熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，其中加熱是為了讓珠光體向奧氏體轉變，保溫是完全奧氏體化，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度，因冷卻速度不同而分別轉變為珠光體、貝氏體、馬氏體或混合組織。通常淬火時希望得到馬氏體，淬火之后進行回火時根據回火溫度的不同分別得到回火馬氏體（低溫）、托氏體（屈氏體，中溫）、索氏體（高溫）。共析鋼等溫轉變曲線如圖1所示，基本反映了共析鋼在不同溫度下轉變需要的孕育時間和轉變完成時間及其轉變產物。
圖1 共析鋼等溫轉變曲線圖
實際熱處理生產中除分級等溫淬火工藝外連續冷卻的情況為多。淬火需要得到馬氏體組織速度必須大于臨界冷卻速度，零件表面冷卻速度一般大于心部冷卻速度。淬火油的選擇原則之一：淬火既想得到馬氏體，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，又要考慮減少變形，防止裂紋，冷卻速度必須適中，不可過大。如圖2所示。
圖2 共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線
根據鋼冷卻轉變規律，希望在臨界區域溫度時冷卻速度大，盡快通過C曲線的鼻子區域，以免轉變成珠光體或貝氏體組織，在馬氏體轉變開始的危險區域，冷卻速度必須慢下來以減少組織轉變產生組織應力引起的變形甚至裂紋。雙液淬火先在水中淬火然后轉到油中冷卻的道理即是如此。單液淬火即要求冷卻介質具備這樣的冷卻特性：臨界區域溫度時冷卻速度快，危險區域溫度時冷卻速度要慢下來。淬火油的選擇原則之二：高溫時快冷低溫時慢冷，兼顧硬度與變形的要求。如圖3所示。
圖3 理想淬火方法示意
熱處理淬火油需要具備上述冷卻性能，在臨界區域溫度零件冷卻速度快，在危險區域溫度零件冷卻速度要慢下來。圖4為好富頓MT355淬火油在不同油溫下的冷卻特性曲線，顯示了試樣冷卻時間，冷卻速度與溫度的關系，表示淬火油在不同溫度時的冷卻能力。
圖 4
不同材料的臨界冷卻速度不一樣，零件使用時的硬度要求也不一樣，零件的精度、控制變形要求也不同，這就需要根據硬度要求和控制變形的工藝技術要求的實際情況，選擇冷卻速度適當的淬火油。淬火油確定選用后，通過控制原材料（零件材料和油品材料）的質量與選擇調整淬火溫度、油溫、攪拌冷卻速度與時間，入油時間等各項控制措施，結合淬火后的回火工藝，回火溫度，回火時間參數試驗來滿足零件的硬度要求和金相組織要求，通過熱處理工藝過程參數調整與控制及與機加工的冷熱協調，控制熱處理變形在合理范圍內。前面從熱處理淬火工藝出發提到淬火油選擇原則：淬火油冷卻性能必須在達到要求的硬度（冷卻速度要求快）和絕不允許產生裂紋，控制熱處理變形在合理的最小范圍內（冷卻速度要求慢）兩者之間找到一種最佳結合，而這個矛盾的冷卻速度要求是對不同溫度區間提出的要求，這就為熱處理淬火油的研制提供了一種方向。鑒于檢測條件限制，以前在工廠的熱處理生產實踐中我們只能根據通用知識及經驗對淬火介質作一個大致的范圍選擇然后用試驗來驗證。冷卻特性儀的廣泛運用正是提供了一種檢測工具分析手段，為我們優化淬火油的科學選擇，分析對比給予幫助。我們可以有條件檢測或委外檢測或要求油品公司提供淬火油冷卻特性檢測數據報告，為淬火油的選擇提供科學依據。根據上述方法，符合使用要求的淬火油有很多種。根據生產實際情況和公司品質政策，對符合冷卻性能要求的淬火油還要進行其它技術指標對比和綜合比較，從中篩選出最適合的。淬火油的穩定性與抗氧化性，冷卻性能的重復性與再現性、光亮性、安全、成本都是需要考慮的因素。QB/T0001-2007，JB/T7951，SH/T0220對熱處理冷卻用油的運動粘度、閃點、燃點、水分、傾點、腐蝕、光亮性、飽和蒸氣壓（真空淬火油）、熱氧化安定性、冷卻性能、最大冷速、冷卻時間都提出了必須滿足的技術要求。上面介紹了淬火油的選擇原則和方法。淬火油基礎油，添加劑，影響冷卻性能因素多，牽涉面廣。而淬火是熱處理過程中極其重要的環節，必須慎重選擇。通過分析，比較初步確定推薦可以使用的淬火油然后輔以試驗驗證，同業使用效果，市場反映調查，綜合考慮技術要求、安全、質量、成本等因素，最終確定淬火油的選擇。
作者：王陸軍
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來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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