影响淬火介质冷却能力的因素

三、影响淬火介质冷却能力的因素

淬火介质的冷却能力指介质从淬火工件表面吸取热量的能力。淬火介质冷却能力的强弱，主要决定于介质的组成及其物理化学性能。

1．介质的物理化学性能对其冷却能力的影响

(1)比热。介质的比热越大，冷却能力越强。

(2)导热系数。介质的导热系数越大，冷却能力越强。

(3)黏度。介质的黏度越低，冷却能力越强。

(4)汽化热。介质的汽化热越大，冷却能力越强。水在100℃时汽化热为2.26×10⁶ J/kg，而一般矿物油为0.21×10⁸ J/ kg，故水比油的冷却能力大得多。

(5)蒸汽压。介质的蒸汽压越低，液体越不容易汽化，因而使介质由工件吸收的热量增多，冷却能力增强。

此外，介质沸点的降低，表面张力的减小都会使其冷却能力增加。

介质的物理化学性能主要由其构成物所决定。往水或油中加入各种添加剂均可改变其物理化学性能。

2．外界因素对介质冷却能力的影响

(1)温度。

水及一些水溶液的冷却能力通常随温度的升高而急剧下降，最大冷却速度所对应的温度区间向下移动。淬火油随油温的升高流动性增加，冷却能力有随之提高的趋势，但影响幅度不大，只有黏度较大的油，这种影响才较为明显。

(2)循环和搅拌。

介质的循环搅拌和工件的窜动都能破坏蒸汽膜，促使沸腾冷却阶段提前到来，因而可提高介质的冷却能力和工件冷却的均匀性。相对运动速度越大，这种影响越强烈。但速度过大，将在工件截面变化处形成涡流，造成局部冷却不均匀。实践证明，介质以适当的速度循环和搅拌对避免形成软点、减小畸变和避免开裂均有较好的作用。

(3)压力。

气体或液体介质以较高的压力通过工件表面，带走热量的速度比常压下快，尤其是在喷冷淬火时，压力越大，介质冷却能力越强。用于真空热处理炉的高压氮气强烈循环淬火，其冷却能力比常压时可提高3倍以上。

(4)工件几何形状及表面状态。

图2－5　齿轮在静止淬火液中冷却时表面主要冷却参量及温度分布

1．齿轮心部向表面传热的热流速度取决于温度及时间　2．蒸汽膜　3．附着的气泡缓慢压缩　4．蒸汽泡的凝结和逸出

同样体积的工件表面积越大，冷却越快。粗糙表面比光滑表面冷却要快。工件表面黏附盐壳，极薄的氧化膜或无水硼砂等，在冷却时具有促进蒸汽膜破裂的作用，可加快冷却速度。在工件表面附有聚合物或塑料膜时，会延长蒸汽膜阶段，使冷却减慢。

此外，钢材成分也会影响其冷却速度，钢中合金元素含量增高，会使其导热率降低，冷却减慢。

图2－5是齿轮在淬火介质中冷却时表面主要冷却参量及温度分布。