一.淬火介質(zhì)的種類

常見的淬火介質(zhì)主要包括水、油以及合成液（有機(jī)聚合物）三類。其中，油類淬火介質(zhì)通常被稱作淬火油（quench oil），其主要由基礎(chǔ)油與一些添加劑組成，基礎(chǔ)油作為主要組分，多源自石油餾分。淬火油在淬火工藝中主要發(fā)揮兩大作用：一是調(diào)控淬火過程中的熱傳遞效率與冷卻速率；二是對(duì)工件形成潤濕效果，避免金屬在不同溫度階段因冷卻不均而產(chǎn)生變形、開裂等缺陷。

二.淬火過程

淬火過程分為三個(gè)階段：

1.蒸汽膜階段（vapor phase）：經(jīng)過加熱后處于高溫的金屬工件浸入到淬火油中，由于工件溫度很高，剛進(jìn)入淬火油里時(shí)，周圍的淬火油立即因高溫而汽化，淬火油在工件周圍會(huì)形成一層蒸汽膜，由于蒸汽的導(dǎo)熱性差，因此被蒸汽膜隔絕的工件冷速是很慢的。隨冷卻的進(jìn)行，工件溫度不斷下降，膜的厚度及其穩(wěn)定性也逐漸變小，直至破裂消失。影響蒸汽膜穩(wěn)定的因素有：金屬工件的形狀規(guī)則程度、淬火油的氧化程度、淬火油的濕潤增速劑、油里存在的輕質(zhì)易揮發(fā)餾分。

2. 沸騰階段（boiling phase）：當(dāng)工冷卻下來后，蒸氣膜破裂時(shí)，工件就與淬火油直接接觸。淬火油在工件表面激烈沸騰，帶走了大量的熱量，這個(gè)階段冷卻速度最快。從第1階段轉(zhuǎn)換到第2階段的溫度，以及第2階段的冷卻速度主要取決于淬火油的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)工件冷卻至淬火油的沸點(diǎn)時(shí)，沸騰階段結(jié)束。

3. 對(duì)流冷卻階段（convection phase）：當(dāng)工件和淬火油交界處的溫度低于淬火油的沸點(diǎn)時(shí)，沸騰逐漸消失，開始進(jìn)入依靠對(duì)流傳熱的方式進(jìn)行冷卻，冷卻速度和淬火油的粘度有關(guān)，粘度小，淬火油流動(dòng)性好，冷卻速度較快，粘度大，冷卻速度較慢。油如果氧化變質(zhì)，粘度會(huì)產(chǎn)生變化，先期粘度會(huì)降低，隨著油的氧化變質(zhì)，粘度逐漸增加。

三.淬火油的使用和維護(hù)：

1.淬火油的維護(hù)：淬火油氧化的過程中會(huì)生成油泥和漆膜，在淬火時(shí)，這些物質(zhì)在金屬表面并非均勻分布，導(dǎo)致金屬表面的冷卻速度不均勻，造成金屬淬火后形變。因此，淬火油應(yīng)該具有良好的熱氧化安定性，同時(shí)應(yīng)監(jiān)測淬火油的氧化程度，及時(shí)更換淬火油。

淬火油受到污染也會(huì)導(dǎo)致冷卻速度不均，包括水和其他油類、雜質(zhì)等。以水為例，水進(jìn)入淬火油后，由于油水不容，并且粘度、沸點(diǎn)等理化性質(zhì)的差異，導(dǎo)致冷卻速度不均勻。因此，淬火油在使用中，要預(yù)防油品受到污染。

通過上文對(duì)淬火過程的簡述，我們對(duì)淬火油的作用和重要性有了初步了解，為了保證良好的淬火效果，我們有必要監(jiān)測淬火油的油質(zhì)狀態(tài)，并對(duì)淬火油進(jìn)行正確的維護(hù)。除了現(xiàn)場做好油的檢查和維護(hù)措施，還需要對(duì)油質(zhì)進(jìn)行檢測，幫助我們科學(xué)地了解淬火油的油質(zhì)狀態(tài)，指導(dǎo)我們科學(xué)地維護(hù)、更換淬火油，避免淬火不良帶來的損失。

2.淬火油的主要物理性質(zhì)指標(biāo)：

要了解淬火油的油質(zhì)，我們需要檢測一些主要物理性能指標(biāo)，包括粘度/黏度（viscosity）：ASTM D445、水分（water content）:ASTM D6304、總酸值（acid number）:ASTM D664/ASTM D974、沉淀值（precipitation number）:ASTM D91、閃點(diǎn)（flash point）：ASTM D92或ASTM D93，添加劑元素檢測（Elemental analysis）：ASTM D4951/ASTM D6595，淬火速度（GM Quenchometer）:ASTM D3520，具體的檢測項(xiàng)目和檢測標(biāo)準(zhǔn)如下表：

檢測項(xiàng)目	檢測標(biāo)準(zhǔn)	描述
粘度	ASTM D445	淬火油的氧化會(huì)使油的粘度增加，降低淬火油的熱傳導(dǎo)率
水分	ASTM D6304	水分會(huì)影響淬火速度，一般情況下，水分含量的增加量不能超過2%
閃點(diǎn)	ASTM D92/ASTM D93	閃點(diǎn)應(yīng)至少比淬火油溫度高出90攝氏度，閃點(diǎn)降低的程度不能超過原閃點(diǎn)的10%
酸值（AN）	ASTM D664/ASTM D974	酸值能體現(xiàn)淬火油的氧化程度以及淬火油里的酸性物質(zhì)含量，酸值增加不能超過1mg   KOH/gm
沉淀值	ASTM D91	沉淀值可以體現(xiàn)淬火油里的油泥、漆膜等氧化產(chǎn)生的有害物質(zhì)，一般來說，沉淀值的增加量不得高于10%
添加劑元素檢測	ASTM D4951/ASTM D6595	通過檢測添加劑里的有機(jī)金屬含量，了解添加劑的消耗和流失情況，添加劑成分中的金屬元素（如鈣、鈉）降低量不宜超過10%
淬火速度	ASTM D3520	淬火速度檢測。已經(jīng)投入使用的淬火油一般不檢測此項(xiàng)目，檢測結(jié)果一般是12~30秒

注：除了檢測淬火油的物理性質(zhì)，有些時(shí)候還需要對(duì)照冷卻特性曲線進(jìn)行分析，行業(yè)內(nèi)推薦用瑞典IVF冷卻特性測試儀比較多一些，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好。

四.淬火油性能指標(biāo)的應(yīng)用意義：

1.粘度：前面提到過，淬火油的粘度對(duì)淬火效果具有重要影響，為了便于監(jiān)測淬火油的粘度和解決淬火油的問題，應(yīng)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，繪制一張淬火油的粘度變化隨著時(shí)間推移的變化趨勢圖，實(shí)際使用中，定期檢測淬火油的粘度，通過參考圖表便于我們發(fā)現(xiàn)油的粘度變化趨勢。

2.水分：淬火油里的過量水分會(huì)影響淬火效果，造成金屬上出現(xiàn)局部軟點(diǎn)，硬度不均、變形、瑕疵、甚至開裂，也可能造成淬火油飛濺，發(fā)生火災(zāi)。油里含有水分，受熱汽化后造成體積激增，出現(xiàn)突沸，增加了火災(zāi)危險(xiǎn)。油里有水，會(huì)聽到爆裂聲，這是一種現(xiàn)場定性監(jiān)測的方法。準(zhǔn)確檢測水分的方法有兩種：ASTM D6304（卡爾費(fèi)休水分檢測）或者ASTM D95。使用水分檢測儀自己在現(xiàn)場檢測要注意一點(diǎn)：很多水分檢測儀的檢測精度不夠，一般只有當(dāng)水分含量達(dá)到0.5%才能測出來，而根據(jù)ASTM D6710，淬火油里的含水量應(yīng)控制在0.1%以內(nèi)。

3.閃點(diǎn)：閃點(diǎn)主要關(guān)乎安全問題，閃點(diǎn)是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，油表面揮發(fā)出來的油氣發(fā)生閃燃的最低溫度。

閃點(diǎn)的檢測有兩種方法：開口閃點(diǎn)（open-cup flash point）和閉口閃點(diǎn)（closed-cup）檢測。油在受到高溫時(shí)會(huì)逐漸發(fā)生裂解，產(chǎn)生一些易燃的輕質(zhì)油分，揮發(fā)出來，因此，熱裂解是油閃點(diǎn)降低的原因之一。閉口閃點(diǎn)對(duì)應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)是ASTM D93，檢測中，油是處于一個(gè)封閉的空間內(nèi)進(jìn)行檢測，受熱過程中產(chǎn)生的易燃輕質(zhì)油分不能逃逸，因此更易閃燃，測量出來的閃點(diǎn)就比較低。開口閃點(diǎn)則在非封閉空間進(jìn)行檢測，易燃的輕質(zhì)油分容易逃逸，因此測定出來的閃點(diǎn)要高。開口閃點(diǎn)常用的檢測標(biāo)準(zhǔn)是ASTM D92，即克利夫蘭開口閃點(diǎn)檢測（Cleveland Open-Cup）。檢測時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用工況，選擇條件相似的檢測標(biāo)準(zhǔn)。在使用中，閃點(diǎn)應(yīng)高于油溫90攝氏度以上。

4.酸值：油類在氧化的過程中，會(huì)產(chǎn)生一些酸性副產(chǎn)物，通過油液檢測，這些酸性物質(zhì)可以檢測出來，酸值（AN）檢測是監(jiān)控氧化常見的方法，另一種方法是紅外光譜，也能監(jiān)測油的氧化。

油泥：油泥是淬火油使用中大的問題之一，主要的危害是造成冷卻不均，引起工件形變、開裂。油泥是淬火油氧化產(chǎn)生的副產(chǎn)物，與淬火油的油質(zhì)有很大關(guān)系，另外保持淬火油的干凈也可以減少油泥問題。油泥除了影響工件質(zhì)量，還影響淬火油本身，少量的油泥就可以很大程度加劇油的氧化，反過來產(chǎn)生更多油泥。另外，油泥還會(huì)降低冷卻器的冷卻效果，對(duì)濾芯造成堵塞。而冷卻器工作不良會(huì)引起一系列后果：溫度過高、引起火災(zāi)隱患，淬火油泡沫增加、進(jìn)一步影響淬火效果、造成淬火油溢出等不良后果。

前面提到過，油泥可以通過ASTM D91方法進(jìn)行監(jiān)測。

5.添加劑元素檢測：淬火油里有一些添加劑，添加劑對(duì)淬火油的性能有著重要影響，如果添加劑耗盡，需要及時(shí)更換淬火油，對(duì)淬火油里剩下的金屬元素濃度進(jìn)行檢測，可以測定添加劑的消耗情況，常見的檢測方法是ASTM D4951或者ASTM D6595。

6.淬火油冷卻性能檢測：鎳合金探頭試驗(yàn)方法（Nickle Ball/GM Quenchometer Test）是一種測定淬火油冷卻性能的傳統(tǒng)方法（ASTM D3520），雖然這種方法沿用已久，可以檢測出淬火速度，但是本身存在一些不足，例如不能反映出淬火油的冷卻路徑，目前已被ISO 9950或者ASTM D6200取代，這兩種方法對(duì)淬火油的冷卻曲線進(jìn)行分析，能體現(xiàn)出冷卻路徑，讓我們可以了解淬火油對(duì)鋼鐵的冷卻淬硬作用。在實(shí)際運(yùn)用中，很多時(shí)候我們需要把冷卻曲線分析和淬火油的物理性質(zhì)檢測結(jié)合起來解決問題。

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