不管是滲碳淬火、碳氮共滲淬火、感應(yīng)加熱淬火還是整體加熱淬(cuì)火，齒輪淬(cuì)火冷卻過程可能出現的(de)熱(rè)處(chù)理質量問題主要有(yǒu)：

1、淬(cuì)火後硬度不足、淬火态硬度(dù)不均、淬(cuì)火硬化(huà)深度不夠。

2、淬火後心(xīn)部硬度過高。

3、淬火變(biàn)形超差。

4、淬(cuì)火開(kāi)裂。

5、油淬後表面光亮度不(bú)夠。

工廠出現的這類(lèi)質量(liàng)問題往往與齒輪的材質、前處理、淬火加熱和淬(cuì)火冷卻有關。在排除材質、前處理和加熱中的問題後，淬火介質(zhì)及相關技(jì)術的作用就特别突出了(le)。事實上，近年來國外對淬火冷卻的(de)研究也證明，在改進和提高熱處理質量的工作中，最值得注意的(de)正是淬火冷卻。淬火冷(lěng)卻大多是在液體介質中進行的。齒輪淬火用的通(tōng)常是淬火油、水溶性淬火介質和自來(lái)水。因此，下面将首先分析齒輪淬火(huǒ)冷卻可能出現的(de)以上質量問題與(yǔ)所(suǒ)用淬火介質的特性(xìng)和(hé)用法的關(guān)系，并指出解決不同問題所需淬火(huǒ)液的冷卻速度分布特點(diǎn)。随後簡單介紹常用淬火介質的冷卻速度分(fèn)布特點和選用時的注意事項。

一、淬火冷卻中的質量問(wèn)題：

硬度不足與硬化深(shēn)度不夠淬火冷卻(què)速度偏低是造成齒輪淬火硬(yìng)度不足、硬度不均和(hé)硬化深度不夠的原(yuán)因，但是，根據實際淬火齒輪的(de)材質(zhì)、形狀大小和熱(rè)處(chù)理要求不同(tóng)，又可(kě)以分為高溫階段冷速不足、中低溫階段冷速不足以及低溫階段冷速(sù)不足等不同情況(kuàng)。比(bǐ)如。對于中小齒輪，淬火硬度(dù)不足往往是中高溫階段冷(lěng)速不足所緻(zhì)，而模數大的齒輪(lún)要求較深淬硬層時，提高低溫冷卻速度就非常必要了。

1、對于淬火用油，一般說，油(yóu)的蒸氣膜階段短、中溫冷速快、且(qiě)低溫冷卻速度快，往往能獲得高而且均(jun1)勻(yún)的淬火硬度和足夠的淬硬深度。工件裝挂方式(shì)對(duì)淬火冷卻效果也(yě)有明顯影響。要使淬火油流(liú)動通暢(chàng)，并配備和(hé)使用好攪拌裝置，才能得到更好的效果。提(tí)高所用淬火介質(zhì)的(de)低溫冷卻速度，往往(wǎng)可以增大(dà)淬硬層深度。在滲層碳濃度分布相同的情況下，采用低(dī)溫冷卻速度更高(gāo)的淬火油，往往獲(huò)得更深的淬火硬(yìng)化層(céng)，因此，采用冷卻速度快的淬火油後，可以相應縮短工件的滲碳時間(jiān)，也能獲得(dé)要求(qiú)的淬火硬化層深(shēn)度。要求的滲(shèn)碳淬硬層深度越大，這(zhè)種方法縮短滲碳時間(jiān)的效果越明顯。

2、淬(cuì)火後心部硬度過高這類問題可能與(yǔ)所選介質冷速過快或(huò)介質的低溫冷卻(què)速度過高有關。解(jiě)決辦法之一是改(gǎi)換淬火油來滿足要求。辦(bàn)法之二是與淬火介質生産廠家聯系，有針對地加入适當的添加(jiā)劑來降低淬火油的中低溫冷卻(què)速度。辦法之(zhī)三是(shì)改用淬透性更低(dī)的鋼種(zhǒng)。

3、淬火變形問題淬(cuì)火變形使不少工廠傷透了腦筋。按習慣，變形問題的解決(jué)通常要牽涉多個部門，解決的辦法往往是綜合措施。最近發表了關于(yú)淬火變形的文章，把引起變形(xíng)的原(yuán)因主要歸結為冷卻速度不足和冷(lěng)卻不均，并在此基礎上提出了(le)提高冷卻速度并設法實現均勻冷卻的解決原則(zé)方法，可供參考[1]。提高淬火冷卻速度的措施也在該參考(kǎo)文獻中列出，應用時(shí)隻要合理選用相同作用方向的措施加(jiā)上去。就可(kě)解決大部分齒(chǐ)輪的淬火變形問題。比如，齒輪的内花鍵孔(kǒng)變形，往往是(shì)所選的淬火油高溫冷速不足，或者說油的蒸氣膜階段過長的緣故。提(tí)高油的高溫冷速并提高油在(zài)整個冷卻過程的冷速(sù)，一(yī)般就能解決内花鍵孔的變形問題。對于中小齒輪(lún)，尤其是比較精(jīng)密的齒輪，選好用好等溫分級淬火(huǒ)油是控制變形必不可少的措施。

4、齒輪(lún)的淬火(huǒ)開裂(liè)問題這個問題主要(yào)出現在感應加熱淬(cuì)火中。選擇好水性淬火介質，比(bǐ)如國内外普遍采用(yòng)的PAG類淬火介質（如德(dé)國德潤寶公司的淬火液FN，BW等）代替原來使用的自來水，問(wèn)題便解決了。感應加熱淬火采(cǎi)用PAG介質。可以(yǐ)獲得高(gāo)而均勻的淬(cuì)火硬度和深而(ér)且穩定的淬硬層(céng)，淬裂危險極小。

5、光亮問題有這(zhè)方面要求的場(chǎng)合，應當選用光(guāng)亮淬(cuì)火油或快速光亮淬火油。通常，光(guāng)亮淬火油的光亮性好(hǎo)則冷卻速度不(bú)夠高，而冷卻速度很高的(de)淬火(huǒ)油的(de)光亮性則不夠好(hǎo)。此外，熱(rè)油的光亮性一般也較差，可以(yǐ)換新油或補加提高光亮性的添(tiān)加(jiā)劑。

二、齒輪油淬火介質的選擇

當前用于齒輪(lún)淬火的介質主要是各種淬火(huǒ)油，水溶性(xìng)淬火介質和普通自來水。以下分别讨論這些介質在齒輪淬火中的選用方法和注意事項。

1、自來水

自來水是最經濟而又清潔的淬火介質(zhì)。一些含碳量低、淬透性差且形狀簡單齒輪的調質淬火和(hé)感應加熱淬火，往往可(kě)以(yǐ)用自來(lái)水(shuǐ)。

作為淬火介質，自來水的冷卻特性是(shì)：工件處于高溫階段時(shí)冷得很快，而到(dào)了工件處于低溫階段時冷卻得也(yě)很快。冷卻速度快可以使淬透性差和比較厚大的工件淬硬。這是自(zì)來水的優點。但是(shì)，用自來(lái)水淬火(huǒ)有三大缺點，第一是(shì)低溫(wēn)冷卻太快使多數鋼(gāng)種和工件容易發生淬裂。第二是工件高溫階段冷卻太快，比較細長與較薄的工(gōng)件容易因為入水方式(shì)不當而發生淬火變形。第三，也是不少人容易忽(hū)視的缺點，是随着水溫升高，淬火冷卻的蒸氣膜階段會逐漸(jiàn)增長，且工件處于中低溫階段(duàn)時的冷卻速度(dù)也逐(zhú)漸降低。由于這種原(yuán)因，當工件采取較密集的堆放方式入水淬火時，水(shuǐ)隻有穿過(guò)堆在(zài)外面工件之間的縫隙才能接觸内(nèi)面的工件。穿過外面的工件時水溫會逐漸升高。這樣，堆在外(wài)面的工件(jiàn)接觸(chù)的(de)水溫低，而堆在内部的(de)工件接觸的水溫(wēn)高。緻使堆放在内、外部的(de)工件的淬火冷卻(què)效果不同。外部的工件冷卻快(kuài)，淬火後硬(yìng)度高，并容易淬裂。堆放在内部(bù)的工件經受的冷卻(què)慢，淬火後(hòu)硬度低。工件堆放得(dé)越密集，淬火時水的流動越不(bú)通暢，這種差(chà)别就越大。這一缺點使自來水不适用于淬密集(jí)堆放的小工件。使用油淬火時，油溫提高，冷卻(què)的蒸氣(qì)膜(mó)階段稍有縮短，而油溫升高使油的(de)粘度降低流動(dòng)性變好，有利于提高油的冷卻速度，能使堆(duī)放得較密集的工件内外冷卻效果基本一緻。應當說，這是用油(yóu)淬火的一個優點。選用自來水作為淬(cuì)火液介質時，應(yīng)當知道它的優點(diǎn)和缺點。用好它的優(yōu)點，而避免它的缺點。設法控制好水的溫度。采取堆放方式淬火時，要設法使(shǐ)工件(jiàn)堆放(fàng)得疏(shū)松一些，并通過攪(jiǎo)動促使淬火(huǒ)液通暢地從工件之(zhī)間流過，以減小内部的水溫差。

2、水溶(róng)性淬火介(jiè)質

自來水作為淬火介質的最(zuì)大缺點是其低溫冷(lěng)卻速度太(tài)快，使多(duō)種鋼制(zhì)的工件容易淬(cuì)裂。引起鋼(gāng)件淬裂的主要(yào)原因是水在馬氏體(tǐ)轉變(biàn)的溫度（Ms點）及其以下的溫度範圍冷卻得過快。由于(yú)這樣的原因，研究開發水溶性淬火介質的第(dì)一目标就是降(jiàng)低水的低溫冷卻速度。考慮到多數結構鋼的Ms點在(zài)300℃附近，通常就(jiù)以工件冷卻到300℃時水溶性淬火液的冷卻速度，即所謂300℃冷卻速度來表示該淬火(huǒ)液的冷卻性能。通常(cháng)可以用水性淬(cuì)火介質的300℃冷卻速度來對該介質定級，以便熱處理工作者(zhě)選用。簡單說，水性淬火液的300℃冷卻速度(dù)低(dī)，其防止工(gōng)件淬裂的能力就強；300℃的(de)冷卻速(sù)度高，其淬硬能力也高，當然(rán)工件的淬裂傾向也大。因此，選擇水溶性淬火介質首先應當了解它的300℃冷卻速度。同類淬火介質(zhì)品種中，得到(dào)相同的300℃冷卻速度時的濃度越低，其使用成(chéng)本也就越低。水性淬火介質(zhì)有很多品種，不同品種有不同的(de)特性。PAG類介質冷(lěng)卻特性可調，濃度測控容易。它既适用于整體淬火，也适用于各類感應加熱淬火，且(qiě)能長期穩定地使用，因而受(shòu)到普(pǔ)遍歡迎，成為當前國(guó)内外熱處理界使(shǐ)用得最廣泛的水性淬(cuì)火介質。由于液溫對冷卻特性影響較大，使用水溶性淬火介質時(shí)應當配備(bèi)好循環冷(lěng)卻系統，以便在使用(yòng)中調節液溫，一般說，在(zài)水溶性淬火液中淬火時，工(gōng)件也(yě)不宜在密(mì)集堆放條件下入(rù)水，以免(miǎn)造成内外(wài)工件(jiàn)明顯不同的淬火效果。

3、普通機(jī)械油

工廠熱處理生産中使用得最多的普(pǔ)通機械油是N32機油（原20号(hào)機油）和N15機械油（原10号機(jī)油）。作為淬火介質，這類機油的特性是，在工件高溫階(jiē)段蒸氣膜時間較長，淬火(huǒ)冷卻速度不高，且低溫(wēn)冷卻較慢。油的蒸氣膜(mó)階段(duàn)長，工件高溫階段的(de)冷卻慢，可能出現的(de)問題是低碳鋼制的工件容易(yì)發生先共析(xī)鐵素體轉變；而形狀複雜(zá)的工件，比如帶花鍵孔的齒輪等又特别容易(yì)變形。在中、低溫階段冷(lěng)卻慢，使比較大的工件不(bú)易淬硬或淬硬層深(shēn)度不足并因此發生淬火變形(xíng)。普通機油的抗氧化能力(lì)差，使用中容(róng)易老化變質，老化變質的主要反映是油的粘度提高低溫冷卻速度降低(dī)。變質的影響是工件(jiàn)淬火後的硬度和硬(yìng)化深度見效，且淬火變形增大。粘度提高和産生油泥渣往(wǎng)往(wǎng)給淬火後的清洗造成困難，也(yě)使油的消耗量增大。

4、專用淬火油

專用的淬火油一般分為普通淬火油、快速淬火油、等溫分級淬火油（也簡稱熱油）、真空淬(cuì)火油以及光亮淬火油等類。和普通機油相比(bǐ)，專用淬火油的熱穩定性能較好，能更好地保證工件(jiàn)的(de)淬火(huǒ)質量。當然，專用淬火油優于普通機(jī)油的最重要的(de)方面(miàn)還是它們的冷卻特性。和(hé)普通機油相比(bǐ)，不同的專用淬火油(yóu)在冷卻速度分布上都有蒸氣膜階段短的特點，因而使工件(jiàn)在高溫(wēn)階段能冷卻得更快。其中快(kuài)速淬火油的最高冷卻速度都比較高，中(zhōng)低溫(wēn)階段的冷(lěng)卻速度(dù)快(kuài)慢則因淬火油的(de)不同品種而(ér)有(yǒu)較大差(chà)别(bié)。熱(rè)油在(zài)冷卻特性上的特點是蒸氣膜(mó)階段更短，而在工件(jiàn)淬火冷卻的低溫階段冷卻較慢。快速淬(cuì)火油主要(yào)用于稍厚大的工件和淬透性稍低的鋼種。熱油主要用于較(jiào)小型的工件和淬透性較好的鋼種。應該說，任何淬(cuì)火油都有适合它的工件。但是，除少數情(qíng)況外，每台熱處理爐都希望能處理比較多的鋼種和比較多樣的(de)工件，因此，多傾向于選用适應範圍(wéi)更廣的淬火油。

5、一般說，淬(cuì)火油的蒸氣膜階段短，中溫階段冷卻得快、低溫階段冷卻速度大，這種油的冷卻能力就很強，它(tā)的适(shì)用範圍就(jiù)廣。不少油淬工件的變形是與它的(de)淬火(huǒ)硬度不足和淬硬深(shēn)度不夠同(tóng)時出現的。而改用這種适應範圍廣的淬火油，往往能同時解決工件的變形、硬度不足和淬(cuì)硬深度不夠等問題(tí)。淬火油的蒸氣膜階段短，也就(jiù)是油的高溫階段冷卻得快。這一特點有利于防止先共析鐵素體的析(xī)出，也有利于防止帶(dài)内花鍵齒輪的變形。簡單說，淬(cuì)火油總的冷卻速(sù)度高有利于獲得較(jiào)深的淬火硬化層。但從冷卻速度分布上分(fèn)析(xī)，除中、高(gāo)溫階段要求冷(lěng)卻(què)得快以(yǐ)外，油的低溫冷卻速度高低對獲得的淬硬層(céng)深淺作用更大。低溫冷卻速度(dù)越高，淬火硬化層往往越深。攪動淬火油可以提高油的冷卻速度。冷卻速度比較(jiào)低的油，攪動提高其冷卻能力(lì)的作用較(jiào)大；而對于冷卻速度(dù)高的專用淬火油，攪(jiǎo)動(dòng)的作用則相對較(jiào)小。齒輪的淬火質量問題中還有一類是淬火硬化層過深。硬化層過深，常常在使(shǐ)用中斷齒。解決這(zhè)類問(wèn)題的有效辦法之一是降低淬火油的低溫冷卻速度。

6、總之，為保證齒輪的淬火質量去選擇淬(cuì)火油時，應當根據所處理齒(chǐ)輪的鋼種、形狀特點和熱處理要(yào)求從油的冷卻速度(dù)分布特性(xìng)去進行選擇，最好能與淬火油(yóu)生産廠的有關技術人員(yuán)一道，通過讨論分析确定合(hé)适的淬火油和合理的使用方法。

三、淬火介質在使用中的變化

不管是淬火油(yóu)還是水溶性淬火介(jiè)質，它們在使用中都要接觸高(gāo)溫工件，也都會受到不同程度的污染。進入空氣，介質會被(bèi)氧化。高溫可能引起有機介(jiè)質的熱分解、氧化和聚合等反應。污染可能使介質的氧化和其它變化(huà)更複雜。所有這些變(biàn)化及其留在介(jiè)質(zhì)中的變化産物都(dōu)會引起介質變質。淬(cuì)火油的顔色(sè)變化、透(tòu)明度變化、粘度變化等都是變質(zhì)的表現。應當說，沒有不(bú)變質的介質。

我們所關心的隻有三點：

1、是變化對介質冷卻特性的影響。

2、是變質的(de)快慢。

3、是用什麼辦法來了(le)解和糾正變質的影(yǐng)響，以保證獲得長期(qī)穩定的淬火質(zhì)量。

前面談(tán)到，水溶性淬火劑主要用來降低水的低溫冷卻速度。而水溶(róng)性淬火液在使(shǐ)用中的變化趨勢則正好相反，變化使低溫冷卻速度逐漸提高，企圖恢(huī)複到不加淬火劑之前的程度(dù)。普通(tōng)機油在使用中的變化趨勢，簡(jiǎn)單說就是開始時低(dī)溫冷卻速度逐漸降低、蒸氣膜階段逐漸(jiàn)縮短而中高溫階段的冷卻速(sù)度(dù)稍有提高。使用時(shí)間增長，由于油的粘度進一步增高，油的中、高溫冷(lěng)卻速度也将減慢，緻使工件的冷卻效果明顯變差(chà)。專用(yòng)淬火(huǒ)油在使用中的變化(huà)比較複雜(zá)，它包含所加添(tiān)加劑的變化和基礎油的變化兩部分，是這兩方面變化的綜合結果。

不同的淬火油以(yǐ)及不同的(de)使用條件，變化情況會有(yǒu)比較大的差别。有一點需要指出的是，在不受水污染(rǎn)的條件下，幾乎所有的專用淬(cuì)火油經(jīng)過長期使用後低溫冷卻速度都會(huì)逐(zhú)漸變慢。當使(shǐ)用時間更長時，工件淬火效果也會明顯變差。油的穩(wěn)定性好，變質得慢(màn)；油的穩定性差，變質就快。油的使用溫度越高，油變質的越快。配備循環冷卻系統，使油溫穩定在适當範(fàn)圍(wéi)，并通過槽内的循環攪拌防止局部(bù)過熱等措(cuò)施都可減(jiǎn)慢油變質速度，延長油的使用(yòng)壽命。

不同介質(zhì)的變質快慢除受介(jiè)質(zhì)的品種(zhǒng)不同(tóng)和品質差(chà)異的影響以外(wài)，還有一個(gè)共同的影響因素，那就是相同時期内，淬火工件的量越多，淬(cuì)火液變質(zhì)就越嚴重。在許多(duō)情況下，這裡所說淬火(huǒ)工件的量應當是指已淬火工(gōng)件的總的表面積。工(gōng)件越小，相(xiàng)同重量的總表面積就(jiù)越大，淬(cuì)火介質變質就越多。

管理問題也是影響齒輪淬(cuì)火質量不(bú)可忽視的大問題(tí)。除了應當(dāng)嚴格按工藝操作外(wài)，淬火介質的管理，尤其是(shì)防止污染關系(xì)重大。淬火油(yóu)混進了水、水乳化在油中，往往造成淬火硬度不(bú)足或淬火開裂。相反，PAG淬火液中乳化進了油有時也會引起(qǐ)淬火開(kāi)裂。淬火介質的顔色(sè)、透明(míng)度等方面的變化可以反應出它的變質情況。

測量(liàng)淬火油的粘度、閃(shǎn)點、殘炭、酸值等的變化也能(néng)确定變質程度。在變質造成的(de)影響中，與工件的熱處理效果關(guān)系最(zuì)大的是冷卻特性的變化。為(wéi)了保證齒(chǐ)輪的淬火冷卻效果，建議對所用淬火(huǒ)油和淬火介質作定期(qī)的冷卻特性檢測，并對介質的冷卻特性進行管理，一般小工廠沒有必(bì)要配備冷卻特性(xìng)測(cè)試儀，可以到配備了這種(zhǒng)儀器的單位去(qù)測量。淬火介質生産單位應當為用戶工廠進行這項檢測。

測定(dìng)淬火介質的(de)冷卻特性，最好是使用符合國際标準（ISO9950）的(de)冷卻特(tè)性儀。分析介質的(de)冷卻特性(xìng)應當看介質的冷(lěng)卻速度(dù)分布情況，而不是單看最高冷卻速度值。最高冷卻(què)速度(dù)相同，或到300℃的冷卻時間相同的介質，因為它(tā)們冷卻速度分布情況不(bú)同，它們的熱(rè)處理效果可能有很大差别。前面(miàn)已經簡單談到介質冷卻速(sù)度分布特(tè)點與其冷卻效果(guǒ)的關系。在長(zhǎng)期生産中記錄同類工件的淬火硬(yìng)度，硬化深度以及(jí)淬火變形(xíng)情況，分析它們的變化(huà)趨勢，使我們能了解(jiě)淬火介質冷卻特性的變(biàn)化規律。有了這些記(jì)錄，不僅(jǐn)能幫助我們控制(zhì)介質的冷卻特性，還可以幫助(zhù)分析引起(qǐ)現場熱處理事故的原因，從而及時解決該質量問(wèn)題。前(qián)面談到，介(jiè)質變質是不可避免的。

使(shǐ)用時間不長、或淬入工(gōng)件的量還不多時，變(biàn)質程度較小，從工件的淬(cuì)火效果上反(fǎn)應不出介質的變質問題。淬火(huǒ)量進一步增加，變(biàn)質程度加大到工件淬火達不(bú)到要求時，變(biàn)質問題就真正出現了。淬(cuì)火量繼(jì)續增大，變質更多，工件淬火質量就更(gèng)差。水溶性淬火介質變質後可(kě)能出現的問題主要是工件淬火硬度過高以(yǐ)緻工(gōng)件淬裂。因此，水溶性淬火(huǒ)液變質程度可以從同類工件的淬火硬度的變化趨勢上作(zuò)監視，最好能在出現淬(cuì)裂之前采取措施。

專用淬(cuì)火(huǒ)油使用中變(biàn)質後，可能出現的問題(tí)主要是工件淬火硬度偏低、硬化深度不足和出現較大的變形。因此，可以根據工件的硬度(dù)和硬化深度的變化趨勢對淬火油的變質程度進行監(jiān)測。淬火介質變質後，繼續補加原來的新介質能不能使淬火液的冷卻特性得到恢複呢？這個問題的回答是：有的介質能，有的介質不能。

對于濃度可調節的水性淬火介質，如PAG類水溶性淬火液，在了解其變化規律的基礎上一般多能通過補加原來(lái)用的(de)新介質使冷卻特性恢複到新配時的水平。固定了配方比例(lì)的水性淬火液，不能。普通淬火油和專用淬(cuì)火油也不能。淬火(huǒ)油變質後，隻繼續加入原來的新淬火油一般不能使油的冷(lěng)卻特性恢複到(dào)新油的水平。然而，在(zài)了解了油的變化規律後(hòu)，卻可以通過改性添(tiān)加劑使油的冷卻特性得到恢複。