淬火是熱處理工藝中的一道重要工序，通過淬火處理可以使金屬材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)都能有很大的改善，充分發(fā)揮金屬材料的潛力，以滿足各種產(chǎn)品零件對金屬材料的要求。工件在淬火過程中，由于處理不當(dāng)，往往會發(fā)生金相組織或機(jī)械性能指標(biāo)達(dá)不到要求，也可能會出現(xiàn)軟點(diǎn)、變形、開裂等缺陷。這些缺陷的產(chǎn)生，除了與工件的材質(zhì)成分、 原始狀態(tài)、形狀尺寸、加熱工藝、熱處理設(shè)備等因素有關(guān)系，也與淬火冷卻時(shí)所選用的 淬火介質(zhì)及冷卻方法有密切的關(guān)系。因而，在淬火冷卻過程中合理的選擇和正確的使用 淬火介質(zhì)，是保證工件淬火質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬火介質(zhì)對淬火質(zhì)量的影響。真正對淬火介質(zhì)進(jìn)行比較科學(xué)系統(tǒng)的研究，還是近50年的事情，我國開始研究和使用專用淬火介質(zhì)也還 是近30年的事情。如今，越來越多的熱處理工作者都認(rèn)識到淬火介質(zhì)對淬火質(zhì)量的重要性。

淬火時(shí)，工件被加熱到奧氏體化以后，放入淬火介質(zhì)中進(jìn)行冷卻，在冷卻過程中，通過不同的冷卻階段（以不同的冷卻速度）完成淬火過程，由于淬火介質(zhì)的不同，其冷卻過程也不同。 常用的淬火介質(zhì)如水和油等，在工件淬火的冷卻過程中都會產(chǎn)生物態(tài)變化，通常淬火介質(zhì)的冷卻過程可分為三個(gè)階段：蒸汽膜階段I、沸騰冷卻階段II和對流冷卻階段III。

    蒸汽膜階段I             沸騰冷卻階段II         對流冷卻階段III

圖3.1淬火冷卻不同階段示意圖

蒸汽膜階段：當(dāng)紅熱工件浸入淬火介質(zhì)后，淬火介質(zhì)會受熱發(fā)生汽化并立即在 工件表面形成一層蒸汽膜，工件的熱量主要通過蒸汽膜的輻射和傳導(dǎo)來傳熱，此時(shí)工件 冷卻速度緩慢，直到工件表面所提供的熱量不能足以維持形成蒸汽膜所需要的熱量時(shí)，蒸汽膜破裂，開始轉(zhuǎn)入沸騰冷卻階段。

蒸汽膜階段向沸騰冷卻階段轉(zhuǎn)變的溫度，稱為淬火介質(zhì)的特性溫度。淬火介質(zhì)的特性溫度高時(shí)，說明淬火工件可在較高的溫度下進(jìn)入快速冷卻階段。特性溫度與介質(zhì)的物理性能有關(guān)，如粘度低、蒸氣壓低等均可促使特性溫度上升。淬火介質(zhì)與工件的相對運(yùn)動，如液體的攪動和工件的竄動都可使蒸汽膜破裂，使特性溫度升高，冷卻速度加快，有利于防止奧氏體的分解而產(chǎn)生非馬氏體組織。特性溫度是衡量淬火介質(zhì)冷卻性能的重要指標(biāo)。

沸騰冷卻階段：工件直接與淬火介質(zhì)接觸，淬火介質(zhì)在工件表面產(chǎn)生強(qiáng)烈沸騰，工件的熱量被介質(zhì)汽化吸收，散熱速度加快，冷卻速度達(dá)到最大值。工件表面的溫度迅速減低，當(dāng)工件表面溫度低于液體沸點(diǎn)時(shí)，沸騰冷卻階段結(jié)束。

對流冷卻階段：當(dāng)工件表面溫度低于液體沸點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入對流冷卻階段，此時(shí)工件與介質(zhì)之間的傳熱方式主要以對流傳導(dǎo)方式進(jìn)行。

工件在淬火冷卻時(shí)，為了避免奧氏體在較高的溫度區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生珠光體類型的轉(zhuǎn)變， 故必須在過冷奧氏體最不穩(wěn)定區(qū)域，以大于臨界冷卻速度（Vc）進(jìn)行冷卻，才能獲得馬氏體組織，但也不是介質(zhì)的冷卻速度越快越好，如果采用較快的冷卻速度一直冷卻到室溫，將使工件在高溫區(qū)域產(chǎn)生很大的熱應(yīng) 力，在工件處于塑性狀態(tài)時(shí)影響不大，當(dāng)工 件冷至馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms以下，還會由于發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生組織應(yīng)力，這將導(dǎo)致工 件產(chǎn)生很大的變形，甚至開裂。因此，在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域需要緩冷。因而理想的冷卻曲線應(yīng)該是在工件的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域（臨界 冷卻區(qū)域）應(yīng)具有快的冷卻速度（大于臨界冷卻速度），在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（Ms點(diǎn)以下） 冷卻速度應(yīng)緩慢冷卻，從而保證淬火后的工件既可以獲得淬火組織，又可以減少內(nèi)應(yīng)力， 具有這樣的冷卻速度稱為理想冷卻速度。 傳統(tǒng)的淬火介質(zhì)如自來水、鹽水、堿水、水玻璃、普通機(jī)械油、柴油等，本身并不是專用的淬火介質(zhì)，在使用中雖然具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著很多的缺點(diǎn)，所以專業(yè)的淬火介質(zhì)應(yīng)具有如下一些特點(diǎn)：

u  具有良好的冷卻性能，在過冷奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域應(yīng)有足夠的冷卻速度，在低溫馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域應(yīng)有比較慢的冷卻速度；

u  具有較寬的適用范圍；具有穩(wěn)定的成分，在使用過程中不易老化變質(zhì)；

u  具有不腐蝕工件，工件淬火后表面光潔，容易清洗；

u  具有無毒、無污染、環(huán)境友好型；

淬火油是淬火冷卻介質(zhì)中最為常見的一種，其中以礦物油為主。礦物油一般按著芳 香基、環(huán)烷基和石蠟基分類，這些分類與碳和氫原子在油分子中的結(jié)構(gòu)排列有關(guān)。實(shí)際上，一些傳統(tǒng)淬火油通常是這三種形式共存的混合物，可以描述為石蠟基為主或以環(huán)烷基為主。 芳香基油老化快，抗氧化性能差，粘度溫度特性差。雖然它們有好的潤濕性，但它們基本不用做淬火油。環(huán)烷基油具有稍好的化學(xué)穩(wěn)定性和粘度溫度關(guān)系，但易揮發(fā)。相 對來講，石蠟基油有較適合的冷卻性能，好得多的抗氧化性能和粘度指數(shù)。因此，高度精制石蠟基油構(gòu)成了許多現(xiàn)代淬火油組成的基礎(chǔ)油。 龍邦潤滑油淬火油主要由石蠟基基礎(chǔ)油添加一定的添加劑調(diào)和而成，基礎(chǔ)油在整個(gè)淬火油中所占比例約為90％。因此，基礎(chǔ)油本身質(zhì)量的好壞，對淬火油的性能及使用壽命起到至關(guān)重要的作用。基礎(chǔ)油的分類，按美國石油協(xié)會(API1509)基礎(chǔ)油分為五類，典型性能如下表：

表：各等級基礎(chǔ)油對比

I類基礎(chǔ)油為溶劑型精制基礎(chǔ)油，Ⅱ、Ⅲ類為加氫制取基礎(chǔ)油， 通過現(xiàn)代加氫技術(shù)生產(chǎn)的Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油幾乎無色， 所含雜質(zhì)極低，飽和烴含量高，芳烴含量特別低，穩(wěn) 定性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高（芳烴是天然潤滑油餾分中反應(yīng)最強(qiáng)的物質(zhì)，芳烴的氧化將引起 鏈反應(yīng)，因此，高的芳烴含量通常引起低閃點(diǎn)和高的成渣性）。龍邦公司基礎(chǔ)油采用的是進(jìn)口S-OIL的Ⅱ、Ⅲ類三次加氫基礎(chǔ)油，比普通的Ⅱ、Ⅲ類二次加氫基礎(chǔ)油具有更好良好的抗氧化性能和長期使用穩(wěn)定性。

三次加氫基礎(chǔ)油煉制如下圖：

淬火油淬硬能力的計(jì)算：

1、Segerberg 基于IVF儀的測試結(jié)果， 提出了淬火介質(zhì)的淬硬能力HP（Hardening Power）
的概念和計(jì)算公式：
    HP=91.5+1.34Tvp+10.88 V550-3.85Tcp

式中：HP——淬硬能力；
      Tvp――特性溫度，即從蒸汽膜階段到沸騰冷卻階段轉(zhuǎn)換溫度（℃） ；
     V550 ——550℃時(shí)的冷速（℃/s） ；
     Tcp——下特性溫度，沸騰到對流的轉(zhuǎn)變溫度（℃） 。

2、Deck 等人針對 Inconel鉻鎳合金探頭和銀探頭分別提出了他們的 HP 計(jì)算公式，對 Inconel 鉻鎳合金探頭：
   HP(HRC)=99.6-0.17O2/+0.19V400

式中：O2/——冷卻曲線上沸騰冷卻階段和對流冷卻階段的轉(zhuǎn)變溫度（℃） ；
      V400——400℃時(shí)的冷卻速度（℃/s） 。

   基于以上理論，用戶可以針對油品的IVF檢測油品情況來計(jì)算油品冷卻能力做為生產(chǎn)的參考。