先进的淬火介质及冷却技术
淬火介质冷却过程中的数值计算
淬火介质冷却过程中的数值计算淬火技术是一种常用的金属热处理工艺，旨在改变金属的组织结构以提高其机械性能。
淬火介质冷却(MICC)过程包含在介质内部金属的冷却过程，这是淬火介质最重要的环节。
这个过程是决定淬火介质最终成品质量的重要因素，因此其介质冷却特性的计算变得尤为重要。
在MICC过程中，介质内的金属集体会受到外界的热流，但介质会缓慢的释放热量，使金属逐渐冷却，从而影响金属的组织结构和性能。
有多种不同的淬火介质，他们具有不同的物理特性，例如热传导率、热容量、比热等，都会影响MICC过程的特性，因此需要进行介质冷却特性的计算。
为了研究淬火介质冷却过程，需要采用数值计算的方法来模拟介质冷却过程。
数值计算方法在模拟复杂物理场中的微观过程中具有重要的作用，可以有效的提取热传导方程的精确解，从而更准确的模拟介质冷却过程。
由于MICC过程具有复杂的物理特性，数值计算方法显得尤为重要，以便更准确的计算介质冷却特性，从而优化淬火介质的成品质量。
具体而言，介质冷却特性的计算采用逐步迭代的方法，使用有限元的方法研究介质内金属的变形和热量转移的全过程。
先使用有限元方法，建立出包含介质-金属复合体系的有限元模型，之后再通过数值的方法计算得出介质冷却特性的参数，例如热传导率、热容量等。
在这个过程中，要考虑多种参数，例如介质原始温度、冷却温度时间变化等。
为了得到更准确的计算结果，需要采用高精度的方法，例如改进的全正则化技术，改善存在的参数精度，从而使计算更准确。
通过数值计算MICC过程可以得到准确的介质冷却特性参数，给出合理的介质淬火参数，提高产品质量。
多种数值的技术方法，可以更准确的模拟介质冷却的过程，使金属在热处理过程中得到合理的冷却，达到理想的淬火介质质量要求。
因此，数值计算技术在淬火介质冷却过程中显得尤为重要，可以为金属热处理提供准确的参考依据，提高淬火介质的质量。
通过数值计算得出介质冷却特性参数，更准确地模拟MICC过程，从而使淬火介质的成品质量和性能得到提高。
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。
淬火冷却介质的特性曲线及应用
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。
新型热处理技术的发展与应用
新型热处理技术的发展与应用热处理技术作为一种重要的材料处理方法，在制造业中发挥着至关重要的作用。
随着科技的不断进步和发展，新型热处理技术得到了广泛的关注和应用，为工业生产带来了巨大的便利和效益。
本文将对新型热处理技术的发展和应用进行探讨。
一、激光淬火技术激光淬火技术是近年来发展较快的一种新型热处理技术，它利用高能密度的激光束瞬间对物体表面进行加热并迅速冷却，使材料表面呈现出高硬度和耐磨性。
激光淬火技术具有处理速度快、变形小、适用性广等优点，在汽车制造、航空航天等领域得到了广泛应用。
二、等离子渗碳技术等离子渗碳技术是一种将碳等离子体注入到金属表面，提高其表面硬度和耐磨性的热处理方法。
该技术具有处理深度大、渗碳均匀、处理效果好等优点，被广泛应用于模具制造、轴承加工等工业领域。
三、等离子强化技术等离子强化技术是利用高能等离子束对金属表面进行加热和处理，从而提高材料的硬度、耐磨性和强度。
该技术具有处理效果好、环保节能等优点，在航空航天、光电子等领域得到了广泛应用。
四、超声波冷却技术超声波冷却技术是通过超声波振动的作用，将冷却介质中的超声波传递到被处理材料表面，实现快速冷却和均匀淬火的热处理方法。
该技术具有冷却速度快、耗能低、操作简便等优点，在电子器件、新能源等领域得到了广泛应用。
五、纳米材料热处理技术纳米材料热处理技术是将纳米材料应用于传统热处理工艺中，通过控制纳米颗粒的尺寸和形貌，实现对材料性能的精密调控。
该技术具有处理精度高、耗能低、环保等优点，为材料热处理带来了新的发展机遇。
综上所述，新型热处理技术的不断发展与应用为工业生产提供了更多的选择和可能，推动了工业制造的智能化、高效化发展。
随着科技的不断进步，相信新型热处理技术将在未来得到更广泛的应用和推广，为工业生产带来更多的便利和效益。
希望本文的介绍能够对读者有所启发，也欢迎各界专家学者继续深入研究和探讨新型热处理技术的发展与应用。
淬火的冷却方式_理论说明以及概述
淬火的冷却方式理论说明以及概述1. 引言1.1 概述淬火是金属热处理中一项重要的工艺，在材料的强度和硬度提升方面起着关键作用。
淬火的冷却方式是决定材料性能的关键因素之一。
本文旨在理论上探讨不同冷却方式对材料性能的影响，并介绍常见的淬火冷却方式及其原理。
此外，我们还将分析选择和优化淬火冷却方式时需要考虑的因素。
1.2 文章结构本文分为五个部分进行阐述，分别是引言、冷却方式的理论说明、热处理中常用的淬火冷却方式介绍、淬火冷却方式选择与优化考虑因素分析以及结论与展望。
1.3 目的本文旨在为读者提供关于淬火冷却方式及其理论基础的详细说明，并介绍常见的淬火方法。
同时，我们还将分析选取合适冷却方式时需要考虑的因素，帮助读者了解如何在实际应用中进行选择和优化。
最后，通过对当前研究现状进行总结并展望未来发展方向，我们希望激发更多的研究兴趣并推动淬火冷却方式领域的进一步突破。
2. 冷却方式的理论说明2.1 理论基础在热处理过程中，淬火是一个关键步骤，它通过快速冷却来改变材料的结构和性能。
淬火冷却方式的选择取决于材料的类型、要求以及零件尺寸和形状复杂度等因素。
不同的冷却方式具有不同的原理和效果。
2.2 不同冷却方式的原理2.2.1 油淬火油淬火是一种较为常见的淬火方式。
其原理是通过将工件迅速放入预热至适当温度的油液中，使工件表面温度迅速下降，产生快速冷却效果。
由于油具有良好的热导性能，可以快速吸收工件表面的热量，从而使得工件表面达到较高硬度，并形成均匀的组织结构。
2.2.2 水淬火水淬火与油淬火相比，具有更快的冷却速率和更高的硬化效果。
其原理是将工件浸入水中，并迅速吸收热量来进行快速冷却。
由于水具有很高的热传导性能，可以迅速从工件表面吸收热量，使工件温度迅速下降。
水淬火可以在较短时间内形成较高的硬度和均匀的组织结构，但也容易产生过快冷却引起的裂纹和变形问题。
2.2.3 高压气体淬火高压气体淬火是一种使用惰性气体（例如氮气或氦气）进行淬火的方式。
钢的淬火冷却与淬火介质的选用
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钢的淬火介质的冷却机制
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材 料 的应用 仍 占主 导 地 位 ， 制 造业 尤 其 明显 。为 在 了充分 发挥 钢铁材 料 的潜 力 ， 料 的淬 火强 化 是 一 材 项极 其 重要 的技 术 。现 今 ， 美 国金 属学 会 组 织 编 按 写 的 资料 … ， 钢铁 材 料 的淬 火 方 法 有 ： 空气 淬 火 ， 水 淬 ， 淬， 油 聚合物水溶 液淬火 ， 盐淬火 ， 熔 盐水 淬火 ， 碱 水淬 火 ， 气体 淬 火 ， 氏体 分 级 淬 火 （ ｕｔ ｐ ｒ ｇ ， 奥 ａｓ ｍ ｅ ｎ ） ｅ ｉ 马氏体分 级 淬 火 ， 温 淬 火 ， 氏体 亚 稳 定 区 淬 火 等 奥 （ ｕ—ａ ｕ ｎｈｎ ） 喷 射 淬 火 （ ｐａ ｕ ｎｈｎ ） Ａ ｓｂｙｑ ｅ ｃｉｇ ， ｓｒｙｑ ｅ ｃ ｉｇ ，
中 图分 类 号 ： Ｇ ５ ． ２ Ｔ １６ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ８１ ９ （０ １ ０ ．０ ０ ０ １０ ．６ ０ ２ １ ） ４ ０ ７ —６
Ｃｏ ｌ ｇＭｅｈ ｎｓ ｏ ｅ ｃ ａ ｔ ｆｒＳｅｌ ｏｉ ｃ ａ ｉ ｎ ｍ ｆＱｕ ｎ ｈ ｎｓ ｏ ｔｅ
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淬火常用冷却介质课件
CONTENTS
目录
• 淬火冷却介质简介 • 水基淬火冷却介质 • 油基淬火冷却介质 • 气体淬火冷却介质 • 淬火冷却介质的发展趋势
CHAPTER
01
淬火冷却介质简介
淬火冷却介质的作用
淬火是将金属加热到高温后迅速冷却的过程，淬火冷却介质的作用是在金属淬火过 程中，控制冷却速度，使金属达到所需的硬度和组织结构。
淬火冷却介质能够将金属内部的热量带走，减缓冷却速度，防止金属内部应力过大 而产生裂纹。
淬火冷却介质还能影响金属表面的氧化和脱碳程度，从而影响金属的耐磨性和耐腐 蚀性。
淬火冷却介质的分类
根据冷却能力的强弱，淬火冷却介质 可分为快速冷却介质和慢速冷却介质 。
快速冷却介质包括水、盐水、有机溶 剂等，适用于淬火要求高硬度的金属 ；慢速冷却介质包括油类、熔盐等， 适用于淬火要求较低硬度的金属。
淬火冷却介质的选择原则
根据金属的种类和淬火要求选择合适的 淬火冷却介质。
对于高碳钢、工具钢等要求高硬度的金 属，应选择冷却能力较强的快速冷却介 质；对于低碳钢、不锈钢等要求较低硬 度的金属，应选择冷却能力较弱的慢速
冷却介质。
还需考虑淬火冷却介质的稳定性、安全 性、环保性等因素。
CHAPTER
02
有色金属工业
用于有色金属材料的淬火处理，提高材料的 硬度和稳定性。
机械制造业
用于各种机械零件的淬火处理，提高零件的 强度和耐磨性。
其他领域
如工具、模具、刀具等领域的淬火处理。
气体淬火冷却介质的使用注意事项
安全操作
使用气体淬火冷却介质时应遵 守安全操作规程，避免发生气
体泄漏、中毒等安全事故。
温度控制
钢的淬火冷却与淬火介质的选用
1． 2 马氏体等温分级淬火油淬火 采用马氏体等温分级淬火油淬火（ 图 5b） 与常
规的马氏体分级淬火（ martempering，图 5a） 不同，它 是将工件淬入一种温度较高但低于 Ms 点（ 通常是
100 ～ 200 ℃ ） 的分级淬火油中，直至工件表面与心 部温度基本达到一致时再空冷到室温的一种工艺， 在美 国 称 为 改 良 的 马 氏 体 分 级 淬 火 （ modified martempering） ［4］。
马氏体等温分级淬火油冷却（ 图 5b） 可以大幅度 有其他一些原因，包括淬火介质的温度、搅拌、淬火槽
减小工件的淬火畸变，这是工件的表心温差减小所 的设计和工件的化学成分以及制造工艺等。
致。影响淬火畸变的原因中，很多都是由于工件的外
热处理畸变无法避免，因此更多的是要求淬火
形结构和冷却时热量传递的不同步而造成局部温差 畸变尽可能小一些。对于要求淬透的中、高淬透性
联系电话： 13816694341，E-mail： jhyao@ houghton． com． cn
·52·
《热处理》 2011 年第 26 卷 第 2 期
水淬油冷是一种常见的双介质淬火方式。这种 方法既发挥了水在高温阶段的高冷速，又利用了油 在低温阶段较低冷速的特点，工件既能淬硬，又不致 于发生过大的畸变或开裂。但水淬油冷最大的问题 是可操作性差，要求操作者具备较高的技能。
名称
简称
化学名
Polyalkylene Glycol PAG
聚烯烃乙二醇
Sodium Polyacrylate ACR
聚丙烯酸钠
Polyvinyl Pyrrolidone PVP
聚乙烯吡咯烷酮
Polyethyl Oxazoline PEO
50mn淬火温度及冷却剂
50mn淬火温度及冷却剂1.引言1.1 概述概述部分的内容可以根据你的具体需求进行编写，以下是一个参考示例：概述部分:在金属材料工业中，淬火是一种常见的热处理方法，通过快速冷却使金属材料快速从高温状态变为低温状态。
淬火过程中的温度和冷却剂的选择对于材料的性能和结构具有重要的影响。
本文将重点讨论50mn淬火温度及冷却剂对材料性能的影响，以及淬火温度和冷却剂的选择与控制。
在2.1节中，我们将探讨50mn淬火温度对材料性能的影响。
温度是淬火过程中的关键参数之一，它会直接影响到材料的硬度、强度和韧性等力学性能。
我们将分析不同淬火温度下材料性能的变化规律，并对淬火温度的选择和控制策略进行探讨。
在2.2节中，我们将介绍不同冷却剂的种类与特点。
不同的冷却剂具有不同的冷却速率和冷却效果，对于50mn材料的淬火过程起着关键的作用。
我们将详细介绍水、油和气体等常见的冷却剂，并对它们的特点进行比较分析。
在3.1节中，我们将综合考虑温度和冷却剂对淬火效果的综合影响。
淬火的最终目的是使材料达到理想的组织结构和性能。
我们将探讨合理的温度和冷却剂选择对淬火效果的影响，并提出一些优化策略。
最后，在3.2节中，我们将展望未来的研究方向。
随着科技的发展，淬火技术也在不断进步，我们将探讨新的淬火温度控制和冷却剂选择的研究方向，以期进一步提高淬火工艺的效率和材料的性能。
通过本文的研究，我们希望能够深入了解50mn淬火温度及冷却剂对材料性能的影响，并为淬火工艺的优化提供一些理论参考和实践指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下方面的描述：本文将分为三个主要部分来探讨50mn淬火温度及冷却剂的相关内容。
首先，在引言部分会对文章进行整体概述，介绍论文的目的和背景。
接着，正文部分将分为两个小节来探讨50mn淬火温度和冷却剂的具体问题。
第一个小节将讨论50mn淬火温度对材料性能的影响，包括淬火温度对材料硬度、韧性等性能指标的影响。
还将介绍如何选择和控制适当的淬火温度来实现所需的材料性能。
盐浴淬火介质
盐浴淬火介质盐浴淬火介质是一种常用的金属淬火工艺，它在金属加工中发挥着重要的作用。
下面我将从原理、优点和应用三个方面来介绍盐浴淬火介质。
一、原理盐浴淬火介质是通过将金属工件浸入加热至高温的盐浴中，使其迅速冷却，从而达到改变金属结构和性能的目的。
盐浴淬火介质具有较高的热传导性和热容量，能够快速吸收金属工件的热量，使其迅速冷却，从而有效地控制金属的晶体结构和硬度。
二、优点1. 快速淬火：盐浴淬火介质的热传导性能好，能够快速吸收金属工件的热量，使其迅速冷却，从而有效地控制金属的晶体结构和硬度。
2. 均匀淬火：盐浴淬火介质的热容量大，能够提供均匀的冷却效果，避免金属工件表面的过度淬火和内部的过度回火。
3. 良好的表面质量：盐浴淬火介质能够有效地控制金属工件的冷却速度和冷却温度，避免表面出现裂纹和变形，从而保证金属工件的表面质量。
4. 适用性广：盐浴淬火介质适用于各种金属材料的淬火，包括钢、铸铁、铝合金等。
三、应用盐浴淬火介质广泛应用于各个行业的金属加工中，特别是对于一些对金属性能要求较高的工件，盐浴淬火介质具有独特的优势。
例如，在汽车零部件制造中，盐浴淬火介质可以提高零部件的强度和硬度，提高其使用寿命和性能。
在航空航天领域，盐浴淬火介质可以提高航空发动机的工作温度和耐热性。
在电子设备制造中，盐浴淬火介质可以提高电子元件的导电性和耐腐蚀性。
盐浴淬火介质是一种重要的金属淬火工艺，具有快速淬火、均匀淬火、良好的表面质量和广泛的应用等优点。
它在金属加工中发挥着重要的作用，提高了金属工件的性能和质量。
随着科学技术的不断发展，盐浴淬火介质将会在更多领域得到应用，并为各个行业的发展做出更大贡献。
淬火冷却介质在航空工业的运用
淬火冷却介质在航空工业的运用
淬火冷却介质在航空工业中广泛应用于航空发动机、涡轮机叶片、航空零部件和航空器结构等领域。
在航空发动机中，淬火冷却介质常用于冷却燃烧室和燃气涡轮等高温部件。
通过将淬火冷却介质注入高温部件内部，可以快速冷却部件表面，有效降低其温度，提高部件的使用寿命和性能稳定性。
涡轮机叶片是航空发动机中受热最严重的部件之一。
淬火冷却介质可以通过叶片内部的通道，将冷却介质输送到叶片表面，形成冷却膜，降低叶片表面温度，防止叶片因高温而受损或失效。
航空零部件中的高温部件也常常使用淬火冷却介质进行冷却。
例如，涡轮轴承、涡轮喷嘴等部件，在高速运转时容易受热变形或高温磨损，通过淬火冷却介质的冷却可以有效减少摩擦和磨损，提高部件的寿命和可靠性。
另外，航空器结构中的高温部件也会采用淬火冷却介质进行冷却。
例如，飞机的发动机罩、机舱隔板等部件，在高温环境下容易发生热膨胀和变形，通过淬火冷却介质的冷却可以减少热膨胀造成的效应，保持部件的形状和稳定性。
综上所述，淬火冷却介质在航空工业中的运用广泛且重要，可以有效提高航空发动机和航空器部件的性能、寿命和可靠性。
淬火常用冷却介质(一).
金属材料与热处理课程
淬火常用冷却介质
主讲教师：雷伟斌 西安航空职业技术学院
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
淬火常用冷却介质
理想淬火介质应在650℃ 以上的高温区冷却缓慢以减少变 形；
在650℃～400℃的中温区冷 却很快以避免不稳定奥氏体的分 解；
减少损耗。
金属材教学资源库
静止水
循环水
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
水作为淬火介质特点
优点
价廉、安全、 清洁，而且具有 比较强烈的冷却 能力。
缺点
①冷却能力对水温的变化很敏感，水温升高，冷却 能力便急剧下降，并使最大冷速对应的温度移向低温。
在400C以下的低温区冷却缓 慢以避免工件变形和开裂
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
对淬火介质的要求： （1）无毒、无味、经济、安全可靠； （2）不易腐蚀工件，淬火后易清洗； （3）成分稳定，使用过程中不易变质； （4）在过冷奥氏体不稳定的中温区有足够的冷却速度，在
低温马氏体转变区有较缓慢的冷却速度，以保证淬火质量； （5）在使用时，介质粘度应较小，以增加对流传热能力和
②在碳素钢过冷奥氏体的最不稳定区（500～ 600C左右），水处在蒸汽膜阶段，冷却速度较低，奥 氏体易发生高温转变。
③不溶或微溶杂质（如油、肥皂等）会显著降低 其冷却能力，使工件淬火后易产生软点。
金属材料与热处理
齿轮热处理常用淬火冷却介质的选择及应用
包括 盐 水 、碱 水 ，适 用于 一 些含 碳 量低 、淬透
性差且形状简单齿轮的调 质淬火 、感应淬火等 。
１ ． 自来水
自来 水 既 适 于 喷 淋 淬 火 ，也 适 于 浸 液 淬 火 ， 是 最 清 洁 、最 廉 价 的淬 火 冷 却 介 质 ，但 因其 冷 速 快 ，工 件 会 产 生 巨大 应 力 ，易 产 生 变 形 与 开 裂 。
水溶性 冷速依其浓度变化 ，多 淬火介质 逆溶性 ，高温冷却快 ，低 各种钢铁材料淬火 温慢 ，不燃烧 ，无污染 熔盐 硝盐混 合物 、混 合碱浴 等温分级淬火 高压气体 在高压气体 中淬冷可达 合金钢 工件 在真空 （ Ｎ ： 、Ｈ２ 、 到油的冷速 ，由于 冷却 均 中加 热或低压 渗碳后 清 Ａｒ 、Ｈｅ ） 匀 ，工件变形小 火
齿轮热处理常用淬火冷却介质的
选择及应用
哈尔滨 汇隆汽 车箱桥有 限公 司 （ 黑龙 江 １ ５ ０ ０ ８ ８ ） 金荣植
淬 火 冷却 介 质是 影 响淬 火 工 艺和 零 件热 处 理 质
一
、
水
量的关键 因素之一 。生产 实践 已经证 明，在 齿轮 热处理过程 中淬火冷却介 质的选择及应用非 常重 要 ，如 果选择不 当，有 可能导 致齿轮淬火 质量 达 不到产 品的技术要求 ，甚 至出现废品 。对此 ，应
当前应用的淬火冷却介质主要有各种淬火 油、 水溶性 淬火冷却介 质、高压气体 、熔盐 及水 （ 包 括盐水 、碱水 ）等 。表 １ 为几种淬火冷却介 质的特
性 和 使 用范 围。 表１ 几种淬火冷却介质的特性和使 用范 围
淬火冷却 介 质种 类 水 特性 应用范围
热处理中的低温淬火工艺及其应用
热处理中的低温淬火工艺及其应用热处理是一种通过改变材料的组织结构和性能来提高其力学性能和使用寿命的工艺方法。
在热处理的各个阶段中，淬火是非常重要的一个步骤。
淬火是指通过急冷将物体从高温状态迅速冷却到室温或低温状态，从而使材料产生强大的硬度和韧性。
然而，传统的高温淬火会造成一些问题，比如内部应力、变形和裂纹等。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种新的低温淬火工艺，该工艺可以在提供高硬度的同时减少变形和缺陷的发生。
低温淬火工艺的基本原理是将材料迅速从高温状态冷却到较低的温度，然后在低温条件下保持一段时间。
通过控制淬火温度和保持时间，可以调整材料的组织结构和性能，从而达到最佳的强度和韧性平衡。
在低温淬火过程中，冷却介质通常是液氮或液氩。
这些介质的极低温度可以迅速降低材料的温度，使其达到淬火的要求。
与传统的高温淬火相比，低温淬火可以显著减少变形和裂纹的发生，同时提供与高温淬火相当的硬度。
低温淬火工艺在许多领域都有广泛的应用。
首先，在汽车工业中，低温淬火被用于制造发动机和传动系统的零部件。
这些零部件需要具备高强度和韧性，以承受高负荷和高温环境。
低温淬火可以提供所需的性能，并保证零部件的可靠性和耐久性。
其次，在航空航天领域，低温淬火被广泛应用于制造高温合金和复合材料的零部件。
这些材料需要具备优异的高温强度和耐腐蚀性。
通过低温淬火，可以使这些材料具备出色的性能，并提高飞机和航天器的性能和安全性。
此外，在工具制造和模具制造领域，低温淬火也是一种常见的工艺方法。
工具和模具需要具备极高的硬度和耐磨性，以适应长时间的使用和高负荷的加工。
通过低温淬火，这些工具和模具可以获得优异的性能，从而提高生产效率和产品质量。
总之，热处理中的低温淬火工艺是一种重要且广泛应用的工艺方法。
通过控制淬火温度和保持时间，可以调整材料的组织结构和性能，从而达到最佳的强度和韧性平衡。
低温淬火在汽车工业、航空航天领域以及工具制造和模具制造领域等多个领域都有着重要的应用价值。
热处理淬火工艺方法及冷却介质和方法
热处理淬火工艺方法及冷却介质和方法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。
先进的淬火冷却介质
先进的淬火冷却技术Scott MacKenzie,博士好富顿国际公司,VF,PA,USA摘要本文介绍了最近几年淬火冷却技术上的一些新进展。
首先简要回顾了目前广泛使用的石油基淬火油，然后介绍了植物油基淬火油、聚合物淬火介质和新的淬火方法（高压气淬，强烈淬火等）。
最后介绍了模拟淬火介质液流CFD技术和有限元法控制淬火残余应力和淬火变形的技术。
石油基淬火油现在还不清楚人们用油淬火的确切日期，但在历史上很多种类的植物油、动物油、鱼油和鲸油都曾用来进行淬火。
1880年好富顿公司在美国费城最先将石油基淬火油用于淬火冷却，自此以后，石油基淬火油得到了蓬勃发展，应用非常广泛。
目前，石油基淬火油已经发展到多品种不同特性的淬火油如快速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油等。
淬火油基础油需经过高度精炼，其所用的润湿剂和速冷剂也要精心挑选，特别是在抗氧化剂方面，要选用高性能的组合抗氧化剂，这样才能保证淬火油在长期使用过程中特别是在较高温度的使用状态下，质量性能稳定。
在某些情况下，也可加入乳化剂，以便利淬火后的清洗。
石油基淬火油可根据冷却速度、操作温度和清洗性等方面来进行划分为不同种类。
淬火油的冷却性能对于硬度和淬硬层深具有重要意义，所以，较多地按照冷速可以将淬火油分为常规淬火油、中等冷速的淬火油和快速冷却油。
常规淬火油用于高淬透性钢的淬火冷却，如AISI4340或工具钢等；中等冷速的淬火油用于中高淬透性钢淬火冷却；快速淬火油主要用于低淬透性钢。
根据淬透性来选用不同冷却速度的淬火油的目的是要在获得所需要的组织性能的同时获得最小的淬火变形。
合金元素含量增加将增加钢的淬透性，同时也增加了钢中的碳当量，如下式所示:C eq＝C＋Mn／5＋Mo／5＋Cr／10＋Ni／10因此，合金元素增加降低了Ms点。
Ms点随碳含量的变化如表1所示。
在确定具体的淬火方法时需要注意这些变化。
表1 Ms点随含碳量的变化含碳量 Ms温度0.2% 430℃0.4% 360℃1.0% 250℃另一类重要的石油基淬火油是分级淬火油，它是将油加热到相对较高的温度（100－200℃）,工件首先在热油中冷却均温,,然后在随后的空冷中转变为马氏体。
感应淬火冷却技术及控制
关键字：淬火冷却技术在研究自来水作为淬火介质的两大缺点的文章中，附带提岀了液态淬火介质具有两个共性的缺点。
缺点之一是：任何一种确定的液态淬火介质，都只有相当有限的适用范围，用于要求更高冷却速度的工件，将淬不硬；用于要求更低冷却速度的工件，又会淬裂。
缺点之二是：当淬火工件从高于介质的特性温度冷却下来时，往往在工件的局部区域发生冷却速度突变，因此引起很大的内应力，从而可能造成超差的淬火变形。
本文将全面讨论液态淬火介质这两个共性的缺点，而重点是介绍克服第一类缺点的各种措施。
一关于第一个缺点图1自来水和N32#机油的冷速曲线对比某些工件油淬不硬，水淬要裂”曾经是困扰热处理生产的一个难题。
究其原因，普通机油和自来水都只有有限的适用范围。
从冷却速度分布情况看，在自来水和普通机油之间有一个相当宽的空白地带，如图1所示。
以填补这一空白为目标，通过几十年的工作，研究开发了多种油性和水性介质，基本上填补了水和普通机油之间的空白。
到现在，常用的淬火介质，按冷却速度由慢到快的次序排列：使用温度较高的等温分级淬火油（热油）、普通机油、使用温度较低的等温分级淬火油（半热油）、中快速淬火油、快速淬火油，随后是高浓度的PAG 淬火液、中浓度的PAG淬火液、低浓度的PAG淬火液，自来水、低浓度盐（或者碱）水等。
它们都有各自的优缺点和各自的适用范围。
一种淬火油是一种确定的淬火介质。
同种水性淬火剂，配成不同的浓度，就是不同的淬火介质。
填补自来水和普通机油之间的空白，需要这么多种不同的淬火介质！这是液态介质共性的第一个缺点所决定的。
当今的高压气淬，选定一种适当的气体，通过改变气压，就可以获得从静止空冷到中等快速淬火油的不同冷却效果。
相比之下，液态介质的这个缺点也实在太严重了。
二克服第一类共性缺点的措施由于清水的适用范围很有限，从古至今，人们不得不去寻找各式各样的淬火介质，并摸索岀多种巧妙的淬火技术，来满足不同工件的热处理要求。
这方面的工作，大致可以归纳成以下几类。
热处理新技术简介
热处理新技术简介
形变热处理不但能够得到一般加工处理所达不到 的高强度、高塑性和高韧性的良好配合，而且还能大 大简化钢材或零件的生产流程，从而带来相当好的经 济效益。这种工艺方法不仅可以提高钢的强韧性，还 可以大大简化金属材料或工件的生产流程。
热处理新技术简介
目前，形变热处理得到了冶金工业、机械制造业 和尖端部门的普遍重视，发展极为迅速，已在钢板、 钢丝、管材、板簧、连杆、叶片、工具、模具等生产 中广泛应用。如钢板弹簧感应加热后热压成形，然后 进行油冷淬火，通过严格控制加热温度和成形时间， 使一次中频加热同时满足了成形和热处理的需要。
热处理新技术简介
为了提高零件力学性能和表面质量，节约能源， 降低成本，提高经济效益，以及减少或防止环境污染 等，发展了许多热处理新技术、新工艺。热处理新技 术的大量涌现以及计算机技术的应用，为机器制造业 的发展、机械产品质量的提高、热处理企业的技术改 造积累了大量的技术储备，为热处理生产技术的进步 提供了广阔前景。
可控气氛是把燃料气(天然气、城市煤气、丙烷)按一定比例与空 气混合后，通入发生器进行加热，或者靠自身的燃烧反应而制成的气 体，也可用液体有机化合物(如甲醇、乙醇、丙酮等)滴入热处理炉内 得到气氛。
可控气氛热处理的应用有一系列技术、经济优点，能减少和避 免工件在加热过程中的氧化和脱碳，节约材料，提高工件质量，可实 现光亮化热处理，保证工件的尺寸精度。
与常规热处理相比，真空热处理可实现无氧化、 无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面的磷屑，并有脱脂 除气等作用，从而达到表面光亮净化的效果。
热处理新技术简介
三、 形变热处理
形变热处理是将塑性变形同热处理 有机结合在一起，获得形变强化和相变 强化综合效果的工艺方法。形变热处理 方法很多，有低温形变热处理、高温形 变热处理、等温形变热处理、形变时效 和形变化学热处理。
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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
工件周围会形成一层聚合物的高集层（膜），它的优点是：
1、环保：无油淬的烟雾，不但环保而且消除火灾隐患，无毒性。
2、成本低：稀释使用，一次投入成本低，溶液粘度低带出量少，运行成本就低。
比热和热传导率都较油的大，所以淬火温升小，生产率高，淬火后可不清洗，直接回火节省时间和清洗剂费用。
3、技术上：冷速根据需要可调，为此适用性宽（不同钢种）和油相比耐污染力强，和水相比降低汽膜稳定性，冷却均匀从而消除淬火软点及淬火时的应力。
目前商业化的聚合物淬火介质有四种：
①聚烷撑乙二醇（PAG）；②聚乙烯吡咯烷酮（PVP）；③聚丙烯酸钠（ACR）；
④聚乙基恶唑啉（PEO）。
应用范围及特性
PAG：①5%浓度的可提高工件表面的润滑性，淬火冷却均匀；②10～29%与快速淬火油淬火速度相当，适合低中淬火透性，但要求获得高机械性能的工件淬火。
ACR：通常使用浓度为15～25%，可处理高淬透性材料。
PVP：10～15%应用范围和ACR相近。
PEO：（专利产品）5～25%之间，低浓度时的V冷类似于PAG，高能度的具有类油的冷却性能，所以适用于低淬透性钢也适用于中高淬透性钢。
II冷却技术：
一、强烈淬火—表面硬化（S·H）（Shell Harderng）
实际应用时都伴随着异常强烈搅拌，以控制淬火冷过程中膜沸腾和核沸腾阶段的换热，采用高速搅拌式或高压喷淬使工件在马氏体转变区进行快速而均匀的冷却，在试件整个表面形成一个均匀的具有较高压应力的硬壳，避免了常规淬火在马氏体转变区进行的快冷产生的畸变过大和开裂问题的发生。
它的优点：①与油淬的零件相比使用寿命提高3～4倍；②用低成本的碳钢或低合金钢替代了合金钢或高合金钢；③用水或水溶液介质替代油；④工艺非常稳定，易于实现自动化生产（目前用于汽车轴，轴承圈模具等。
）通常随冷却速度的增加，出现淬火裂纹的可能性也随之增加，然而存在一个临界的冷却速度，大于该冷速后淬火裂纹出现的可能性非但不增加反而下降。
强烈淬火的目的：就是要使介质的冷却速度大于其临界冷速，一般需要通过强烈搅拌淬火硬度H＞6。
强烈淬火的需要设备投资较大。
淬火槽的容积要大，泵的流量要足以满足搅拌的要求，而且淬火系统要针对具体的工件设计。
一般要求工件厚度要薄（限制在50～75mm以下）几何形状相对对称。
二、控时浸淬技术（ITQS）
采用计算机控制冷却过程的浸淬时间和搅拌强度，在避免开裂的前提下，达到获得高的力学性能和尽可能小的畸变的目的。
具体方法：在浸淬初始阶段，通过强裂搅拌提供足够高的冷却能力，当心部温度接近Ms点时降低或终止搅拌，为此关键技术是确定达到Ms点的时间。
扩大了水溶性聚合物淬火介质的应用范围，也使中碳合金钢采用水溶性聚合物淬火介质淬火易于产生开裂的问题得到解决。
三、高压气淬
主要应用在真空炉中，压力最高可达100帕通常为30～40Pa，使用的气体通常为惰性气体。
它的冷却能力和热油相当，它适用在高合金钢上或薄件上，由于采用气体不同热传递效率不同，提高压力可增加冷却能力，工件接触气流是否均匀是保证均匀冷却的关键。
成品高，（气体不能主要使用）
四、变裂度淬火技术
通过工件在淬火槽的滑道内外提供不同介质流速的办法，使工件在Ms点以上获得较快的V
冷
，在Ms点以下的冷却速度降低（见图）。
五、喷淬
隧道
是替代浸淬和提高生产效率的理想工艺。
一般采用水或水溶性聚合物为介质，可以根据要求，对冷却能力进行调整。
六、膨胀流淬火法
是将被处理的工件在经过连续式炉完成加热工艺过程后，热工件不是落到淬火介质中，而是将淬火介质提升到热工件高度实现淬火冷却。
该方法消除了淬火件在移转下落过程中产生的冲击力，达到最小的畸变目的。
已在轴承制造业轴承圈淬火中应用。
七、有关模拟技术的应用
1、CFD-计算机模拟流体运动
通过计算工件周围流体和工件之间的相互作用，可用CFD技术优化淬火槽设计，优化工件装夹方式，从而大幅度减少淬火变形。
2、淬火变形的有限元模拟
①能量化工件淬火后的残余应力和变形；②能模拟比较不同的工件形状和装夹方式设计，对变形和残余应力的影响；③分析产生淬火裂纹和高应力状态的原因。
3、冷却过程的模拟
①淬火介质流速场的模拟；②冷却过程的模拟（上交大潘健生院士开展了大量的工作）
采用三维非线性有限元模型和界面条件突变的处理方法，实现了几种复杂形状零件的复杂淬火操作过程中温度场、相变、应力/应变的模拟、模拟效果和实际测算结果相符。
在生产中得到了避免淬火开裂，合格率达到100%。
不用油淬火剂，消除火灾隐患和环境污染，加热时间缩短了40%，实现节能和提高使用寿命。
将气体渗碳的计算机模拟和计算机控制技术相结合，研制成功智能型密封多用炉生产线，可用计算机自动进行渗碳过程的模拟，自动确定优化工艺，自动完成过程控制，实现智能化、无纸化、自动化生产。
（已处理渗碳件3000炉以上，全部合格。
）。