熱處理工件在冷卻時，不同的工藝目標，不同的材料，對冷卻過程的要求也各不相同，需要選用合適的淬火介質。不同淬火介質所具有的冷卻能力不一樣。一般來說，退火及正火對冷卻過程的要求不像淬火那樣嚴格，因此常在空氣介質中通過適當改變冷卻方式來達到冷卻目的。淬火時，既要加熱到奧氏體狀態的工件冷卻速度大於臨界冷卻速度，以獲得馬氏體組織，又要防止工件在冷卻過程中的變形和開裂。
基本介紹
- 中文名：冷卻能力
- 外文名：Cooling Capacity
- 套用：熱處理工件
- 影響：蒸汽壓等
- 冷卻介質：水等
介質性能要求,常用淬火介質,影響主要因素,
介質性能要求
淬火冷卻是淬火工藝中最為關鍵的工序。鋼加熱到奧氏體後，只有冷卻速度大於臨界冷卻速度時才能獲得馬氏體組織。因此，理想淬火冷卻介質的性能是使鋼在高溫區域（700℃以上）較緩慢地冷卻，以減少工件的熱應力；在550~600℃間以足夠快的冷卻速度迅速通過奧氏體等溫轉變圖的“鼻尖”，以防止發生珠光體或貝氏體轉變；在容易造成淬火裂紋的過冷奧氏體較穩定的低溫區域（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，從而減少相變應力。下圖為理想的淬火冷卻曲線示意圖。
理想的淬火冷卻曲線示意圖但這樣的理想淬火冷卻介質仍未發現，現有的淬火冷卻介質具備某些優點，就會伴隨另外的缺點。所以我們只能在掌握了淬火冷卻介質的性能之後，通過合理選用多種淬火冷卻介質，取長補短，配合使用，並採用適當的淬火方法，來儘可能接近理想的冷卻速度。
此外，淬火冷卻介質還必須具有成分穩定，在使用過程中不易變質老化，粘度小，流動性好，並且不易腐蝕工件，淬火後工件表面清潔，便於清洗以及來源方便，價格低廉，無公害，安全可靠等特點。
常用淬火介質
水是套用最廣的淬火介質，它具有來源廣，價格低，成分穩定且不易變質，無毒無臭又不燃燒。水的冷卻能力較強，屬於激冷淬火介質。靜止水的蒸汽膜階段長，由800℃以上一直持續到400℃左右，此階段冷卻速度小於200℃/s，400℃以下進入沸騰期後，冷卻速度可急劇上升到700℃/s。在100℃以下冷卻速度仍有45℃/s。
水作為淬火冷卻介質的主要缺點有：
（1）在奧氏體等溫轉變圖的鼻部區，即500~600℃左右，水處於蒸汽膜階段，冷卻速度不夠快，往往會造成工件冷卻不均勻及冷卻速度不足而形成的“軟點”。在馬氏體轉變溫度，即300~100℃左右，水處於沸騰階段，冷卻速度太快，易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力，導致工件嚴重變形甚至開裂。
（2）水溫對冷卻能力影響大，因此對環境溫度的變化敏感。水溫升高，冷卻能力急劇下降，且最大冷卻速度的溫度區間移向低溫。當水溫超過30℃時，在500～600℃範圍冷卻速度明顯下降，往往導致工件淬不硬，而對馬氏體轉變範圍的冷卻速度影響卻較小。當水溫提高到60℃冷卻速度將下降50%左右。
（3）當水中含有較多氣體（如新換的水），或是水中混入不溶雜質，如油、肥皂、泥漿等，均會顯著降低其冷卻能力，故使用和管理中應特別注意。
根據水的冷卻特性可知，水一般只能適用於截面尺寸不大、形狀較簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。淬火時，還必須注意：保持水溫在40℃以下，最好在15~30℃之間，並保持水的流動性或循環，以破壞工件表面蒸汽膜，也可以在淬火時用擺動工件（或使工件上下運動）的方法來破壞蒸汽膜，提高500~650℃區間的冷卻速度，改善冷卻條件，避免產生軟點。
影響主要因素
影響淬硬介質冷卻能力主要跟淬硬介質的物理性質有關。這些因素通過改變三個不同冷卻階段的持續時間、熱量傳遞的快慢來影響淬硬介質的冷卻能力。例如，一般使蒸汽膜階段延長的因素，都能降低淬硬介質的冷卻能力，導致淬火不均勻並出現軟點等現象；一般能夠增大沸騰階段的因素，都會提高淬硬介質的冷卻能力，原因是這階段的工件的熱量損失最大、冷卻速度也最大。這也就是說，沸騰階段長而蒸汽膜階段與對流階段短的淬硬介質冷卻能力強。
1、蒸汽壓
蒸汽壓是淬硬介質飽和氣體的壓強。它反映了液體分子內聚力的大小，蒸汽壓越高，淬硬介質越容易汽化。而蒸汽壓相對低的物質，其傳熱係數越大，越容易帶走工件的熱量，也就是說蒸汽壓低的介質冷卻能力強。
2、汽化熱
汽化熱指單位質量的液體完全變成同溫度氣體所需要的熱量。當淬硬介質的汽化熱越大時，則熱負荷就越大，該淬硬介質的冷卻能力越強。
3、比熱容
通常介質比熱容越大，那么單位質量介質所能夠吸收的熱量也就越多，則介質冷卻能力也就越強，因為比熱容是用來表征單位質量的介質升高單位溫度所吸收的熱量。水的冷卻能力較強是因為水的比熱容要比其他固態或液態物質的比熱容要大得多的緣故。
4、溫度
溫度變化對淬硬介質的冷卻能力有明顯的影響，但影響規律會隨著介質的不同而不同。水和以水為基的淬硬介質，隨溫度升高，蒸汽膜階段變長，冷卻能力降低，可是降低的程度不盡相同，如下圖所示。而油與水相反,隨溫度升高，流動性變好，有利於散熱，從而提高了冷卻能力。
冷卻能力曲線5、傳熱係數
液體的傳熱係數是指在沿熱流方向上，單位溫度梯度和單位時間內通過單位面積的熱量，它用來表征介質傳導熱量的能力，也就是說傳熱係數越大時，該淬硬介質的冷卻能力也就越強。
6、表面張力
表面張力可以用來表征其濕潤金屬的能力。表面張力小的淬硬介質易濕潤金屬，因而工件表面接觸的好，固散熱性能好。
7、黏度
液體的黏性是指液體流動時其分子間的內部摩擦力。可用黏度來表示該摩擦力大小，它對淬硬介質的冷卻性能也有較大的影響。黏度越大，介質的流動性越差，不利於對流散熱而帶走熱量；反之，其冷卻能力越強。
