淺議淬火冷卻介質在淬火工藝中的重要性

秦征平

（本溪鋼鐵集團機械制造有限責任公司本溪第一機修廠，遼寧 本溪 117000）

每一種鋼材都有自己的等溫冷卻曲線又叫C（TTT）曲線，根據(jù)碳鋼的C曲線可知，在這種情況下如果要避免有非馬氏體轉變的情況發(fā)生，就必須從C曲線“鼻尖”附近入手進行相映的快冷工作，這一部分的工作需要溫度在500℃～600℃進行，如果體溫在700℃以上以及400℃以下則不需要進行這一部分的工作。而Ms線附近如果有馬氏體轉變的情況發(fā)生時，如果進行快冷工作，那么整體將會發(fā)生變形以及開裂等狀況。

我國的熱處理行業(yè)大部分都有“重冷清熱”的現(xiàn)象，也就是對工件的加工技術比較重視而忽略淬火冷卻技術，而實際的淬火冷卻工作與整體的理論研究往往不處于一個水平線上，使得整個淬火冷卻技術無法得到進一步的發(fā)展，這也是我國熱處理行業(yè)在實際工作過程中所存在的一項重大問題。

1 淬火介質的分類及特性

通過從冷卻特性上進行分析，可以把淬火介質分為兩大類，一類是沒有淬火變化的淬火介質，而另一種則有淬火變化的淬火介質。在實際進行工作的過程中所使用到的淬火介質還不止如此，它具有多種多樣的特點，從液體上便可以分為淬火油、水、熔巖、有機聚合物水溶液、溶堿、五級物水溶液等，而從氣體上又可分為液化氣、壓縮空氣以及空氣等，從固體上又可以分為幾種不同的類型。而其中在淬火過程中，可以發(fā)生物態(tài)變化的有無機物水溶液、水、淬火油以及有機聚合物水溶液等，而我們也把可以發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質稱為有物態(tài)變化的淬火介質，而像一些氣體、金屬板等等由于他們在淬火的過程中沒有發(fā)生相應的物態(tài)變化，所以我們把他們稱為沒有物態(tài)變化的淬火介質。

在對工件進行淬火工作的過程中，主要是為了能夠將整個表面的硬度以及深度達到一定的要求，保證相映的裂紋以及變形情況能夠在淬火的過程中得到消除。所以，整個淬火介質要能夠達到緩解整體工件變形以及裂紋，在高溫區(qū)域（700℃以上）冷卻較緩慢地進行，以減少工件的熱應力。在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的中溫區(qū)域（500℃～600℃），即“C曲線鼻尖處”（見圖1），要快速冷卻，避免奧氏體發(fā)生非馬氏體型轉變；在過冷奧氏體較穩(wěn)定的低溫區(qū)域（300℃以下）緩慢冷卻，使工件在緩冷條件下通過奧氏體向馬氏體的轉變區(qū)，減少由于組織轉變造成的開裂。

圖1 熱處理淬火介質選擇的原則

鋼的奧氏體冷卻轉變曲線對冷卻速度也有著一定的影響，因此相映的淬火冷卻介質也要達到這種要求，才能夠降低有工件變形和開裂情況產生的幾率。除此之外，在實際使用過程中，也要保證淬火冷卻介質處于穩(wěn)定、易控制，而不易出現(xiàn)變質、老化等問題的一種狀態(tài)。同時在進行工件侵入的過程中，也要思考周邊的工作環(huán)境，避免有大量煙霧以及有害氣體的產生而損害相應工作人員的身體健康。

在選擇淬火介質的過程中，要根據(jù)實際工件含碳量以及含金元素多少、厚度以及形狀等因素上進行有效的分析，查看淬火介質冷卻特性是否會給整個工件帶來質量上的影響，從這幾個方面綜合考慮才能夠保證整個淬火介質能夠發(fā)揮出其最好的效果。為了能夠使整體的淬火效果得到提升，也可以從淬火冷卻方法以及工藝參數(shù)上進行調整與改進來達到。比如，通過給淬火介質實施壓力就可以保證整體工件的冷卻均勻性得到有效的提升。

2 常用淬火介質的優(yōu)缺點

2.1 沒有物態(tài)變化的淬火介質

容顏和融化金屬都屬于沒有變化的淬火介質，在實際進行淬火的過程中不會出現(xiàn)帶走熱量的情況發(fā)生。這種介質處于高溫區(qū)域時，一般都有著較快的冷卻速度，但相反一旦處于低溫區(qū)域，整體的冷卻速度便會得到大大的降低，但在整體的淬火過程不會導致工件上出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，但是這種淬火介質在工作的過程中，給環(huán)境所帶來的污染是非常大的。同時也會花費較大成本，所以這種淬火介質往往會用在具有變化懸殊的工件上。硝酸鹽以及亞硝酸鹽等都屬于熔鹽一種，它也具有著一定的優(yōu)缺點，在實際進行淬火工作的過程中出現(xiàn)開裂以及變形的幾率是非常小的。但是容顏自身的易老化特點會對整個工件產生一定的腐蝕影響。此外，由于熔鹽自身冷卻能力就是非常強大的。所以在這種情況下進行退火工作就極其容易使工件的表面形成一種銀白色的物質，而融堿蒸汽自身具有一定的腐蝕性，因此在實際進行使用的過程中，一定要根據(jù)這一特點做出相應的防護。

2.2 有物態(tài)變化的淬火介質

工件在淬火介質中的冷卻過程受許多外界因素影響，如工件的加熱狀態(tài)；材料的導熱性；表面及其他外界條件對工件表面熱量傳遞的影響；淬火液在常溫、常壓、靜止狀態(tài)下的熱交換能力；淬火液的攪拌、流動；溫度和壓力在非標準狀態(tài)下熱交換能力的變化等。

下面是常用淬火介質的冷卻特性：

2.2.1 鹽水及堿水

通過在水中加入約10%的氯化鈉這種工作可以有效的改善整體水的冷卻特性，在整體的冷卻溫度得到有效提高的情況下，自身的冷卻能力也可以得到提升，而水與鹽或堿水溶液的細水氣體能力相比是非常先進的，所以在實際進行淬火冷卻的過程中，也不會使表面出現(xiàn)軟點的情況發(fā)生。在這種情況下，碳鋼以及低合金結構的鋼工件就可以運用鹽水來進行相應的淬火工作，但在實際完成淬火工作之后需要對工件進行清洗以及防銹處理工作。

2.2.2 淬火油

礦物油如果作為淬火介質來進行工作的情況下，一般會用一些比較高精準度的中性石蠟作為基礎油，這種中性石蠟油自身具有高閃光點、少油煙、低粘度、高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，而在實際使用的過程中，也具有著較長的壽命。但是這種猝火油在實際工作的過程中，只有遇到一些形狀復雜的中小型合金剛或者一些截面較大的碳鋼才會發(fā)揮出其主要的作用。但是在完成淬火工作之后，也會導致工件表面出現(xiàn)一些污點，所以這種淬火油在實際使用的過程中還需要慎重考慮。

粘度值以及閃點兩種因素會影響到整個淬火油的冷卻能力，處于常溫狀態(tài)下的高粘度油與低粘度油相比，在冷卻能力上還存在著一定的差距，而在溫度不斷提升的情況下其冷卻能力也會得到相應的提升。所以在實際使用的過程中，可以通過適當提高淬火油溫度的方式來提高油的冷卻能力。

每種淬火油自身的組成部分都是不同的，因此導致它們本身也具有不同的密度以及粘度和閃點，而不同類型的淬火油也適用于不同的場合。在淬火油中加入一些添加劑，在進行相應淬火設備的完善以及配合攪拌等工作，便可以使整體淬火油的冷卻速度得到一定的提升，與此同時工件的表面也可以變得更加潔凈。在我國熱處理技術不斷發(fā)展的過程中，各種淬火油在其中起著非常重要的作用，同時也成為了在保證工件質量的過程中不可缺少的一部分因素。

3 新型淬火介質及其應用

3.1 有機聚合物淬火劑

近幾年來，有機聚合物淬火機得到了相關業(yè)內人員的關注與重視，同時對有機聚合物淬火機進行研究和應用的過程中也取得了一定的成果。這種有機聚合物淬火劑，首先需要將有機聚合物在水中進行充分的溶解，并且根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來對溶液的濃度和溫度進行合理的調整，使得該水溶液自身的冷卻性能能夠達到相應的要求。同時它們在實際運行的過程中不會排出有毒氣體，也不會產生腐蝕以及燃燒工件的問題發(fā)生，在大多數(shù)情況下均可以采用這種淬火介質進行淬火工作，同時也會大大的降低有工件出現(xiàn)開裂或者受損問題發(fā)生的幾率。所以，這種有機聚合物淬火劑不僅可以使工件的質量得到提升，同時也可以降低工廠所使用的成本，促進整個工廠經濟效益的不斷提升。而對于一些水淬開裂或者變形情況嚴重的一些工件來講，我們均可以使用這種有機聚合物淬火劑來緩解這種情況的發(fā)生。有機聚合物淬火劑于淬火油相比，自身不僅具有高效率以及節(jié)能的優(yōu)點，同時也會大大的降低整體的使用成本。有機聚合物淬火劑無論是從工件質量的提升，還是從勞動條件的改善上進行分析，都比淬火油具有一定的優(yōu)勢，所以說有機聚合物淬火機具有良好的發(fā)展前景。

3.2 無機物水溶液淬火劑

在水中加入不同的物質就可以得到不同的無機物水溶液，而不同的無機物水溶液，在不同情況下所發(fā)揮出的冷卻速度也是不同的，但是在此過程中冷卻的均勻性可以得到一定的改善，在完成淬火工作之后工件的硬度也可以得到大大的提升，這種情況就可以避免工價出現(xiàn)開裂或者變形等問題，與此同時這種無機物水溶液在實際進行工作的過程中不會有毒氣排出污染相映的環(huán)境，所以在大量情況下，我們可以運用這種無機物水溶液選座淬火機進行淬火工作，常用的無機物水溶液淬火劑有：

（1）過飽和硝鹽水溶液：這種溶液在實際進行淬火工作的過程中，具有比較理想的冷卻能力，同時在實際進行工作的過程中大大避免了有工件出現(xiàn)變形以及開裂問題的產生，再對一些中、高碳鋼以及低合金鋼和球墨鑄鐵進行淬火工資的過程中我們可以運用這種淬火劑。

（2）氯化鋅-堿水溶液：該水溶液主要是有氫氧化鈉、氯化鋅以及肥皂水則組成的，他們在20～40℃的情況下會發(fā)揮出較好的淬火效果，在高溫區(qū)以及低溫區(qū)具有不同的冷卻速度，整體工件不會出現(xiàn)不平整的狀態(tài)。

（3）水玻璃水溶液：這種溶液是將玻璃用水稀釋之后與鹽、堿充分融合之后所得到的，他自身的冷卻速度是非常高的，在實際使用的過程中也表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性，但是這種水溶液實際運行的情況下會對工件表面產生一定的腐蝕，所以可能會導致工件表面會出現(xiàn)坑坑洼洼。

4 結語

淬火介質是實施淬火工藝過程的重要保證，對熱處理后工件的質量有著重大大的影響。采用新型的淬火介質和改進原有淬火介質的性能，是淬火產品質量的保證。