最常见的金属快速淬火方法是将其浸入搅拌的盐水（咸水）中。剧烈的搅拌以及盐晶体破坏金属表面绝缘蒸汽气泡形成的方式，使得在典型的车间或工业环境中能够实现最快速的散热。
虽然搅拌盐水提供了最高的冷却速率，但一味追求速度往往是误导。淬火的真正目标是使特定金属冷却得足够快，以达到所需的硬度——而不是更快——因为过快的速度是导致开裂和变形的主要原因。
淬火如何产生硬度
要了解淬火速度，您必须首先了解我们为什么要淬火。这个过程是为了将钢中的特定晶体结构固定下来。
目标：锁定马氏体结构
当您将钢加热超过其临界温度（称为奥氏体化状态）时，其内部晶体结构会转变为奥氏体，奥氏体可以溶解大量的碳。
如果缓慢冷却，碳会从固溶体中析出并形成像珠光体这样的软结构。为了使钢变硬，您必须快速冷却，使碳原子被困住，迫使铁晶体形成一种坚硬、脆性且高度应变的结构，称为马氏体。
敌人：蒸汽套
快速冷却的最大障碍是莱顿弗罗斯特效应。当热金属进入液体淬火剂时，它会立即汽化周围的液体，形成一层绝缘的蒸汽毯。
这种“蒸汽套”会显著减缓热传递。成功的淬火取决于尽快通过这个阶段。
关键：临界冷却速率
每种钢材都有一个临界冷却速率——这是绕过软结构形成并形成硬马氏体所需的最小速度。目标是选择一种淬火剂，使其达到或略微超过您的特定合金的这个速率，但不要过分超过，以免引入破坏性应力。
淬火速度的等级
淬火剂并非都一样。它们的散热能力因其物理特性而异。
第一级：搅拌盐水（最快）
盐水比普通水快，因为盐晶体剧烈地破坏蒸汽套。当蒸汽气泡形成时，它们会立即破裂，确保液体始终与金属表面接触。这提供了极其剧烈和快速的冷却。
第二级：水和聚合物
水由于其高热容量而是一种非常快的淬火剂。然而，它容易形成稳定的蒸汽套，如果不安置剧烈搅拌，可能导致冷却不均匀和软点。
聚合物淬火剂是一种现代解决方案，可以通过改变水中聚合物的浓度来调节冷却速率。它们弥补了水和油之间的差距，提供了更多的控制并降低了开裂的风险。
第三级：油
油比水慢得多。这是一个有意的特性，而不是缺陷。蒸汽相不太稳定，整体冷却速率更温和，这大大减少了零件的热冲击。这对于非常容易开裂的高碳和高合金钢至关重要。
第四级：空气或惰性气体
某些高合金钢，被称为“空冷硬化”钢，其临界冷却速率非常慢，以至于它们只需在静止或强制空气中冷却即可硬化。这是所有淬火中最温和的，并且变形量最小。
了解权衡：为什么“最快”是危险的
选择对您的钢材来说过快的淬火剂是热处理中最常见和代价最高的错误之一。
热冲击和开裂的风险
当您淬火一个零件时，表面几乎立即冷却并收缩，而核心仍然很热并膨胀。这会产生巨大的内部应力。如果冷却速率过于极端，这种应力将超过材料的强度，零件将开裂，通常会发出可听见的“砰”声。
翘曲和变形的问题
即使零件没有开裂，不均匀或过快的冷却也可能导致其翘曲和变形。一个完美加工的零件在热处理后如果不再符合其所需尺寸，就会变得毫无用处。
搅拌的重要性
无论使用何种淬火剂，搅拌都至关重要。上下或左右移动零件（而不是旋转）或拥有一个泵送淬火剂的系统有两个目的：它机械地破坏蒸汽套，并确保冷却的液体不断地被带到零件表面。这促进了快速、均匀的冷却。
为您的钢材选择合适的淬火剂
最佳淬火剂是钢材合金含量、零件横截面厚度以及您对变形的容忍度的函数。
- 如果您的主要目标是硬化简单的低合金钢（如10xx系列）：可能需要盐水或水来超过临界冷却速率，但您必须接受更高的变形或开裂风险。
- 如果您的主要目标是安全地硬化高碳或工具钢（如O1、W1或52100）：正确选择的淬火油是防止灾难性失效的正确选择。
- 如果您的主要目标是在复杂或高精度零件中最大限度地减少变形：聚合物或油淬火提供了实现硬度同时保持零件几何形状所需的控制。
- 如果您正在使用未知钢材：始终先从最慢的淬火剂（油）开始。如果它没有硬化，您可以重新硬化并尝试更快的介质，但您无法消除裂纹。
有效的淬火不是一场速度竞赛，而是对冷却的精确控制，以适应您材料的特定需求。
总结表：
| 淬火剂类型 | 相对速度 | 最适合 | 关键考虑因素 |
|---|---|---|---|
| 搅拌盐水 | 最快 | 低合金钢 | 开裂/变形风险高 |
| 水/聚合物 | 快 | 低至中合金钢 | 需要搅拌以确保均匀性 |
| 油 | 慢 | 高碳和工具钢 | 最大限度地减少开裂和翘曲 |
| 空气/气体 | 最慢 | 空冷硬化钢 | 变形最小，适用于特定合金 |
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