比如，只落入第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ冷速区，相应的变形情况如图1
所示。当工件的冷却速度带比较宽时，往往要跨越两个甚至两个以上的冷速区。比如，图2所举的例子，工件的冷速带就跨越Ⅱ、Ⅲ两个冷速区。又如，有一种65Mn制的大圆锯片，直径1600mm，厚8mm，在专用的槽式电阻炉中垂直悬挂加热后，直接放入有循环搅动的淬火槽中淬火，淬火液为一种聚合物水溶液，水温约25℃。淬火后工件有相当严重的翘曲变形。出槽后检查发现,圆锯片边沿齿口
部位有几处淬裂。硬度检查结果,边沿部分(B)最高硬度62HRC，而近中间部位(A)的硬度最低为30HRC。对于这样薄而大,变形严重的工件,也宜把工件之整体都看成参与变形部位。
按前述方法，如图3,确定该圆锯片的冷却速度带ab。由于该圆锯片边沿齿口处已淬裂，说明该部位已进入第Ⅰ冷速区。而在近中间部位淬火态硬度只有30HRC，未淬硬，说明该部位已进入第Ⅲ冷速区。这样,整个圆锯片就跨越了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三个冷速区。对于本例中薄而大的工件，同一次淬火冷却中跨越三个冷速区，就很容易发生严重变形。
图3 65Mn大圆锯片的冷却速度带跨越Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区
4．减小工件淬火变形的努力目标
通常，对工件淬火效果的要求是：获得高而且均匀的淬火硬度、足够的淬硬深度、不淬裂且无淬火变形。显然，按本文的分析原理和方法，只有当工件上参与变形部位的冷却速度带落入第Ⅱ冷速区，才能获得这种淬火效果。据此本文减小工件淬火变形的措施和方法，均以使工件上参与变形部位的冷却速度，即该工件的冷却速度带完全落入其第Ⅱ冷速区为努力目标。实现这个目标，就可以控制变形。以下归纳的做法都是以此为目标的措施。
5．对硬度差异法的解释
众所周知，淬火变形是钢件淬火冷却中的热应力和组织转变应力共同作用的结果。这里所说的工件的冷却速度带的宽窄，反应的正是这种共同作用的大小。共同作用力大的，其冷却速度带宽，该共同作用力就大，而冷却速度带窄的，该作用力就小。而工件的硬度-冷速图线上第II区的宽窄，反应的是该工件的变形要求。变形要求严的，第II区窄；变形要求松的，第II区宽。使工件的冷却速度
带完全落入其第II区中，也就是把该工件淬火冷却中的热应力和组织转变应力的共同作用力的大小控制在不引起超差变形的范围。硬度差异法从工件淬火态硬度差异入手去分析解决变形问题，其本质上就是通过控制这种硬度差异的大小和范围来控制工件淬火中的热应力和组织应力的复合作用大小，从而控制淬火变形。
三、减小淬火变形的改进方向
1．整体移动冷却速度带
通过整个提高或降低淬火冷却速度等措施，使工件的冷却速度带整体移入该工件的第Ⅱ冷速区。这种方法适用于工件的冷却度带比较窄，发生淬火变形的原因是其冷却速度带整个或局部落入或伸到了第Ⅰ或第Ⅲ冷速区。
当工件上有局部或全部参与变形部位淬火硬度偏低时，说明该部分淬火冷速进入了第Ⅲ冷速区。按照上面提出的解决办法，为消除这种淬火变形，可以采取提高整个工件的淬火冷却速度，适当提高淬火加热温度，以及改用淬透性更好的钢种制做该工件等措施之中的一个或几个，就可以使该工件的冷却速带发生移动并进入第Ⅱ冷速区，从而消除该淬火变形。
当工件发生变形且淬火硬度高或同时发现有淬裂，说明部分或全部参与淬火变形部位进入了该工件的第Ⅰ冷速区。解决这类变形问题的措施有降低该工件的淬火加热温度，降低整个工件的淬火冷却速度以及改用碳量及合金元素含量稍低的钢种等，目的在使工件的冷却速度带整个移入第Ⅱ冷速区。
例如，某汽车板簧厂采用13%的今禹8-20水溶液，在液温25℃时淬11×75mm
的60Si2Mn钢板，出槽后发现有高达4mm的侧弯变形和相当大的弧高变化。起初，有关人员分析认为，是淬火应力(热应力和组织转变应力)过大引起。因此,采取了降低淬火应力的方法：适当降低淬火加热温度，提高淬火液液温，并停止淬火机的摆动以减小相对流速，甚至曾一度将今禹8-20的浓度提高到15%。所有这些措施，都在降低板簧片的淬火冷却速度，都想减小淬火应力来消除淬火变形。但结果与希望相反，板簧片的变形更大且仍然无规律可循，同时，钢板的淬火硬度更低，根本不能满足热处理要求。
后来，用本文所述的方法分析该批板簧的淬火变形，发现淬火硬度不足且高低不均，大约在28～52HRC之间，其冷却速度带正好落在第Ⅲ冷速区，如图4所示。按前面提到的原则和方法，解决这一变形问题的措施就不是设法降低淬火冷却速度,而是提高淬火冷却速度，以便使该板簧片的冷却速度带整体向左移入其第Ⅱ冷速区。具体的做法是，向淬火槽中补加自来水，将今禹8-20的浓度降到10%，并在淬火过程中使淬火机不停地摆动，以便进一步提高淬火冷却速度。结果，在其它工艺方法保持不变的情况下，同批板簧片淬火后的变形(侧弯和弧高变化)极小，同时淬火硬度都在59～61HRC内，没有淬裂，完全满足了工艺要求。
图4 移动冷却速度带消除板簧片的淬火变形
2．使冷却速度带收缩进第Ⅱ冷速区
当变形工件的冷却速度带跨越两个以上冷速区时，解决淬火变形问题的办法就是使工件上参与变形部位中原来冷速过快(因而发生淬裂、变形)的部分淬火冷速降低，相当于使工件的冷却速度带伸入第Ⅰ冷速区的左端部分向右收缩，达到左端头也进入第Ⅱ冷速区；使工件上参与变形部位中硬度不足或硬度过低部位的淬火冷速提高，以使其冷却速度带向右伸出第Ⅱ区的部分向左收缩，也进入第Ⅱ冷速区。
例如，图3所示的大圆锯片，它的冷却速度带跨越Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三个冷速区，因此，采取的消除变形措施应能使其冷却速度带的两端同时向中间收缩，直至全部落入其第Ⅱ冷速区。经分析，该圆锯片外沿齿间底部发生淬裂，是在淬火冷却中该部位受到过激的水流冲刷的缘故。解决这一部分(即冷却速度带伸入第Ⅰ冷速区那一段)的淬裂变形的措施是设法使该部位不受水流冲击，可以在淬火槽中安装护板或改变淬火液循环流动的分配方式，其目标都是使原来冷却太快的外沿部分的冷却速度降低至不发淬裂的程度。而对于圆锯片上近中间部位，淬火硬度偏低说明其受到的冷却不足。分析这些部位冷速不足的原因发现，在淬火冷却过程中这些部位长期被流动缓慢的热水包围。由于锯片很大，从下至上做上升流动的热水达到锯片中间部位时液温已相当高，使圆锯片近中心部位有较长时间在蒸气膜及热水笼罩之下，加上该部位实际的有效厚度又远比边沿部位大，使这些部位得不到足够的淬火冷速，淬火硬度自然偏低。又由于上升过程中形成的热水区的液温分布相对于圆锯片是不稳定和不规律的，故淬火后圆锯片的变形大而没有规律性。解决这些部位淬火冷却速度不足的办法，是根据圆锯片在槽中的位置，安设足以使其近中间部位获得适当水流冲击来加快散热，提高冷速，使这些部位对应的冷速带右端向左收缩，直至进入第Ⅱ冷速区。由于这类大圆锯片多是专业厂生产，生产装置是专用的，通过适当的试验改进，最终实现使圆锯片的冷速带从左、从右同时收缩进第Ⅱ冷速区，从而消除淬火开裂、变形和中间部刚度不足等问题，可以收到一劳永逸的效果。关于解决这类圆锯片淬火变形、开裂问题，本文在后面还将提出另一种解决办法。
常用淬火介质分析 2006-12-30 关键字：淬火介质 1．水 水是应用最早、最广泛、最经济的淬火介质，它价廉易得、无毒、不燃烧、物理化学性能稳定、冷却能力强。通过控制水的温度、提高压力、增大流速、采用循环水、利用磁场作用等，均可以改善水的冷却特性，减少变形和开裂，获得比较理想的淬火效果。但由于这些方法需增加专门设备，且工件淬火后性能不是很稳定，所以没有能得到广泛推广应用。所以说。纯水只适合于少数含碳量不高、淬透性低且形状简单的钢件淬火之用。 2．淬火油 用于淬火的矿物油通常以精制程度较高的中性石蜡基油为基础油，它具有闪点高、粘度低、油烟少，抗氧化性与热稳定性较好，使用寿命长等优点，适合于作淬火油使用。淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形状复杂、要求淬火变形小的工件。淬火油对周围环境的污染大，淬火时容易引起火灾。 影响淬火油冷却能力的主要因素是其粘度值，在常温下低粘度油比高粘度油冷却能力大，温度升高，油的流动性增加，冷却能力有所提高。适当提高淬火油的使用温度，也能使油的冷却能力提高。 3．熔盐，熔碱 这类淬火介质的特点是在冷却过程中不发生物态变化，工件淬火主要靠对流冷却，通常在高温区域冷却速度快，在低温区域冷却速度慢，淬火性能优良，淬透力强，淬火变形小，基本无裂纹产生，但是对环境污染大，劳动条件差，耗能多，成本高，常用于形状复杂，截面尺寸变化悬殊的工件和工模具的淬火。熔盐有氯化钠，硝酸盐，亚硝酸盐等，工件在盐浴中淬火可以获得较高的硬度，而变形极小，不易开裂，通常用作等温淬火或分级淬火。其缺点是熔盐易老化，对工件有氧化及腐蚀的作用。熔碱有氢氧化钠，氢氧化钾等，它具有较大的冷却能力，工件加热时若未氧化，淬火后可获得银灰色的洁净表面，也有一定的应用。但熔碱蒸气具有腐蚀性，对皮肤有刺激作用，使用时要注意通风和采取防护措施。 4．新型淬火介质及其应用 有机聚合物淬火剂 近年来，新型淬火介质最引人注目的进展是有机聚合物淬火剂的研究和应用。这类淬火介质是将有机聚合物溶解于水中，并根据需要调整溶液的浓度和温度，配制成冷却性能能满足要求的水溶液，它在高温阶段冷却速度接近于水，在低温阶段冷却速度接近于油。其优点是无毒，无烟无臭，无腐蚀，不燃烧，抗老化，使用安全可靠，且冷却性能好，冷却速度可以调节，适用范围广，工件淬硬均匀，可明显减少变形和开裂倾向，因此，能提高工件的质量，改善工作环境和劳动条件，给工厂带来节能、环保、技术和经济效益。目前有机聚合物淬火剂在工件大批量、单一品种的热处理上用得较多，尤其对于水淬开裂，变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂比淬火油更经济、高效和节能。从提高工件质量、改善劳动条件、避免火灾和节能得角度考虑，有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向。 有机聚合物淬火剂的冷却速度受浓度，使用温度和搅拌程度3个基本参数的影响。一般来说，浓度越高，冷却速度越慢；使用温度越高，冷却速度越慢；搅拌程度越激烈，冷却速度越快。搅拌的作用很重要；1使溶液浓度均匀；2加强溶液的导热能力从而保证淬火后工
第28卷第2期2007年4月热处理技术与装备 RECHUL I J I SHU Y U ZHUANG BE I Vol .28,No .2Ap r,2007 收稿日期:2006-11-28 作者简介:张克俭(1945-),男,工学博士,主要从事淬火介质产品开发及其应用技术的研究工作 ?试验研究? 淬火介质的冷却特性曲线究竟说明了什么 张克俭 (北京华立精细化工公司 北京 102200) 摘 要:在用标准测试仪检测淬火介质冷却特性的同时,用摄像机摄录了探棒周围的状况。对比发 现,按测得的冷却特性曲线的形状划分的冷却阶段,与探棒表面实际发生的冷却情况大不相同。说明了产生这种差异的原因。通过分析和推理,得出了结论:不能从淬火介质的冷却特性曲线去划分探棒所处的冷却阶段;凭测出的冷却特性曲线不可能准确推算实际工件可能获得的冷却情况;淬火介质的冷却特性曲线只宜用在介质冷却特性的相互对比中。 关键词:淬火介质;冷却特性曲线;冷却特性检测;冷却过程计算;热处理工艺中图分类号: TG154.4 文献标识码: B 文章编号: 1673-4971(2007)02-0025-04 W ha t Cooli n g Ra te Curve of Quench i n g M ed i a I m pli es Zhang Ke 2jian (Beijing Huali Fine Che m ical Company L td .Beijing 102200,China ) Abstract:The visual phenomena occurred ar ound the quench p r obe were recorded with digital video ca 2mera during standard test of quenching media .It was found that partiti on of cooling p r ocess according t o the measured cooling rate curve is not t otally corres ponding t o what were visually observed .The reas ons of this discrepancy are discussed .It is concluded the cooling p r ocess of actual quenched parts can not be ac 2curately p redicted by merely using the measured cooling rate curves of quenching media,which are only app licable f or comparis on of characteristics of different quenching media . Key words:quenchant;cooling curve;cooling curve test;si m ulati on of quenching p r ocess;heat treat m ent technol ogy 1 淬火介质冷却特性曲线的应用情况与存在的疑问 近二十年来,淬火介质冷却特性曲线的应用给热处理行业带来了不小的技术进步。现在,淬火介质的开发研究,介质的比较和选择,热处理生产中的产品质量控制,甚至分析和解决生产中遇到的热处理质量和技术问题,都已离不开淬火介质的冷却特性曲线了。但是,这些冷却特性曲线究竟能告诉我们些什么?对这个问题,行业内已经有了基本一致 的答案。极具权威性的美国金属手册[1] 上,以及行 业内知名专家G .E .T otten 的专著[2] 上提供的解释很具代表性,如图1所示。图中阶段A 通称冷却的 蒸汽膜阶段(也称膜沸腾阶段),阶段B 通称沸腾阶段(也称泡沸腾阶段),阶段C 称为对流阶段。在蒸汽膜阶段,整个试块被蒸汽膜包围着。图中,在沸腾冷却阶段,整个试块表面都在发生沸腾。而到了对流冷却阶段,则通过对流传热使试块冷却。曲线上的点,都可以通过时间或者温度坐标找到另一曲线上的对应点。一般的书刊资料上,液态淬火介质的冷却特性曲线,不管采用什么样的检测标准,都按图1所示的方式划分冷却的阶段和解释各阶段的冷却机理。 在淬火介质的研究和评价中,通常用图1所示的
淬火介质的淬火冷却过程 1 蒸汽膜冷却阶段 当红热的工件浸入淬火介质后,淬火介质会受热发生汽化并立即在其表面形成一层蒸汽膜,这层蒸汽膜的导热率很低,工件的热量主要通过蒸汽膜的辐射和传导作用来传递出去.因此工件在该阶段冷却速度比较缓慢. 蒸汽膜阶段持续时间的长短,主要取决于淬火介质的构成成份.淬火介质具有非常短的蒸汽膜阶段是非常重要和必需的.首先可以有效避免被处理零件发生不希望的组织转变(非马氏体组织);其次,可以实现零件上不同位置的均匀冷却,能够有效降低组织转变应力,从而减少变形. 2 沸腾冷却阶段 经过一段时间,零件表面上的蒸汽膜开始破裂(蒸汽膜维持的时间主要取决于淬火介质的构成成份及被处理零件的几何形状尺寸)并迅速进入沸腾冷却阶段.此时工件与淬火介质直接接触,淬火介质在工件表面产生强烈沸腾,工件的热量被介质汽化所吸收,散热速度加快,冷却速度很快达到最大值.工件表面温度迅速下降,而后液体沸腾逐渐减弱直至工件表面温度低于液体沸点,沸腾冷却阶段结束. 3 对流冷却阶段 当淬火工件的表面温度低于介质沸点时,进入对流冷却阶段,此时工件与介质之间的散热是以对流传导方式进行.介质本身由于温度差则产生自然对流及介质与工件之间的温差产生的热传导将工件的热量带走,这一阶段的冷却速度通常比较缓慢,但是搅拌速度的大小对其有着很大的影响. 淬火液的几个重要参数 a 蒸汽膜冷却阶段的持继时间 b 沸腾冷却阶段的温度范围 c 对流冷却阶段的冷却速度及其开始的温度 最大冷却速度并不能反映出淬火介质冷却性能的优劣, 因为它只是温度-时间曲线上的最大斜率值,而非对应于TTT转变相图上C 曲线的位置(特别是鼻尖温度位置). 淬火介质具有一个短暂的蒸汽膜阶段是相当重要和必需的,因为,当零件浸入淬火介质的最初几秒钟(有些情况下甚至在一秒钟之内)温度就会降低到500~600度左右的临界温度,此时如果蒸汽膜阶段过长,非马氏体的一些软组织如珠光体,贝氏体,托氏体等就会产生.对于合金含量较高的材料,其在TTT相图上的C曲线会右移,有时淬火介质蒸汽膜阶段较长也不会影响其最终淬火冷却效果,但是,蒸汽膜阶段的缩短有助于整个工件不同位置得到均匀冷却,能够减少应力,降低淬火变形.
淬火工艺、淬火介质及实例 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 淬火工艺是将钢加热到AC3 或AC1 点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。 淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。 （1）淬火加热温度 淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是A C3+（30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1+（30～50℃）。 亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3 的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3 温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（30～50℃）这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。 过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1+（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后
除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。 过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1 温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1 太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm 或以上温度就更不合适。 在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。 强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3 的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2 等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3－（5～10℃）。采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn 钢在940℃淬火，5CrMnMo 钢在890℃淬火，20CrMnMo 钢920℃淬火，效果较好。 高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。（2）保温时间 为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定时间，既保温时间。
淬火介质冷却曲线测定数据处理 一、三种介质在20℃模拟淬火冷却曲线 1、20度水淬火冷却 温度850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 时间0.00 1.25 2.90 3.75 4.10 4.45 4.75 5.15 5.50 6.00 温度350 300 250 200 150 100 50 时间 6.55 7.25 8.25 9.70 11.60 14.90 19.95 2、20度油淬火冷却 温度850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 时间0.00 2.00 3.65 4.50 4.95 5.30 5.85 6.40 7.15 8.15 温度350 300 250 200 150 100 50 时间10.15 12.65 17.60 27.65 44.30 69.30 119.30
3、20度10%硫酸钠溶液淬火冷却 二、20℃时三种介质冷却速度特性曲线 4、20℃水，油，10%42SO Na 冷却速度特性曲线 温度 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 时间 0.00 0.30 0.50 0.70 0.88 1.08 1.30 1.54 1.82 2.14 温度 350 300 250 200 150 100 50 时间 2.52 3.02 3.70 4.70 6.36 11.36 21.36 20 ℃冷却速度特性曲线 淬火介质 温度/℃ 850 800 750 700 650 600 550 500 450 水 速度/1 -?s m 10.00 10.00 12.58 24.82 55.70 88.46 91.67 87.12 81.17 油 25.00 27.65 44.56 84.97 126.98 116.88 90.91 78.79 58.33 10%42SO Na 166.67 208.33 250.00 263.89 263.89 238.64 217.80 193.45 167.41 淬火介质 温度/℃ 400 350 300 250 200 150 100 50 水 速度/1 -?s m 66.96 55.06 41.67 31.02 20.62 12.47 7.51 5.00 油 37.50 22.50 15.05 7.54 3.99 2.50 1.50 1.00 10%42SO Na 143.91 115.79 86.76 61.76 40.06 20.06 7.50 5.00
淬火冷却介质的种类及其优缺点 ［发布人］恒鑫化工［时间］2011-3-14 20:09:11 浏览：136 次 淬火冷却介质的类型及其优缺点 烟台恒鑫化工专业生产PAG淬火液 自来水、盐水、碱水以及普通机油通常被称为传统的淬火介质；而把专门为热处理淬火冷却的需要才开发的各种专用淬火油，加上新型水性淬火剂合称为新型淬火介质。 1、自来水作为淬火介质的主要优缺点： 优点：水是应用最早、最广泛、最经济的淬火介质，它价廉易得、无毒、不燃烧、物理化学性能稳定、冷却能力强。通过控制水的温度、提高压力、增大流速、采用循环水、利用磁场作用等，均可以改善水的冷却特性，减少变形和开裂，获得比较理想的淬火效果 缺点： ①、冷却能力对水温的变化极其敏感，水温升高，使最大冷速对应的温度移向低温； ②、在碳素钢过冷奥氏体的最不稳定区（500~600℃左右），水处在蒸汽膜阶段，冷速较低，奥氏体易发生高温转变。而在马氏体转变区的冷速太大，易使工件严重变形甚至开裂； ③、水处在蒸汽膜阶段不易破泡，使工件表面淬火硬度不均匀或产生软点； ④、参入不容物或微溶杂质时，会影响其冷却能力，也会使工件产生软点。 2、盐水作为淬火介质的主要优缺点： 优点：盐水在冷却过程中不发生物态变化，工件淬火主要靠对流冷却，通常在高温区域冷却速度快，在低温区域冷却速度慢，淬火性能优良，淬透力强，淬火边形小，基本无裂纹产生 缺点：水中加入适量的盐，在500~600℃区间的冷却能力明显高于水，但在100~300℃区间冷速仍然很大，且对工件、设备有一定的腐蚀作用。 3、碱水作为淬火介质的主要缺点： 优点：盐水在冷却过程中不发生物态变化，工件淬火主要靠对流冷却，通常在高温区域冷却速度快，在低温区域冷却速度慢，淬火性能优良，淬透力强，淬火边形小，基本无裂纹产生 缺点：水中加入适量的盐，在500~600℃区间的冷却能力明显高于水，但在100~300℃区间冷速仍然很大，且对工件、设备有一定的腐蚀作用。 缺点：碱水在高温区的冷却速比盐水高，而在低温区的冷速比盐水低。但碱水的缺点依然是在100~300℃区间冷速仍然很大，并极易使工件、设备产生锈蚀。
淬火介质的冷却特性曲线究竟说明了什么 摘要：在标准测试仪检测淬火介质冷却特性的同时，用摄像机摄录了探棒四周的状况。对比发现，按测得的冷却特性曲线的外形划分的冷却阶段，与探棒表面实际发生的冷却情况大不相同。说明了产生这种差异的原因。通过分析和推理，得出了结论：不能从淬火介质的冷却特性曲线往划分探棒所处的冷却阶段；凭测出的冷却特性曲线不可能正确推算实际工件可能获得的冷却情况；淬火介质的冷却特性曲线只宜用在介质冷却特性的相互对比中。 关键词：淬火介质；冷却特性曲线；冷却特性检测；冷却过程计算；热处理工艺 一、淬火介质冷却特性曲线的应用情况与存在的疑问 近二十年来，淬火介质冷却特性曲线的应用给热处理行业带来了不小的技术进步。现在，淬火介质的开发研究，介质的比较和选择，热处理生产中的产品质量控制，甚至分析和解决生产中碰到的热处理质量和技术题目，都已离不开淬火介质的冷却特性曲线了。但是，这些冷却特性曲线究竟能告诉我们些什么对这个题目，行业内已经有了基本一致的答案。极具权威性的美国金属手册[1]上,以及行业内着名专家的专著[2]上提供的解释很具代表性，如图1所示。图中阶段A通称冷却的蒸汽膜阶段（也称膜沸腾阶段），阶段B通称沸腾阶段（也称泡沸腾阶段），阶段C称为对流阶段。在蒸汽膜阶段，整个试块被蒸汽膜包围着。在沸腾冷却阶段，整个试块表面都在发生沸腾。而到了对流冷却阶段，则通过对流传热使试块冷却。图中任一曲线上的点，都可以通过期间或者温度坐标找到另一曲线上的对应点。其它的书刊资料上，液态淬火介质的冷却特性曲线，不管采用什么样的检测标准，都按图1所示的方式划分冷却的阶段和解释各阶段的冷却机理。 在淬火介质的研究和评价中，通常用图1所示的两种曲线来表示和比较介质的冷却特性。从冷却速度曲线上，指出淬火介质的特性温度、出现最高冷却速度的温度和最高冷却速度值，以及对流开始温度。从冷却过程曲线上，通常指出从800℃冷却到400℃（或者300℃）所需的时间。有人还把冷却速度曲线上各温度对应的冷却速度值，直接或间接作为实际生产中工件在相同温度下获得的冷却速度值来加以利用。
淬火介质的知识总结的也这么全，拿走不谢！ 工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介 质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在 C 曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使Ms 点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。 常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。 水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分 稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500?600 C左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300?100C），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷 却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工 件的淬火冷却。? 盐水和碱水在水中加入适量的食 盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化
皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。 般情况下，盐水的浓度为10 ％，苛性钠水溶液的浓度 为10 %?15 %。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60 C，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。 冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。如机油、变压 器油和柴油等。机油一般采用10 号、20 号、30 号机油，油 的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度 相应提高。目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、 光亮淬火油和真空淬火油三种。高速淬火油是在高 温区冷却速度得到提高的淬火油。获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又大大减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。 光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油 中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。 另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。 真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬 火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。 盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。
先进的淬火介质及冷却技术 I 淬火介质 一、石油基淬火油 根据冷速分为常规淬火油、中速淬火油、快速淬火油，常规淬火油用于高淬透性钢的淬火冷却，而中等冷速的淬火油用于中高淬透性的钢淬火冷却，而快淬火油用于低淬透性钢。 钢中的Me 含量不仅影响到钢的淬透性，同时也因增加了相当的C 的当量，而改变了其Ms 。 /5/5/10/10eq C C Mn Mo Cr Ni =++++ 当C%变化时，Ms 也将发生变化： 0.2%～430℃；0.4%～360℃；1.0%～250℃ 另一类主要的石油基淬火油是分级淬火油，它可以被加热到（100～200℃）接近Ms 点的热油中均温以减少温差应力。它具有优异的热稳定性，（精制加高效的组合氧化剂），使用温度一般要低于其闪点50℃。 二、植物油基淬火油 石油基淬火油性能稳定，但它是不可再生的一次性资源，更是地下水的主要污染源。 而植物油淬火油基可以克服这些缺点，它有如下优点和不足。 1、优点：①容易生物降解；②低无毒性；③良好润滑性；④资源能再生；⑤供应充足；⑥闪点和燃点高。 2、缺点：①水解稳定性差；②氧化稳定性差；③表面粘附；④粘度范围窄；⑤有不同的气味；⑥价格偏高。 和矿物油的比较，植物油的稳定性差，但可利用现代添加剂技术可改善它的水解稳定性和氧化稳定性。比如好富顿公司开发的以Canola 植物油为基础油添加抗氧化剂的植物基淬火油①具有良好的抗氧化稳定性。②其降解性比石油基淬火油高5倍。③而且几乎没有蒸位膜阶段，在1300～110F 温度范围为V 冷↑（这对大多数钢而言正是要求快冷区）。④900～250F 温度范围内具有较慢的V 冷从而可减少淬火的变形。⑤闪点高达332℃（630F ）而一般石油基淬火油的闪点为177～232℃（350～450F ）燃点也比石油基的高约160℃。 三、聚合物淬火介质 它是有机聚合物和防锈添加剂，杀菌剂、消泡剂等组成水溶液，淬火时在热
淬火介质 水性淬火剂 THIF-502水性淬火剂，即常说的PAG淬火液，是目前热处理常用的水性淬火介质，浅黄色透明液体，无毒，无油烟，不燃烧，无火灾危险，使用安全，改善劳动环境。水性淬火剂广泛应用于锻钢、铸铁、铸钢及冲压件等的淬火，适用于35CrMo、42CrMo、42SiMn、40Mn、T8、65Mn等多种材质。 水溶性淬火剂 THIF-501水溶性淬火剂，即聚乙烯醇淬火剂，无色至浅黄色半透明液体，使用安全。水溶性淬火剂广泛应用于感应加热淬火冷却，多用于碳素钢、合金钢的高频、中频淬火冷却，或整体淬火，适用于Cr12、45Cr、40CrMnMo、40CrMo、45Mn2、35CrMo、42CrNi、45CMnB等材质。无机淬火剂 THIF-505无机淬火剂是高分子无机聚合物饱和溶液，可完全与水溶合，无味，不腐蚀，不易变黑变臭，不老化，抗污染性强，高温不分解。广泛应用于各类炉型加热的各类钢件(高速钢类除外)的整体浸淬、感应加热工件的整体浸淬和喷液淬火，适用于35、20、T8、20Cr、5Cr、40、50、35CrMo等材质。 快速光亮淬火油 THIF-511快速光亮淬火油是热处理常用的油性淬火介质，冷却速度快，性能保持连续稳定，工件淬火后表面光亮不黑，积碳小，淬硬层深，变形量小，工件带出消耗量小，较易清洗，金相组织、机械性能好。快速光亮淬火油广泛应用于所有钢材尤其是厚、大型工件、淬透性差的零件淬火时发挥优良淬火性。 齿轮淬火油 THIF-512齿轮淬火油具有光亮性好，异味、烟雾小，工件淬火后表面硬度高且均匀，光亮性好，
使用寿命长，易清洗。齿轮淬火油适用于中、高淬透性的小零件的光亮淬火或渗碳淬火。广泛应用于渗碳螺丝、标准件、织针、齿轮、轴承钢丸、套圈等淬火。注意不要混入水分。 超速淬火油 THIF-516超速淬火油对几乎所有钢材尤其是淬透性差的零件淬火时发挥优良的淬火性。当用空气间歇炉进行紧固件、螺丝、链条、工具等碳素钢或低合金钢小物件物品的团体淬火时。当用推杆式连续炉进行汽车、建筑机械等行走零件的渗碳淬火时。当用坑式炉进行厚、大型锻钢件淬火时。 真空淬火油 THIF-517真空淬火油由分馏范围狭窄、精制度优良的烷烃类矿物油复配各类功能助剂合成，具有馏程短，饱和蒸汽压低，抗汽化能力强。真空淬火油广泛应用于轴承钢、工模具钢、大中型航空结构钢及其钢材的真空炉加热淬火。真空淬火油的最佳使用温度40-80℃左右。 等温分级淬火油 THIF-518等温分级淬火油具极佳的氧化稳定性，生产油泥少，粘度上升低，能实现马氏体等温或分级淬火，获得足够的，均匀的表面硬度和深度，有效地控制变形。等温分级淬火油广泛应用于汽车及汽车零部件工厂的变速箱齿轮装置用渗碳连续炉油槽、间歇炉油槽、热处理专业、齿轮工厂的间歇炉油槽。 回火油 THIF-519回火油闪点高，燃点高，挥发性低，油烟小，热氧化稳定性好，不易产生油泥、油渣，使用寿命长，使用安全，不易发生火灾。对表面光亮性和硬度均匀性要求高的零件，采用回火油比普通空气炉回火，可获得更好的效果。适用于密闭式回火炉中对淬火后的零件进行回火处理，广泛应用于轴承、手表、链条等行业的回火工艺中。
淬火介质相关知识汇总 一、主要技术参数 1、冷却特性 1.1、冷却速度曲线 当前，国内外多以国际标准方法（ISO9950）测定，并用冷却速度曲线来表征淬火介质的冷却特性。但是，对特定工件（即在钢种、形状大小和热处理要求一定）的情况下，如何从冷却特性上去选择合适的淬火介质？在生产现场，一个淬火槽中往往要淬多种不同钢种、形状、大小和热处理要求的工件。在这种情况下，如何选定它们共同适用的一种淬火液？ 从普通机油和自来水的冷却速度分布（如图1）可以看出，普通机油的冷却速度慢，因而不少工件在其中淬不硬；而自来水的冷却速度又太快，以致于多数钢种不能在其中淬火。如果将机油的冷却速度提高，该工件淬火硬度也会相应提高，当机油的冷却速度提高到图2中带齿线水平时，该工件刚好可以得到要求的淬火硬度，我们把它叫做允许的最低冷速分布线。 同时，研究表明，自来水引起淬裂和变形，是自来水冷却太快，尤其是钢件冷到其过冷奥氏体发生马氏体转变的温度范围时受到的冷却太快的缘故。于是又可以推知，如果能降低自来水的冷却速度，尤其是在工件冷到较低的温度以后的淬火冷却速度，就可以减小工件淬裂的危险。假定自来水冷却速度降到图3中带齿线所示的水平时，该类工件便不会再淬裂了，我们把这条线叫做此工件已确定条件下允许的最高冷速分布线。
把图2和图3 两条曲线之间的区域内，不管是快速淬火油还是水溶性淬火液，也不管这些淬火介质的冷却速度分布有何不同，上述工件在其中淬火都可以同时获得所希望的淬硬而又不裂的效果。 1.2淬火介质的冷却过程分三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾冷却阶段、对流冷却阶段（见下图所示） 用符合ISO9950标准的ivf冷却特性测试仪测出的冷却特性曲线（如下图）有几个特征值对淬火油的淬硬能力有重要影响。 第一个是油蒸汽膜冷却阶段向沸腾冷却阶段转变的温度，即图中A点对应的温度，叫做（上）特征温度; 第二个是出现最高冷却速度的温度，即图中B点对应的温度; 第三个是最高冷却速度值，即B点对应的冷却速度值;
冷却特性曲线的说明 淬火介质的冷却过程分三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾冷却阶段、对流冷却阶段（见下图所示）。用符合ISO9950标准的ivf冷却特性测试仪测出的冷却特性曲线（如下图）有几个特征值对淬火油的淬硬能力有重要影响。第一个是油蒸汽膜冷却阶段向沸腾冷却阶段转变的温度，即图中A点对应的温度，叫做（上）特征温度;第二个是出现最高冷却速度的温度，即图中B点对应的温度;第三个是最高冷却速度值，即B点对应的冷却速度值;第四个是对流开始温度，即C点对应的温度。 如何从冷却特性选用淬火介质 热处理淬火介质，用的首先是它的冷却性能。因此，在确定介质的类别后，我们主张按介质的冷却特性来选择介质的品种。比如，当我们确定应当选用快速淬火油后，具体的品种就应当根据工件特点和热处理要求从油的冷却速度分布上去选。 不管选用何种淬火介质，大致都可以按以下五条原则进行选择。 一看钢的含碳量多少── 含碳量低的钢有可能在冷却的高温阶段析出先共析铁素体，其过冷奥氏体最易发生珠光体转变的温度（即所谓"鼻尖"位置的温度）较高，马氏体起点（Ms）也较高。因此，为了使这类钢制的工件充分淬硬，所用的淬火介质应当有较短的蒸汽膜阶段，且其出现最高冷却速度的温度应当较高。相反，对含碳量较高的钢，淬火介质的蒸汽膜阶段可以更长些，出现最高冷却速度的温度也应当低些。 二看钢的淬透性高低——淬透性差的钢要求用冷却速度快的淬火介质，淬透性好的钢则可以用冷却速度慢一些的介质。通常，随着钢的淬透性提高，过冷奥氏体分解转变的“C”曲线会向右下方移动。所以，对淬透性差的钢，选用的淬火介质出现最高冷却速度的温度应当高些；而淬透性好的钢则低些。有些淬透性好的
不同淬火介质对零件表面处理的影响 摘要:淬火介质是热处理工艺中不可或缺的技术因素。不同的淬火介质在使用的过程中因其不同的物理和化学特性,会导致零件各种性能的改变,主要影响零件的金相组织改变、表面的开裂和变形等。在淬火介质的选用过程中,应当从介质特性和零件特性两方面共同考量,以保证零件表面淬火后的完整和硬度要求。 关键词:淬火介质介质特性淬火介质实验 一、常用淬火介质的分类和选用要求 1、淬火介质的分类 经过长期的研制和实践,很多种材料别利用成为了淬火介质。目前金属热处理行业使用的主要淬火介质有以下几类:1)水;2)盐水;3)熔盐;4)植物油;5)矿物油:其中有掺和油、快速油、超速油、热油、光亮油等等。这些淬火介质有着不同的物理和化学特性,在使用中应根据不同的材料而选定。 2、淬火介质的选用要求 1)对淬火介质最重要的要求是淬火能力和冷却能力,淬火介质的冷却能力是保证零件可以按照大于临界淬火冷却速度来实现冷却,在零件的尺寸一定的时候,冷却的速度越快,就可能获得更大的淬硬深度。但是如果冷却速度够快就会导致零件的截面温差,这就导致了组织应力的增大,这样就导致了零件的表面开裂。所以淬火介质的选取条件是冷却速度应当适合不同的零件。 2)在淬火介质的选取时,应当要注意适用范围足够广泛,可以满足企业加工零件材质的基本要求,不需要进行频繁的更换介质类型。而且要结合零件的尺寸来减小淬火的变形和开裂的倾向。另外,要保证不变质、不腐蚀、不粘接零件。 二、主要的淬火介质特性 1、水 水是最常见的淬火介质,常用的温度是15-30度,根据需要也会使用50-80度的水。水的特性是,在淬火的过程中介质与零件表面接触的一层由于水的沸点原因,总是加热到100度,产生蒸发,这时如果冷却的应力分布不均就会产生裂纹。具体的特性是:1)在淬火的整个过程中温度的范围可以满足从800度-室温的冷却工艺。2)淬火过程中在不同的温度区间冷却的效果是不均匀的,即在800-400度、400-100度、100-室温,这几个区间内冷却速度有着明显的差别。3)水的冷却能力水温度的变化而剧烈改变这是水介质的一个主要的缺陷,所以在目前的使用过程中,一般都采用往水中加入少量化学制剂来改变水的冷却能力。其中,降低蒸汽膜稳定性的无机盐可以使水的冷却疏导提高,提高蒸汽膜稳定性的物质主要是各种
淬火加热温度的选择：对于亚共析钢采用Ac3+30~50°，对于共析钢和过共析钢采用Ac1+20~40°。 对于亚共析钢如果淬火温度过高，奥氏体晶粒就会粗大，淬火后严重影响和降低塑性和韧性，如果淬火温度过低，奥氏体化就会不完全，淬火后会有铁素体，导致淬火硬度不够，强度降低。 对于共析钢和过共析钢，淬火温度高了，同样奥氏体晶粒就会粗大，同时碳化物溶入奥氏体过多，淬火后容易变形开裂，同时严重降低硬度和强度，如果温度低了，碳化物溶入奥氏体过少，大部分碳化物保留下来，淬火后也容易变形开裂，奥氏体化后奥氏体含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后马氏体硬度不够，强度降低。 (1)低温回火 工件在150~250℃进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。 力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 (2)中温回火 工件在350～500 ℃之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火屈氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。 (3)高温回火 工件在500℃以上进行的回火。 目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。 力学性能：200～350HBS，较好的综合力学性能。 应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。
工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使Ms点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。 常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。 ● 水 水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。 ● 盐水和碱水 在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。 一般情况下，盐水的浓度为10％，苛性钠水溶液的浓度为10％～15％。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。 ● 油 冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。 目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。
热处理工艺-淬火 淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。 淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。 （1）淬火加热温度 淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3 （30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1 （30～50℃）。 亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3 （30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。 过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1 （30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。 过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm或以上温度就更不合适。 在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。
影响淬火介质冷却能力的因素 1.汽化热和蒸汽压：汽化热是单位质量的液体完全变成同温度气体所需要的热量。水的化 学稳定性很高，热容量较大，在室温时，为钢的8倍，水的沸点低，其汽化热随温度升高而降低，水随温度升高，冷却能力急剧下降。 2.比热容：介质比热容而终略小的越大，冷却能力超强。 3.热导率：介质的热志率十七大，冷却超强。 4.表面张力：表面张力小的介质与工件表面接触得好，因而散热性能好。 5.粘度：液体的粘度是液体流动时，液体分子间呈现出的内部摩擦力。粘度大的淬冷介质， 流动性差，不利于对流散热，其冷却能力差。但温度升高，流动性大，冷却能力强。6.添加剂：添加剂可以降低蒸汽膜的稳定性，如溶入水中的盐和碱可以改变消失物理特性， 水急剧激化时，盐碱微粒沉积工件表面，成为气泡核心，又使气膜提前开裂；水中加入聚乙烯醇，在工件表面形成极薄的塑料膜，它的导热性差，降低工件冷却速度。水中有油、肥皂形成悬浊液或乳浊液，会加速蒸汽民膜形成，增加蒸汽膜稳定性，使水冷却降低。另外，为了改变淬火介质的其他性能加入抗氧化剂，光亮剂，防锈剂，防腐剂等会影响介质的冷却能力。 7.搅动或介质流动，搅动会增大液体的热系数，尽早破坏蒸汽膜，提高冷速，并使工件冷 却均匀。最好采用介质流动和工件运动配合使用的冷却方法。用喷射介质的冷却方法，可使冷却“H”值提高4倍，因为喷射水冷不存在蒸汽膜阶段，工件冷却靠水的快速汽化来进行，使冷却显著提高。感应加热淬火常用喷射液体冷却的喷液淬火法，既提高硬度又可防止变形开裂。 8.温度：水和水为基的介质随温度升高冷却下降，油与水相反，随温度升高，流动性变 好，利于散热，提高冷却能力，粘度大的油更明显。 综上所述，最理想的淬火介质是汽化热小，液体与蒸汽的密度比大，液体的热导率大和表面张力小。
淬火介质、淬火加热温度及冷却方法介绍 淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。 淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。 （1）淬火加热温度 淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3+（30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1+（30～50℃）。 亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。 过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1+（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。 过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。