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。

1.3冷却特征曲线测试方法
1.3.1测试标准
1995年5月1日，国际标准组织（ISO）颁布了淬火油冷却特性测定方法《Industrial quenching oils-determination of cooling characteristics-Nickel-alloy probe test method》（ISO9950）。

在1988年，我国颁布了2个标准，即GB9449《淬火介质冷却性能试验方法》（1995年调整为行业标准JB／T7951）和SH／T0220《热处理油冷却性能测定法》。

目前这3个标准在国内都被采用。

JB／T7951来自法国淬火液体小组A*T*T*T*S*F*M联合委员会在1982年提出的《淬火油烈度-银探头试验方法》。

SH／T0220来自日本工业标准《热处理油》（JIS K 2242—80）。

70年代初开始淬火油的研制工作时采用的是仿日的探头，一直沿用至今。

国内大多数淬火介质生产厂和使用厂都采用此标准。

上述3个标准探头的相同点是①都是热电偶测试探头，而且都在探头几何中心。

②都是K型热电偶。

③探头形状都是圆柱形。

这3种探头的不同点是①ISO为12.5mm×60mmIncone1600镍基合金，JB和SH为银。

②JB为16mm×48mm，SH为10mm×30mm。

③ISO是铠装热电偶，外径 1.5mm而JB、SH为0.5mm的偶丝。

1.3.2冷却曲线判读方法
冷却曲线判读的目的在于评价淬火介质的冷却能力。

要评价就要有一个做为基准的参照系统。

一般情况下，都是采用水和油。

这是因为水和油是最早采用的淬火介质。

而且一直到现在仍是最常用的淬火介质。

Grossmann的H值也是如此，即以水的H值为1，油的H值为0.25。

既使不是定量地评价，也仍然要以水和油的冷却能力为基础做出定性的评价。

第二条原则是冷却曲线与钢材连续冷却转变曲线的关系，即淬火介质冷却性能与所淬钢材的对应原则。

这条原则是说明冷却曲线对应连续冷却转变曲线的不同阶段所应具备的冷却性能。

原则上说，在JB、SH探头心部的热电偶测得的冷却曲线可认为是工件（小中尺寸）表面或次表面的冷却曲线，而ISO测得的曲线则被认为是工件（小中尺寸）心部或接近心部的冷却曲线。

1.3.3测试方法
我国现行的两个测试标准都是热电偶冷却曲线法，测量结果的误差由探头、热电偶、待测试样、操作人员、软件系统以及允许误差不同产生的。

T探头的表面状态是最重要的影响因素。

合金探头经过 6 次稳定化处理后形成的膜在测试过程中可能加厚或变薄；银探头测试后用砂纸打磨或用抛光膏抛光会影响探头表面的光洁度，均直接影响探头的冷却过程。

探头淬入温度的误差大约在 5 C 以内。

银探头用的是￠0. 5 mm 的K 型NiCr-NiSi 的偶丝，镍合金探头用的是K 型￠1. 5 mm 的非接地型铠装热电偶，丝径约为￠0. 3 mm
2介质冷却能力
常用方法：硬度U 曲线法、淬火烈度方法、直接硬度法、端淬试验法（多是用于钢材的淬透性检测）。

硬度U 曲线法：用长度5倍于直径的试样淬火后，从中间切取一段试样，在测定面上沿垂直直径方向测定硬度，以它们的平均值画出硬度-距试样中心距离的曲线，称为硬度U曲线。

试样材料、尺寸、热处理工艺不变，用不同的淬火介质淬火后得到的硬度U 曲线，就是评价淬火介质冷却能力的依据。

目前广泛应用在淬火介质的工艺试验中。

淬火烈度方法：表征淬火介质从热材料或工件中吸取热量的能力的指标。

以H值来表示。

淬火烈度（guench severi-ty）的概念是由美国Grossmann 在1939 年提出的，它首次定
量地对淬火介质进行评价。

淬火烈度又称为H值，H = C / 2K，式中 C 为通过介质和试样界面的换热系数，K 为试样的导热系数，对于碳钢和低合金钢K值几乎是一个常数。

C = O / S（TW - TL ）△t，式中O 为在时间间隔!I 内从试样向淬火介质转移的热量，S 为试样与淬火介质接触的表面积，TW 为试样表面的温度，TL 为淬火介质的温度，△t 为时间间隔。

Grossmann 是从一组钢棒的淬透性导出H美值的，后来各国学者又发展了很多方法计算H 值。

20 世纪50 年代，日本多贺谷和田村提出一个以JIS K 2242 为基础的阪大式H 值。

用!10 mm X 30 mm 的银柱探头测定800 ~ 300 C 的冷却时间折算为H日值。

阪大式H日，单位是cm - 1 ；Grossmann H美，单位为in - 1 。

两者的换算关系为：H美= 2. 54H日。

3冷却速度
淬火介质温度最大冷速(℃/S) 300℃冷速（℃/S）水35℃221 102.5
PAG淬火剂5%浓度35℃205 87.8
PAG淬火剂10%浓度35℃169 61.2
PAG淬火剂20%浓度35℃128 36.7
K1 50℃102 13.8
G1 50℃92 6.6
32#机油50℃74 11.8
二、常用淬火介质
1、常用淬火介质，见表1、
2、3。

2、淬火介质选用原则和步骤
淬火介质的基本要求：在钢的Ms点温度以上冷得适当的快，冷到Ms点以下后冷得适当的慢。

这又常常被简化成“高温能冷得快，低温能冷得慢”。

不同的钢种和不同的工件对上述的“快”和“慢”的程度有不同的要求。

为适应多种钢种和多种工件的不同要求，淬火冷却介质有多种类型和等级。

在热处理行业，淬火量最大的是碳素结构钢和低合金结构钢制的通用零部件，如齿轮、弹簧、轴承和其它结构件；用得最多的是淬火油、水溶性淬火剂、自来水以及盐水和碱水。

（一）水基淬火液
1）含碳量高、淬透性好的钢种，应选低级别的淬火剂（或淬火液浓度）。

2）在保证不淬裂的前提下，选用级别稍高的淬火剂（或淬火液浓度）可以获得更深的淬火硬化层。

3）在适合的级别中，应选择性能稳定，使用寿命长，容易管理且价格低的品种。

PAG类、聚乙烯醇类以及聚丙烯酸钠类等种类。

它们大多是被加到自来水中配成淬火液来使用。

一般说，水中加入这些淬火剂的主要目的是降低水的低温冷却速度。

因此，从应用的角度，我们最关心的是它们能降低水的低温冷却速度的程度。

当然，还要求一定的防锈性、抑菌性和不污染环境，加在一起，就成为评价水性介质好坏的四个要求。

（二）淬火油
1.淬火油的分类概况
80℃以下的俗称冷油；使用温度在80℃以上的称为热油。

热油再按其使用温度的高低分成不同的品种或等级；冷油则按它的冷却速度快慢分成不同的等级。

此外，还有真空淬火油和光亮淬火油等品种。

所有淬火油都应当有稳定的冷却特性，并容易清洗。

对于生产现场来说，油的好坏，第一步看是否选对了油的类型。

一般情况下，淬火油按使用的温度范围分成冷油和热油。

冷油的冷却速度一般比热油要快。

在冷油中，又根据油的冷却速度高低分成快速淬火油和中快速淬火油。

油的冷却速度越快，其粘度一般多更低，闪点相应也越低。

热油的粘度和闪点多较高。

根据所处理工件的材质、大小和热处理要求，该选择冷却速度快的冷油的，如果选择成了冷却速度不够快的热油；那么，不管该油品的质量如何好，工件淬火后也会硬度不足，而且变形很大。

相反，该选择热油的场合，如果选成了冷却速度过快的冷油，不管该油品的质量如何好，工件在其中淬火的结果，变形超差，且心部硬度过高。

不仅冷油、热油要选择正确，就是在其中油品的级别，也应选择正确。

如果该选快速油而选成了中快速油，也会由于冷却速度不足，使某些工件达不到要求的淬火硬度。

热油的级别不同，主要指它们使用温度的不同。

使用温度高的品种，一般适用于较小型的工件，其控制变形的能力更好些。

但是，对更大一些的工件，或者淬透性稍差点的钢种，就应当选择使用温度更低的油品。

2.油品的评定
评价的油品种类和级别是否选得正确，最简单的判断方法是用生产中准备采用的工艺参数，加热单一的工件，在该油品中淬火，看看能否得到要求的淬火硬度、淬硬深度、心部硬度，以及变形要求。

如果单件淬火能达到工件的热处理要求，该油品的种类和级别就基本上是选对了。

剩下来要做的就两件事。

一是从设
对油的冷却特性，特别要注意它的稳定性。

根据我们了解到的情况，不管国内外什么厂家生产的油品，在大量连续处理一般中小型工件的场合，正常使用条
•经过短时间使用，比如仅仅使用二、三十天后，冷却能力就已开始衰退。

这样的油稳定性不好。

•经过半年左右的使用，冷却能力的衰退开始表现出来，淬火后工件表面出现污点并逐渐增多；不到一年，淬火油就不得不整槽更换。

这样的油稳定性差。

•在相同的使用条件下，淬火油可以连续使用二、三年，甚至更长的时间，之后才开始出现冷却能力衰退迹象。

这样的油稳定性好。

能在几年的连续使用中保证淬火工件得到要求的淬火硬度、硬化深度、心部组织，且变形不超差，加上淬火后的工件易清洗，这样的油就可以称为好油。

就油品而言，是否是好油，实际包括了油的冷却特性合适和稳定性好两方面。

国内外关于淬火用油的标准有多种。

各标准对淬火油的理化性能都有较全面的规定，对油的冷却特性也有大致的要求。

但是，从标准中看不出油的上述稳定性好坏来。

因此，仅仅看说明书，热处理工作者很难选择到好油。

一般可以采用的办法是：通过试用来选择冷却特性适合的油品；再从别的工厂的长期使用效果，来评价该油品的稳定性好坏。

如果能找到同类工件在别的厂家连续使用了两三年的油品，还可以省去自己试用的麻烦。

如果能满足这些要求的油品有好几种（事实上是这样），当然选择廉价的。

在选择淬火油时，前面已经谈到过，这里还需要强调一下：一是任何一种工件都可能在冷却特性有相当差别的油中淬火，且都能满足该工件的热处理要求。

二是任何一种淬火油也都可以用来处理相当多不同钢种、大小和要求的工件。

淬火油供应商，只需要提供有限的几种油品，就能满足几乎所有工件的需要，道理
就在这里。

同样的道理，一个热处理厂只需要配备有限的几种油，就能满足几乎所有工件的需要。

3.选择淬火油考虑因素（以紧固件为例）
淬火油一般分为普通淬火油、快速淬火油、等温淬火油、真空淬火油以及光亮淬火油。

紧固件企业大多采用普通淬火油、快速淬火油和光亮淬火油。

它的热稳定性都较好，能更好地保证紧固件的淬火质量。

当然，还必须综合考虑如下四个方面的因素。

1）．钢的临界冷却速度
钢从奥氏体化温度连续冷却下来发生珠光体和贝氏体组织转变，面只有马氏体转变的最低冷却速度称之为临界冷却速度。

这个冷却速度能躲过T.T.T.图和C.C.T图上“鼻子尖”。

所选择的淬火油的冷却速度必须达到或高于临界冷却速度.
2）．钢的淬透性
淬透性好的钢种可选择冷却速度较低的淬火油；反之，钢的淬透性较差则必须选择冷却速度高的淬火油才能保证淬硬层深及心部硬度。

对于紧固件品种来说，对钢种的要求是限制碳含量0.15%~0.55%之间，对Mn元素，由于国产钢种的淬透性带较宽，应以淬透性最低的条件为准选择淬火油的冷却速度.
快速淬火油主要用于合金结构钢以及较小规格紧固件和淬透性稍低的钢种。

紧固件企业都希望每台热处理炉可以处理比较多的钢种和比较多规格的紧固件，因此，多倾向于选用适应范围更广的淬火油。

3．淬火零件的有效截面积大小
截面积越大的紧固件需选择冷却速度较大淬火油，以保证零件的淬硬层深度和心部硬度。

反之，规格较小的紧固件为减少变形和防止开裂宜选择对流开始温度稍高，冷却速度较慢的淬火油。

快速淬火油BQ381的蒸汽膜阶段短，也就是油的高温阶段冷却得快，这一特点有利于45#钢≤M20mm螺栓、M42mm螺母获得较深的淬硬层，而对于SWRCH35K、35#钢则减薄≤M12mm螺栓、M30mm螺母才能保证心部硬度与表面硬度有较小的差异。

从冷却速度分布上分析，除中、
高温阶段要求冷却得快以外，油的低温冷却速度高低对获得淬硬层深浅作用更大，低温冷却速度越高，淬硬层往往越深。

这对于高强度紧固件整个截面均匀承受载荷，至少要求心部有90%以上马氏体时，十分有利。

4．淬火油的冷却特性曲线
每一种淬火油都具有较稳定的冷却特性，所测定的冷却特性曲线就是选择淬火油的重要依据。

在具体针对高强度紧固件某种钢（或几种钢）选择淬火油时，应选择TVP温度高于700℃，最大冷却速度对应的温度在600℃。

如BQ381快速淬火油的TVP温度则高于720℃，最大冷却速度在615℃左右，据介绍是当前冷却速度最高的矿物油基淬火介质之一，可以满足较大规格合金钢及低淬透性钢紧固件淬火需要，获得高而均匀的表面硬度和足够的淬硬层深度，且保持长期稳定的冷却特性，使用寿命较长的品种之一。

另外，由于快速淬火油在使用中因产生热分解、氧化和聚合反应，从而导致冷却特性的变化。

其主要应注意以下几个方面。

1）．淬火油使用寿命的监测
最初配置淬火试验的目的是对购进的淬火油性能进行定期监测，根据三个月周期试验所积累的结果，确定淬火油的合适使用寿命，预测与淬火性能变化有关的问题，从而减少因淬火油性能变化造成的返工或废品损失。

对于连续式网带炉使用的快速淬火油，根据三个月间隔试验所积累的淬火特性资料，有可能建立油的稳定性及淬火特性图，使其成为生产的一种常规控制方法。

2）．零件表面状况的影响
当紧固件表面有氧化皮存在时，因其导热性差，淬火时虽然其表面一瞬间就降至特性温度而且直接进入沸腾阶段，但在冷却过程中冷速均比无氧化皮者要慢些，尤其在650℃左右下冷却能力是很差的。

3）．搅拌与回圈（？）的影响
淬火油的回圈对保持油温均匀，破除淬火过程中的蒸汽膜很重要，搅拌速度增大，蒸汽膜冷却阶段缩短，最大冷速增大，而且更重要的是对流冷却阶段的冷却也增大。

对流阶段的冷速增大，可增加畸变的危险性，因此不应使用过强的搅拌。

连续式网带炉淬火油的回圈是通过浸入式螺旋桨搅拌器完成。

搅拌器通过变频器进行转速调节。

搅拌对淬火油冷却速度H的影响。

生产实践证明，搅拌时，随搅拌速度增大，变形也会增大，具体的作用机理尚不清楚。

一般应采用中等搅拌，以减少变形。

另外，为了增加温均匀性和冷却速度，可采用油槽的整体大循环，并加大循环速度，回圈的方式以抽出油槽上部的热油泵入油槽底部为宜。

三、常用冷却介质特性曲线及相关参数
四、淬火油的现场管理
（一）技术质量管理
快速淬火油在使用中的变化比较复杂，它包含所加添加剂的变化和基础油变化两部分，是这两方面变化的综合结果，不同的淬火油以及不同的淬火工艺，变形情况会有较大的差别，因此加强对淬火油的严格管理对保证淬火紧固件的品质极为重要。

对于淬火油的管理主要体现在入厂验收、仓储管理、过程动态监测与维护、定期检验各环节。

日常淬火油质量监测的专案为：粘度、闪点、水份、不溶灰分（又称沈淀物）和冷却速度。

1．闪点
一般情况下，不管是开式还是闭式淬火油糟，随使用时间的延长，油的闪点都是呈下降倾向。

连续式网带炉的油糟闪点下降10~20℃后即可稳定。

当闪点下降较多时易出现淬火软点，而且不安全，应进行及时处理。

2．粘度
这一指标与油的冷却性能有密切关系，粘度的变化对开式油槽和闭式油槽有所差异。

开式油槽因烧损快，氧化聚合反应几率大，故粘度呈增大倾向。

闭式油槽的淬火油则以热分解为主，因而粘度表现为下降趋势，热分解使粘度下降，导致软点产生和变形增大。

添加剂分解粘度增大，致使油的冷却能力下降。

油的使用温度越高，油变质得越快。

连续式网带炉配备完备的回圈冷却系统，使油温稳定在60~70℃范围，并通过槽内的回圈搅拌防止局部过热等措施，可减慢油变质，延长油的使用寿命。

3．不溶灰分（沉淀物）
油中存在的不溶灰分（沉淀物）有焦泥、槽中的细微粒铁粉沙粒和尘埃等杂物。

当这些杂物超过一定数量时会引起油的粘度上升，冷却能力下降，故应定期采取过滤油，清扫油槽等措施加以去除。

4．水份
油中含有微量水份将严重影响油的冷却性能，造成淬火后紧固件光亮度下降，硬度不均，产生软点甚至开裂倾向。

研究发现，油淬产生的变形问题部分是因油中含水造成的。

此外，油中含水还加速了油的乳化变质和促进油中添加剂的失败。

当油中含水量≥0.1%时，油受到加热时有可能使聚集在油槽底部的水达到沸点后，体积突然膨胀，易造成油溢出淬火油槽而引发火灾。

淬火油含有水份，主要恶化冷却性能，加速油的老化。

对快速淬火油中含水对冷却特性的影响之研究结果发现，由于微量水促使添加剂失败，导致淬火油的最高冷速明显下降，随著油中含水量的增加，使对流冷却阶段的冷却速率增加（300℃的冷却速率从不含水时的8℃/s增加到含水0.20%的40℃/s），紧固件变形和开裂倾向也会增大。

淬火油中若混入200 ppm以上的水份就需要查出产生水份的原因，若油中含水量达到0.5%，就必须对油中水份要设法去除。

通常用加热脱水、沉淀脱水、离心脱水、过滤脱水，这对于保证淬硬、减少变形和开裂将不无好处。

5．冷却曲线
快速淬火油的冷却曲线能比较直观地表明该种淬火油的冷却特性，是选择淬火油品种和监测火油冷却性能变形的重要手段。

因此，紧固件企业都应定期检测淬火油的冷却特性曲线。

淬火油冷却特性对高强度紧固件热处理的成败是至关重要的。

紧固件企业热处理分厂（或热处理车间）要建立一套完整的淬火油管理制度和记录，完善和保持淬火油槽有良好的搅拌，加热和冷却系统，以保证淬火油槽处于工艺控制状态。

此外，根据热处理产量多少，每半年或一年清理油槽一次，过滤油污，清除槽底的残渣杂物，及时补充新油。

每月或每三个月对每个油槽都应取油样检测一次以监测油质变化情况，当检测的指标超过规定标准而无法调整改善时，必须整槽更换新油。

（二）安全技术管理
热处理车间淬火油着火和气体爆炸原因分析及安全措施.pdf 热处理车间淬火油着火和气体爆炸原因分析及安全措施
四、几条重要规律
第一条：油的低温冷却速度高低对获得淬硬层深浅作用更大，低温冷却速度越高，淬硬层往往越深。

第二条：
二、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：。