本文介紹了熱處理淬火評(píng)估的試驗(yàn)方法，淬火烈度在熱處理工藝中的應(yīng)用，基礎(chǔ)油及添加劑在淬火油生產(chǎn)中的重要性及作用，并提出了淬火油的選擇原則以及驗(yàn)收和維護(hù)方法。
淬火油在鋼件熱處理過程中占有極其重要的地位，目前仍是應(yīng)用最廣的淬火介質(zhì)之一。淬火油與其他工業(yè)油，如切削油等比較使用條件更苛刻，對(duì)熱氧化安定性的要求更高。隨著石油工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，淬火油的發(fā)展也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，在一定的熱處理過程中理想的淬火油應(yīng)當(dāng)具有如下特性：
1. 合理的冷卻速度分布，力求在達(dá)到最大硬化特性的同時(shí)將工件潛在的變形和開裂降至最低；
2. 在鋼零件上油渣形成量最小，油渣沉淀最低；
3. 盡可能低的粘度使零件表面帶出油量的損失降低；
4. 盡量避免在受熱過程中產(chǎn)生酸性物質(zhì)，防止鋼件表面變色；
5. 不含并且在受熱過程中不產(chǎn)生對(duì)人體健康和環(huán)境有害的物質(zhì)；
6. 廢油易于回收處理。

淬火介質(zhì)的試驗(yàn)方法
美國金屬手冊(cè)認(rèn)為：對(duì)淬火介質(zhì)的試驗(yàn)方法可分為兩類，即硬化能力（冶金特性）和冷卻能力測(cè)試（熱特性）。這兩個(gè)試驗(yàn)是不一樣的，因硬化特性主要與淬火鋼的尺寸、組織和成份有關(guān)。也就是說，硬化能力是指在一定的淬火介質(zhì)攪拌和溫度狀態(tài)下，對(duì)給定的材料截面尺寸，淬火鋼件能達(dá)到規(guī)定硬度的能力。
影響淬火硬度的主要因素包括：材料的化學(xué)成分、組織以及金屬零件的熱加工過程；金屬零件的截面尺寸、幾何形狀和表面狀態(tài)；淬火介質(zhì)的性質(zhì)；淬火溫度以及溫度的空間/時(shí)間分布；淬火介質(zhì)的攪拌、流速以及流速的空間/時(shí)間分布。
目前常用的硬化能力試驗(yàn)主要有：末端淬火試驗(yàn)和浸入淬火試驗(yàn)。冷卻能力試驗(yàn)主要有：冷卻曲線測(cè)試、磁性測(cè)試、熱絲測(cè)試和5s測(cè)試。在冷卻能力試驗(yàn)方法中，目前除了探頭冷卻曲線測(cè)試方法之外，其他方法的共同弱點(diǎn)是無法測(cè)定冷卻速度在時(shí)間上的分布，因而與實(shí)際淬火過程相差較遠(yuǎn)。近幾年來，國際上對(duì)探頭冷卻曲線測(cè)試方法又在儀器上進(jìn)行了修改和完善，試圖將表面潤(rùn)濕情況考慮進(jìn)去，這樣就有可能更進(jìn)一步地深入了解和分析淬火冷卻過程的真實(shí)情況，從而對(duì)于冷卻介質(zhì)的性能作更為詳細(xì)和可靠的判斷。
鋼的淬火烈度評(píng)估和應(yīng)用
淬火介質(zhì)汲取熱鋼件的導(dǎo)熱能力通常用H值（淬火烈度）來表示。如果靜止水的H值為1.0，油、水以及鹽水在不同攪拌程度下的H值見表1。棒料直徑、硬化能力（末端淬火距離）以及H值的關(guān)系用Grossmann圖表示，如圖所示。

淬火工件
淬火烈度試驗(yàn)實(shí)際上就是浸入淬火試驗(yàn)，主要還是對(duì)淬火油和冷卻槽系統(tǒng)進(jìn)行鑒定，其具體作法是：對(duì)熱處理的每臺(tái)爐子及淬火設(shè)備，應(yīng)首先進(jìn)行淬火烈度試驗(yàn)。試樣是在此設(shè)備中待處理鋼種的最大圓棒（或當(dāng)量圓），長(zhǎng)度至少是其直徑的3倍。試樣淬火后，將棒料中心磨光，避免出現(xiàn)回火現(xiàn)象，然后在此截面測(cè)試硬度。中心點(diǎn)“淬火狀態(tài)”的硬度應(yīng)不低于表2所規(guī)定的與試樣直徑相對(duì)應(yīng)的（距淬火端距離）末端淬火淬透性曲線上的硬度。
舉例如下：4340鋼淬火烈度試驗(yàn)，確定待處理零件直徑為1.5in（1in=25.4mm）。則試樣尺寸為：φ1.5×4.5in，熱處理后在4.5in長(zhǎng)度方向中間切取，測(cè)試中心點(diǎn)硬度。根據(jù)表2，直徑1.5in，距淬火距離為9/16in。然后在4340有關(guān)手冊(cè)查得：4340距淬火端9/16in距離時(shí)硬度應(yīng)為HRC52～60。若測(cè)得硬度在HRC52～60范圍內(nèi)，則認(rèn)為該設(shè)備和油冷卻槽可處理4340鋼最大截面尺寸（當(dāng)量圓）為1.5in的零件。在國外，成熟的汽車制造企業(yè)生產(chǎn)中采用的“淬火烈度”試驗(yàn)是將材料、加熱設(shè)備、淬火油和淬火槽等要素結(jié)合起來，從而也保證了零件熱處理的質(zhì)量要求。
熱處理淬火油的基礎(chǔ)油和添加劑
1.基礎(chǔ)油
基礎(chǔ)油是淬火油最主要的成分，按淬火油質(zhì)量百分含量計(jì)算，基礎(chǔ)油占淬火油配方的95%以上。因此，基礎(chǔ)油質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響淬火油性能、使用壽命、人體健康與環(huán)保等。
美國石油協(xié)會(huì)（API 1509）將基礎(chǔ)油分為五類（見表3），其中：Ⅰ類為溶劑精制基礎(chǔ)油；Ⅱ類和Ⅲ類為加氫制取基礎(chǔ)油，具體工藝包括加氫裂化和加氫異構(gòu)化等，通過現(xiàn)代加氫技術(shù)生產(chǎn)的Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油幾乎無色，所含雜質(zhì)極低；Ⅳ類為PAO基礎(chǔ)油，即聚a-烯烴；Ⅴ類包含不能包括在Ⅰ-Ⅳ類中的其他基礎(chǔ)油。
福斯公司淬火油一般選用加氫基礎(chǔ)油，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）加氫裂化的基礎(chǔ)油其芳烴含量特別低。在天然的潤(rùn)滑油餾分中芳烴是反應(yīng)性最強(qiáng)的物質(zhì)，芳烴的氧化將引發(fā)鏈反應(yīng)，因此，芳烴含量高通常引起低閃點(diǎn)和高的成渣性。成渣將降低熱交換效應(yīng)，轉(zhuǎn)而可能引起零件淬火硬化不足。油泥的增加，在淬火時(shí)使用的冷油在熱交換時(shí)將降低油的流動(dòng)性。
（2）加氫裂化的基礎(chǔ)油純度高。例如：僅含很少量的雜原子（如硫、氮和氯等），這樣淬火油不會(huì)污染零件。高質(zhì)量石臘基礎(chǔ)油將使工件呈亮灰色，但如果基礎(chǔ)油中硫成分較高將會(huì)使工件呈現(xiàn)不可接受的黑色污斑，尤其真空熱處理零件表面更不允許油中酸性組分、殘?zhí)己退莸仁逛撝闹匾蛩卮嬖凇?/p>

（3）加氫裂化基礎(chǔ)油將油中大分子破裂成小分子，化學(xué)穩(wěn)定性高，抗氧化和熱穩(wěn)定性高，可使淬火油在保持長(zhǎng)時(shí)間使用情況下，性能指標(biāo)始終保持在合格范圍內(nèi)。
（4）加氫裂化可改善油品色調(diào)，去除臭味，改進(jìn)紫外線穩(wěn)定性，去除瀝青及其他致癌物。因此，福斯公司淬火油純凈透明，尤其真空淬火油無色透明。“像水一樣的油”不僅有益于環(huán)保，更有益于長(zhǎng)期在熱處理一線操作者的身體健康。
2.添加劑
如果不利用現(xiàn)代添加劑技術(shù)，淬火油的基礎(chǔ)油即使性能再好也滿足不了熱處理工藝對(duì)淬火的全部要求。這其中包括合理的冷速分布、使用壽命要求以及安全要求等。添加劑是某類化學(xué)物質(zhì)，對(duì)淬火油而言可提升其某些已有性能，消除不需要的性能或者引入新的性能。添加劑之間的某些相互作用可導(dǎo)致協(xié)同效應(yīng)，采用某些多功能添加劑可減少添加劑相互間干擾的可能性。
對(duì)于曾經(jīng)在行業(yè)中流行的片面強(qiáng)調(diào)加入添加劑對(duì)舊淬火油改造或提升性能的做法，筆者確實(shí)不敢茍同。通常淬火油性能變差并非全部是添加劑消耗或降解的結(jié)果，也可能由于頻繁使用或維護(hù)不當(dāng)使基礎(chǔ)油本身發(fā)生老化等。此時(shí)，加入添加劑即使短時(shí)間部分恢復(fù)了使用性能，也可能只是短時(shí)的“治標(biāo)不治本”。另外，如果對(duì)淬火油原使用添加劑情況不了解，就更不應(yīng)冒然行事。即使是確實(shí)需要加入添加劑時(shí)，也最好請(qǐng)?jiān)?yīng)商根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和實(shí)際需要來解決。總之，精心設(shè)計(jì)和優(yōu)化的添加劑系統(tǒng)，可大大改善和提高淬火油使用性能，但優(yōu)異的、高使用性能的淬火油配方，亦需要高品質(zhì)的基礎(chǔ)油。福斯公司淬火油使用的高度精制基礎(chǔ)油的成功應(yīng)用突出地詮釋了這一論點(diǎn)。
（1）抗氧劑 抗氧劑分為主抗氧劑（自由基清除劑）和副抗氧劑（過氧化物分解劑）。自由基清除劑在鏈成長(zhǎng)過程和活性自由基反應(yīng)中能成功地與淬火油分子競(jìng)爭(zhēng)，優(yōu)先與自由基氧化產(chǎn)物反應(yīng)，生成穩(wěn)定的自由基，這些穩(wěn)定的自由基可終止自動(dòng)氧化過程的發(fā)展。過氧化物分解劑將過氧化物轉(zhuǎn)變成非自由基產(chǎn)物，因而也就能制止鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，從而可最大程度延緩淬火油的氧化。
常用的抗氧劑有酚類（2.6-二叔丁基對(duì)甲酚）、芳香胺（烷基化二苯基胺）抗氧劑以及含硫和磷的各類化合物，如：二硫代磷酸鋅、三烷基亞磷酸鹽等。胺類和酚類抗劑混合使用能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。酚類抗氧劑（自由劑清除劑）和亞磷酸鹽（過氧化物分解劑）相互組合使用能起協(xié)同作用，也被認(rèn)為是高效抗氧劑，特別適用于加氫處理的基礎(chǔ)油。

（2）致冷劑（增速劑） 熱處理淬火時(shí)，尤其是相對(duì)硬化能力較低的鋼會(huì)出現(xiàn)珠光體，導(dǎo)致出現(xiàn)不可接受的低淬火硬度。因此，在淬火時(shí)為避免出現(xiàn)珠光體轉(zhuǎn)變，用一般的油就很難滿足要求，這就需要在油中加入多種增加冷卻速度的添加劑。
在油中加入增速添加劑提高了油在鋼中的濕潤(rùn)性（Wettability），而淬冷卻速度隨淬火油的濕潤(rùn)性提高而提高。液體在固體表面鋪展開的性能即為濕潤(rùn)性，而其濕潤(rùn)程度的量度即為接觸角。若固體是親液的則液體的α＜90℃，固體憎液則α＞90℃。
增速淬火劑對(duì)提高淬火油冷卻速度有著顯著效果。首先是提高了基礎(chǔ)油的濕潤(rùn)性，這個(gè)效果的大小由加入的添加劑或添加劑的組合和濃度所決定。同時(shí)，添加劑也可影響淬火油的其他性能，如成渣、著色等。這是因?yàn)樘砑觿┑淖饔迷硎翘岣吡擞驮阡摫砻娴臐駶?rùn)性。在使用過程中由于淬火油不斷地與熾熱的工件接觸，所以淬火油中的添加劑將有可能會(huì)降解或減少，因此要隨時(shí)監(jiān)察淬火油在使用過程中的變化。
(3)光亮劑 金屬零件熱處理淬火油冷后仍能保持光亮表面，這種淬火油稱為光亮淬火油。但要保證零件表面光亮，必須要保證金屬零件在熱處理加熱過程中表面不氧化、不脫碳且無污染。因此光亮淬火油一般被使用在有可控氣氛、真空加熱條件下的淬火。除此以外，淬火油基礎(chǔ)油應(yīng)不被污染。油中酸值、殘?zhí)己退莸榷际鞘逛摿慵砻嬷闹匾蛩?，?yīng)使之降至最低。這樣在淬火油中加入光亮劑，零件熱處理后，方能取得滿意的光亮效果。
淬火油光亮劑通常具有清凈（除垢）和分散作用，能使淬火油中不溶性燃燒產(chǎn)物處于懸浮狀態(tài)，還能預(yù)防氧化產(chǎn)物附聚成固體顆粒。添加劑中起分散作用的物質(zhì)將固體污垢物封裹形成膠態(tài)分子團(tuán)，預(yù)防煙垢粒子粘附在金屬表面上以及附聚成大粒子，從而達(dá)到清除金屬表面污垢物，達(dá)到光亮淬火目的。

熱處理淬火油的選擇和維護(hù)
1.熱處理淬火油的選擇
（1）熱處理淬火油的選擇應(yīng)根據(jù)制造零件的材料、尺寸和要求性能等；應(yīng)使淬火油提供的冷卻速度足以保證零件在無開裂情況下，使零件能充分硬化。此外，還應(yīng)考慮變形、成本等。
（2）依據(jù)熱處理工藝淬火方法，油的攪拌和冷卻、油的使用溫度等應(yīng)選擇最適宜的運(yùn)動(dòng)粘度以保證熱處理淬火零件冷卻均勻，清洗更方便、快捷，而油的帶出量又最小。
（3）淬火油在使用時(shí)必須不會(huì)引起著火。油的閃點(diǎn)被用作著火傾向的指示器，具有最大閃點(diǎn)的淬火油可將火災(zāi)危險(xiǎn)降至最低，這是選擇淬火油時(shí)必須考慮的。一般油的閃點(diǎn)要高出工作溫度80℃。
（4）凡是影響零件光亮度、可能引起設(shè)備腐蝕的酸值、殘?zhí)技八莸缺M可能降至最低。
（5）環(huán)境保護(hù)與人體健康，廢液處理。
2.熱處理淬火油的驗(yàn)收
（1）首先應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件對(duì)淬火油的物理化學(xué)性能如運(yùn)動(dòng)粘度、閃點(diǎn)、水份、酸值等以及相互穩(wěn)定的其他指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收。
（2）對(duì)淬火油所要求的冷卻特性如特性溫度、特性時(shí)間等，或直接要求提供冷卻曲線進(jìn)行驗(yàn)收。
（3）外觀檢查：加氫基礎(chǔ)油其外觀均為無色透明。因此用此類基礎(chǔ)油制造的淬火油，加之優(yōu)異的添加劑，那么熱處理淬火油應(yīng)該無懸浮、無沉淀，油色應(yīng)該清澈透明，福斯公司的真空淬火油就具有完全跟水一樣的外觀。淬火油外觀情況不單單是好看漂亮而已，它至少也可部分地說明淬火油基礎(chǔ)油的質(zhì)量、所使用添加劑的質(zhì)量，這也為淬火油在驗(yàn)收時(shí)提供了簡(jiǎn)便可行的考慮方法。
3.熱處理淬火油的維護(hù)
為了保證淬火油在生產(chǎn)中能長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，對(duì)淬火油及其冷卻系統(tǒng)均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和良好的維護(hù)。對(duì)使用中的淬火油除了要定期地按要求進(jìn)行物理化學(xué)性能、冷卻性能檢查外，對(duì)淬火油冷卻系統(tǒng)的維護(hù)也是不可缺少的。由于淬火冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、形狀、大小以及淬火方法均可有較大變化，很難對(duì)淬火冷卻系統(tǒng)建立起標(biāo)準(zhǔn)程序。但一些大型淬火設(shè)備典型的維護(hù)方法還是可以根據(jù)自身生產(chǎn)和管理的情況參照選擇執(zhí)行。
（1） 每天工作：檢查淬火槽的油液位線；檢查淬火油的使用溫度；檢查淬火油的油泵及流動(dòng)情況。
（2） 每周工作：在生產(chǎn)過程中檢查淬火油流速；檢查油溫控制儀及控制裝置。
（3） 每月工作：排干淬火油，清除沉渣。
（4） 每半年工作：檢查油冷卻系統(tǒng)管道及泵；需要時(shí)更換油過濾器；檢查儲(chǔ)存槽中沉渣、水泄漏和總體狀況；檢查油的污染情況。
對(duì)以上檢查均應(yīng)作好記錄，記錄包括日期、檢查項(xiàng)目、問題及采取措施等。
結(jié)語
從技術(shù)發(fā)展的角度來看，有學(xué)者曾經(jīng)比較樂觀地預(yù)測(cè)水溶性聚合物淬火介質(zhì)將能很快取代淬火油而成為最主要的淬火介質(zhì)。但長(zhǎng)時(shí)間的使用結(jié)果表明：到目前為止淬火油仍然被熱處理行業(yè)廣泛應(yīng)用著，換言之，淬火油仍然存在著聚合物淬火介質(zhì)所不能完全取代的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。淬火油產(chǎn)品技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展還需要產(chǎn)品供應(yīng)商和熱處理工作者的共同努力去完善。