淬火冷却介质选用

发布时间：2024-03-12

淬火是热处理工艺中关键的工序，它决定淬火件的内在质量及畸变。淬火冷却技术自始至终伴随着热处理技术的发展而不断地进步。

01　影响淬火冷却介质冷却性能的因素

影响淬火冷却介质冷却性能的因素很多，概括起来有如下9种。

（1）温度

淬火冷却介质的温度不同，其冷却能力也不同。水和水基淬火冷却介质随温度的升高冷却能力下降，而油、盐浴则相反，随着温度的升高，流动性好，利于散热，冷却能力提高，因此把握好具体工件的冷却温度很重要。

（2）表面张力

表面张力大小直接影响冷却速度，一般地讲表面张力小的淬火冷却介质与淬火件表面接触亲密，因而散热快，冷却能力提高。

（3）搅拌

搅拌会增大淬火冷却介质换热系数，尽早破坏蒸气膜，提高冷却速度，并使淬火件冷却均匀。

（4）热导率

热导率也称热传导系数，表征物质热传导性能的物理量，热导率越大，其冷却能力越强。

（5）比热容

淬火冷却介质的比热容越大，其冷却速度就越大。

（6）粘度

粘度表征液性流动时，液体分子间呈现出的内部摩擦力。粘度大的淬火冷却介质流动性差，不利于对流散热，其冷却能力就差，反之，粘度小者冷却效果就好。

（7）汽化热

汽化热是指单位质量的液体完全变成同温度的气体所需要的热量。水的化学稳定性很高，热容量较大，在室温为钢的8倍，水的沸点低，其汽化热随温度的升高而降低，水随温度的升高，冷却能力急剧下降，但水温升到80℃以后，其冷却能力几乎没有什么变化，淬火烈度维持在0.72左右。

（8）添加剂

加入添加剂的目的是改变冷却性能，如在水中加少量盐或碱，其冷却能力会提高数倍。水中加入聚乙烯醇，会在淬火件表面形成极薄的塑料膜，它的导热性差，降低冷却速度。水中有油、肥皂等形成的悬浊液或乳浊液，会加速蒸汽膜的形成，增加蒸汽膜的稳定性，使冷却能力降低。另外，人们为了改变淬火冷却介质的其他性能，往往有意识地加入氧化剂、光亮剂、防锈剂、防腐剂等会不同程度地影响冷却性能。添加剂的加入，一般都会收到一举多得的效果。

（9）环境

环境对冷却能力的影响往往不被人们注意，同样同温的介质，冬天、夏天的冷却效果有异，白天、晚上淬火效果各不同。

02　选择淬火冷却介质的基本原则

大量现实告诉人们，许多热处理质量事故与淬火冷却介质有关，如果选用不当或操作失误，都会造成淬火件废品。因此，用对淬火冷却介质是确保产品质量的基本条件。不管选用何种淬火冷却介质，都应该得到统一的淬火效果：

①获得高而均匀的表面硬度和足够的淬硬深度。

②不能淬裂。

③淬火畸变小。根据淬火件的热处理技术要求、材料、形状等具体情况选配相应的淬火冷却介质，归纳以下5条基本原则：

（1）根据碳含量高低

碳是一切钢中重要的元素，碳含量的高低不仅影响到钢的各种性能，同时对淬火效果也有影响。对于碳素钢，其碳含量≤0.5%（质量分数，以下同）多选盐水、碱水、有机溶剂等；对于中低合金结构钢往往采用双液淬火或冷却速度相对缓慢的介质；对于碳素工具钢，因热处理要求高而淬透性差，因此多采用碱浴、硝盐浴分级淬火，很少采用油冷。

（2）根据钢的淬透性

从钢的“C”曲线分析，淬透性差的钢要求的冷却速度要快。相反，淬透性好的钢冷却速度则慢些。根据钢的淬透性选择合适的淬火冷却介质是明智之举。

（3）根据工件的有效直径

每种钢有一个临界淬火直径，当淬火件表面冷到Ms点，立即大幅减慢介质的冷却速度，则工件内部的热量向淬火冷却介质散发的速度也大幅减慢，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。当淬火件比较厚大时，为得到足够的淬硬层深度，应选用较快的低温冷却速度。相反，工件薄小时，则可用低温冷速小的淬火冷却介质。再从允许的冷速分布曲线上看，厚大的工件允许高速冷却，薄小的工件应低速冷却。

（4）根据淬火件的复杂程度

先从允许的冷却速度分布曲线上分析，形状复杂的工件，尤其是内孔或较深凹面的工件，为减少淬火畸变及需要将内孔也淬硬时，应选用蒸汽膜阶段较短的淬火冷却介质。相反，形状相对简单的工件，则可以使用蒸汽膜阶段稍长的淬火冷却介质。再从允许的冷却速度分布曲线看，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。

（5）根据允许的变形量

淬火件要求畸变小，应当有较窄的冷却速度带，而允许的畸变量较大时，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的介质。用等温淬火或分级淬火可以缩短工件的冷却速度带。

由于工件种类繁多，热处理要求各异，淬火冷却介质层出不穷，同种工件淬不同介质也得到同值的表面硬度，因此给选择淬火冷却介质带来一定难度。本着经济、合理的原则，选择相对理想的淬火冷却介质。

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