影响淬火介质冷却能力的因素
淬火冷却介质及其应用技术漫谈
淬火冷却介质及其应用技术漫谈1 前言十几年来，本文作者一直工作在淬火介质及其应用技术领域。
下面介绍的是作者多年工作的一些体会、经验和部分工作成果。
首先谈谈冷却介质在淬火冷却技术领域中的地位和作用。
接着，介绍淬火介质主要品种的特点、用途和根据情况和需要选择淬火介质的原则方法，以及介质的使用维护知识和经验。
最后介绍分析和解决淬火变形问题的三要素和硬度差异法。
2 冷却介质是冷却技术的龙头和中心冷却是热处理生产的重要组成部分。
热处理的冷却包括要求缓慢冷却的退火，以空冷为主的正火，以及通过快冷来获得马氏体组织的淬火等。
其中，淬火冷却要求高、技术难度大，一直是热处理生产关注的重点。
当前，绝大多数工件的淬火都是在水性淬火介质或油中进行的，因此本文重点讨论通用型的水性和油性介质。
众所周知，如果钢件淬火冷却速度过慢，就不能获得要求的淬火硬度和淬硬层深度；而冷却速度过快，又可能引起淬裂和过深的淬硬层。
同时，淬火冷却速度过快或冷却速度不足，都可能引起工件的超差变形。
不仅如此，冷却过程中，工件的形状越复杂，不同部位温度差就越大，要得到不淬裂和没有超差变形就越难。
淬火冷却技术的第一步是选择适合的淬火介质。
一般说，合适的标准首先是在单件淬火条件下能满足热处理要求。
仅仅作单件淬火时，淬火冷却的不均匀性主要表现在同一个工件上。
通常采取选择合适的淬火介质，加上适当的淬火操作方式，特别是手工操作方式，来解决单件淬火的均匀性问题。
现1代的热处理生产则以大量、连续，以及长期不断生产为特点。
相应地，淬火冷却的不均匀性也就增加到四个方面。
第一，同一工件不同部位在淬火冷却上的差异，这是单件淬火就存在的问题。
第二，同批淬火的工件，因放置的部位不同，冷却环境不尽相同所引起的不均匀性。
第三，不同批次淬火的工件，因淬火介质的温度和相对流速变化等原因引起的不均匀性。
第四，长期生产中，因介质受污染，加上淬火介质本身的变化，所引起的不同时期的淬火效果上的差异。
金属材料热处理后的冷却工艺【详解】精选全文
可编辑修改精选全文完整版热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，改变材料表面或内部的化学成分与组织，获得所需性能的一种金属热加工工艺。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。
淬火冷却技术是指金属材料与构件被加热到某一温度后，按预定的方式和速率冷却，以获得预期的组织与性能的技术，包括淬火工艺及工艺优化、淬火介质及其性能评定、淬火装置、冷却过程及其参数控制、冷却过程模拟及性能预报、淬火畸变、开裂及残余应力控制。
淬火冷却属于热处理的基础工艺。
随着技术的进步，在淬火介质评价、淬火冷却过程机理研究、过程模拟和控制冷却等领域取得了大量的研究成果。
但是由于淬火冷却过程十分复杂，存在的换热介质复杂变化不均匀的流场与温度场的影响和构件本身冶金成分分布不均匀的影响等等边界条件和构件本身不均匀性的影响，加大了对原本十分复杂的构件内部在瞬间发生的三场( 温度场、组织场、应力/应变场) 交互作用的研究的难度。
加之目前的检测手段制约和对冶金机理认识的欠缺，而使其研究和控制水平远远滞后于热处理的加热过程，与目前飞速发展的现代科学技术相比更是相形见绌。
淬火冷却工序比较突出的问题有如下几方面：1) 工艺制定方面在企业，淬火工艺单通常是具有详细的加热规程，而淬火冷却规程往往是非常简单的几个字，如：水淬、油淬、聚合物介质淬火。
执行这种简单的淬火冷却规程，不同的操作人员或相同人员不同炉次的操作，其淬火件的力学性能、应力状态、畸变量等会有很大的差异。
2) 流速、温度、浓度综合影响下的介质冷却能力评价方面对淬火介质冷却能力的测量是评价介质冷却能力的一个重要方面。
虽然国际标准化组织于1995 年推出了ISO 9950 国际标准，但是其测量结果仍局限于介质之间的定性比较，其应用受到局限。
3) 工艺执行、记录方面目前国内外绝大多数的淬火槽都没有配置对介质搅拌状态、介质温度变化、淬火开始时间和结束时间的实时控制、采集和记录的设备，这些功能应该是实现产品处理过程的可控性和可追溯的基础，这些基础问题不解决将无法实现对淬火冷却过程的闭环控制。
调质钢力学性能的十种影响因素
机械制造中有大量的轴、连杆、螺栓等受力结构件，要求有良好的综合力学性能，主要指标有：σb、σs、δ、αk、ψ和HRc六种。
选用中碳结构钢和合金结构钢制造，经调质处理达到设计技术条件。
淬火与高温回火工艺的选择通常查回火性能曲线确定。
但在实际生产中会出现力学性能合格和部分合格现象，影响因素有十种，必须采用相应对策。
1.钢串化学成分对力学性能的影响生产中常出现同一牌号钢在同一工艺条件下处理，有的产品性能合格，有的却不合格。
经化学成分检验发现，同一钢号有的元素含量为上限，尤其是钢中C含量为上限；而有的元素含量为下限，尤其钢中C含量为下限。
这是由于不同炉批炼钢所致。
因此，钢材入库时应严格按不同熔炼炉批号批次号分开堆放。
使用时应重新化验钢材的化学成分，按其上、下限数据修订热处理工艺参数，并提高控温仪表精度等级，确保力学性能合格。
2.钢中杂质元素对冲击韧度（αk值）的影响一些厂矿只注重有益元素检测，而忽略有害微量元素测定（因后者化验较复杂，要有特殊设备才能对有害微量元素进行测定）。
如某厂生产一批40Cr钢制高强度螺栓，经调质处理，αk值总是上不去，最后发现是因钢中有害杂质元素P含量较高所致。
下表为40Cr钢中P含量对αk值的影响。
钢在加热时，P易偏聚在奥氏体晶界，使晶界结合力急剧降低，引起晶界脆化。
当钢中P含量≥0.02％时，αk值大幅度降低，导致产品早期脆性断裂，甚至发生事故。
国内钢厂众多，因设备和冶炼技术等原因，相同钢号中P含量高低不一，有的大大超过国标。
生产单位应根据产品性能需要，严格把关，控制钢中P含量≤0.02％，确保αk值合格。
3.原材料组织缺陷对力学性能的影响钢液在凝固结晶时，化学成分严重偏析产生粗大奥氏体和铁素体晶粒及块、网状组织。
钢锭轧制时这些组织沿轧制方向形成带状组织，力学性能有明显的方向性，纵向性能大大高于横向性能，δ、ψ和αk值等横向性能急剧降低。
面带状组织很稳定，热处理无法消除。
只有对原材料进行改锻，经过双十字型2～3次镦拔才可击碎带状组织，使之≤3级。
淬火炉冷却速度
淬火炉冷却速度
淬火炉冷却速度是影响金属材料性能的关键因素之一。
通常，冷却速度越快，材料的硬度和强度越高，但同时也可能导致内部应力增加，甚至产生裂纹。
在实际操作中，需要根据工件的材质、形状和所需性能来调整淬火介质的温度、流量等参数，以控制冷却速度。
对于一些特殊材料或复杂形状的工件，还可以采用等温淬火、分级淬火等工艺来确保工件的性能和尺寸稳定性。
为了提高淬火炉的冷却速度和效果，还需要注意淬火介质的选择和更换。
常用的淬火介质包括水、油、盐水等，其中水具有较好的冷却能力，但容易产生蒸汽膜，降低冷却效率；油的冷却能力相对较差，但可以减少工件的变形和开裂倾向；盐水则兼具冷却能力和减少变形的优点，常用于高强度钢的淬火。
铅浴淬火介质 冷却速度
铅浴淬火是将钢件奥氏体化后，进入熔铅中进行淬火冷却完成组织转变的过程，最终组织为细珠光体。
这种工艺主要应用于制造中碳钢及高碳钢的钢丝工艺中，目的是获得适当的组织以便容易拉拔及获得高质量。
对于冷却速度，由于铅浴的浴温越低，其冷却速度越大。
但铅浴会挥发出有毒气体，对人体毒性较大，故正逐渐被碱浴或硝盐所代替。
这类金属浴淬火剂还有锡铅合金浴等，主要适用于形状复杂工件的微变形淬火冷却。
总的来说，使用铅浴淬火介质进行冷却时，冷却速度会受到温度的影响，且冷却速度较快。
同时，由于铅浴的毒性，现在正在逐渐被其他淬火介质替代。
如需更多与铅浴淬火介质有关的信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关书籍。
淬火介质相关知识汇总(☆☆☆☆☆)
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。
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;第四个是对流开始温度，即C点对应的温度。
马氏体不锈钢热处理淬火
马氏体不锈钢热处理淬火简介马氏体不锈钢是一种通过热处理淬火获得的高强度不锈钢。
由于其出色的耐腐蚀性能和良好的可加工性，马氏体不锈钢在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域广泛应用。
本文将深入探讨马氏体不锈钢的热处理淬火过程及其影响因素。
热处理淬火的原理热处理是通过控制材料的组织和性能来改变材料的加工性能和使用性能。
淬火是其中一种重要的热处理方法之一。
马氏体不锈钢热处理淬火的原理如下：1.加热：将马氏体不锈钢加热至适当的温度，通常在900°C到1050°C之间。
这样可以使材料中的奥氏体晶体结构转变为奥氏体加马氏体的组织结构。
2.保温：在加热的温度下保持一段时间，以确保奥氏体转变为均匀的奥氏体加马氏体。
3.冷却：迅速将材料从加热温度冷却至室温，通常采用水或油冷却。
这种迅速冷却的过程使马氏体得以保留，从而提高了材料的硬度和强度。
热处理淬火的影响因素马氏体不锈钢的热处理淬火过程中，有多个因素会对材料的组织和性能产生影响。
以下是影响因素的详细讨论：温度热处理淬火的温度对马氏体不锈钢的相变和淬火效果具有重要影响。
较高的温度可以提高材料的形变能力和可塑性，但过高的温度可能导致晶粒的长大和材料的软化。
因此，选择适当的加热温度是确保良好淬火效果的关键。
保温时间是指材料在加热温度下保持的时间。
较长的保温时间可以促进奥氏体加马氏体转变的充分进行，确保得到均匀的组织结构。
然而，过长的保温时间可能导致晶粒的长大和材料的软化，因此需要根据具体情况选择适当的保温时间。
冷却速率冷却速率是热处理淬火中另一个重要的影响因素。
快速的冷却速率能够有效地保留马氏体，提高材料的硬度和强度。
水冷却和油冷却是常用的冷却介质，其冷却速率各有特点。
水冷却能够提供更快的冷却速率，但可能会引起材料的变形和裂纹。
油冷却则相对较缓慢，冷却效果较温和。
因此，需要根据具体要求选择适当的冷却速率。
加热速率加热速率指材料从室温升温至加热温度的速率。
水作为淬火介质的缺点及克服方法
水作为淬火介质的缺点及克服方法Water as a quenching medium to overcome the shortcomings and methods摘要：水的冷却特性很不理想，很容易造成淬火工件的变形或开裂。
此外，水温对水的冷却特性影响很大，但是，水因其成本低等原因，仍然是广泛采用的淬火介质之一。
所以有必要讨论水作为淬火介质的缺点和解决方法。
关键词：自来水开裂变形克服方法1水作为淬火介质的缺点多数工件用自来水淬火会开裂，淬裂的原因是众所周知的：自来水的低温冷却速度太快。
这是自来水的一大缺点。
用水作冷却介质，还遇到另外的问题。
例如，多个工件采取比较密集的方式同时入水时，淬火后会有显著的硬度差异。
又如，工件上有较深的内孔、工件为大薄片状、以及形状复杂时，水淬后往往出现严重的硬度不均和较大的淬火畸变。
同样的情况，在油中淬火时，则不会发生这样严重的问题。
引起这些问题的原因是，水的冷却特性对水温变化太敏感。
图1a是温度对自来水冷却特性的影响曲线。
容易推知，当单个工件在自来水中淬火时，由于形状或所处位置的原因，工件不同部位的表面接触的水温是不同的：工件上的凹进部分接触的水温高，而突出部分接触的水温则相对要低些。
位于下面部分接触的水温较低，上面部位接触的水温较高。
当多个工件以比较密集装挂的方式同时入水时，位于外面的工件接触的水温较低，而内部的工件接触的水温则较高。
再加上同一工件朝外的面接触的水温较低，朝里的面接触水温则较高。
不同的水温对应不同的冷却特性，其结果就引起了上述种种问题。
图1b 为温度对油的冷却特性的影响曲线。
由图1的对比，可以看出水温对冷却特性的影响是很大的。
我们把冷却特性对液温变化太敏感列为自来水的第二大缺点。
有机聚合物水溶液，比如PAG淬火液、聚乙烯醇水溶液等也都有相同的缺点。
图1c为不同液温的10％硫酸钠水溶液的冷却特性曲线。
由图1c可见，10％的无机盐（或碱）溶入水中，可以大大减小冷却特性对水温的敏感性程度。
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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。