3．改善工件的局部冷却状况

在工件上冷速过快的部分加冷的或热的附板以减少这些部位的淬火冷却速度，可以使工件冷却速度带伸入第Ⅰ冷速区的部分向右缩进第Ⅱ冷速区。相反，当工件上某些参与淬火变形部位冷速过慢时，又可以通过向这些部位多分配些液流，以增大冷速，使这些部位对应的、伸入第Ⅲ冷速区的冷却速度带向左收缩，进入第Ⅱ冷速区内。本文图3所举大圆锯片用水溶性淬火液淬火中，就是同时采取了在圆锯片外沿加冷附板和向圆锯片近中间部位多分配水流的方法来解决的淬裂、淬硬和变形问题。另外，有一种20Cr汽车后桥齿轮，渗碳后直接在机油中淬火，发现有较严重变形；内孔涨大、失圆，内外圆翘曲，公法线长度变化，使产品合格率很低。剖切取样测量其内外表面的硬度发现，渗碳的齿面硬度58～61HRC,未渗碳的内孔侧面淬火硬度不均,壁厚处约20HRC,壁薄处约30HRC。

考虑到该齿面淬火硬度已足够高，无淬裂，说明该工件渗层部位已落入第Ⅱ冷速区，因而把研究的目标集中到齿轮的内侧面。内侧面未渗碳，取20Cr钢的端淬曲线中间值，画出其硬度-冷速分区图，由于硬度曲线随冷速降低变化很大，按本文后面将提到的原因，20Cr钢属易变形钢种，其第II冷速区很窄。工件内侧对应的冷却速度带大部分落入其第Ⅲ冷速区。

根据这种分析可以判定，该齿轮发生淬火变形的原因，主要是淬火中内侧部位冷速不足。在生产中造成内侧冷速慢的原因是，渗碳中工件串堆太高，且挂具底板上无通孔，淬火时串堆的齿轮已相当于一个平底杯子，底朝下淬入油中。由于"杯"内油的流动性不好，"杯"的内侧散热慢，内侧表面较长时间受蒸气膜笼罩，结果造成齿轮内外过大的冷速差，从相应的冷速带看，外面齿部在第Ⅱ冷速区，而内面在第Ⅲ冷速区。

又因串堆在一起的齿轮有的在"杯口"，有的在"杯中间"，有的在"杯底"，冷却情况差别较大。结果，各个齿轮的变形情况又有不同，使得该工件的变形很不规律。串堆的齿轮越多，这种差别也越大。解决这种淬火变形的措施共三项：

⑴　改用蒸气膜阶段较短的专用快速淬火油，以加快"杯"内的冷却速度；

⑵　适当减少串堆齿轮件数(即"杯"的高度)，以减少串堆中不同部位的冷速差异；

⑶　在挂具底板上多开通孔，以加快"杯"内淬火油的循环流动。采取这些措施后，该类齿轮的淬火变形问题得到了解决。

4．马氏体分级淬火控制淬火变形

马氏体分级淬火能控制淬火变形的原因。由于是一冷到底，工件表面和心部的冷却进程相差很大，因此工件的内应力大，淬火变形也就大。

高于Ms点的马氏体分级淬火工艺的，由于经过高于Ms点温度的分级处理，工件表面和心部的温度基本一致，再缓慢冷却，发生马氏体转变时，工件内外温差大大减小，结果，淬火变形也小。低于Ms点的分级淬火工艺的示意图，其减小淬火变形的原因与解释基本相同。

按照本文提出的方法，马氏体分级淬火控制淬火变形的原因，应改用工件冷却速度带的位置和宽度来加以说明。图9是对普通淬火的工艺的分析。

前面所举大圆锯片的例子中,采用水溶液时边沿齿口部淬裂，而近中间部位又淬不硬。边沿部位水温低，又受冲刷，冷却速度过快，是边沿缺口部位淬裂的原因。圆锯片中间部位水温远比边沿部位高，相应地淬火冷却速度低，是这些部位淬不硬并从而引起变形的原因。对于这样的淬裂与变形问题，除采取前述在边沿部位加护板，降低冷速，同时在中间部位安设喷水管适当分配水流来提高冷速外，还可以采用专配快速淬

和前面的分析方法不同的是，两条冷却曲线代表的不再是工件的"表面"和"心部"的冷却过程，而是工件上参与淬火变形部位的"快端"和"慢端"的冷却过程。由于是一冷到底，在对应的硬度-冷速曲线上，冷却速度带的快端伸进了第I区，这就引起了超差的淬火变形。快端向右退缩，至完全进入第II冷速区，变形问题也就解决了。

按照这种分析方法，解决这类工件淬火变形问题的方法就是使冷却速度带的两端向右缩进到第II区。马氏体分级淬火用以减小冷却速度带的宽度，并使其完全进入适度冷速区。普通淬火的工艺过程(a)和 相应的冷却速度带位置(b) 和(b)分别是用本文的方法对高于与低于Ms点的马氏体分级淬火控制变形作用的分析。可以看出，马氏体分级淬火使冷却速度带的两端向右退缩，至完全进入第II冷速区，变形问题也就解决了。

这里用到的也是工件上参与淬火变形部位的冷却速度带的快端和慢端，而不是工件的表面和心部。实际上，淬火冷却中，除标准的圆球并能完全均匀地冷却球面各部分的情况外，工件表面各部分的冷却速度相差是很大的，尤其是形状复杂的工件。实际生产中很难找到相当于图6到图8中"表面"的冷却过程曲线。所谓冷却速度相差很大，不少钢件在水中淬裂、变形，而在机油中却淬不硬且发生变形。

在自来水中加入适量水性淬火剂，可以在一定程度上降低自来水的冷却速度。而以矿物油(机油)为基础做添加配成的淬火油，又可以使油的冷速增大。这些都为控制淬火变形提供了条件。

有些水性淬火剂可以通过调节浓度来改变水溶液的冷却速度。以PAG淬火液为例,15%时的300℃冷速约为20℃／s，相当于某些超速淬火油。而浓度为9％时的300℃冷速约为50℃／s，相当于饱和氯化钙水溶液。而当浓度降低至5～7％时，300℃冷速增大至70～80℃／s，就与所谓的三氯或三硝淬火液相当了。于是，可以通过提高淬火液浓度使工件的冷速带向右移，也可以通过降低淬火液浓度来使工件的冷速带向左移。所举的淬火变形例，其产生淬火变形的原因是工件冷却速度带的右端伸入了第Ⅲ冷速区。具体的说，当进行水淬时，该工件的两端冷得快而避开了其过冷奥氏体冷却转变的"鼻尖"位置，随后在油中继续冷却时转变成了马氏体。但是，筒体内面近中间部位在水淬中尚未冷到"鼻尖"位置对应的温度，因此，在随后的油冷中产生了相当量的非马氏体组织。解决这一淬火变形的办法，是改用6％的PAG淬火液做单液淬火，一冷到底，且在淬火冷却中使淬火液做适当循环流动，以提高筒体内部的冷却速度。这一解决办法，实现的是使冷却速度带伸入第Ⅲ冷速区的部位向左收缩进其第Ⅱ冷速区。采用这种做法后，淬火操作简化了，淬火硬度高而均匀，没有淬裂，淬火变形消失了。

好的水性淬火液，其淬火冷却的高温冷速大多较高，即蒸气膜阶段较短且不稳定。因此，评价水性淬火液的冷却特性，主要看它的300℃冷却速度。淬火油多有较长且相当稳定的的蒸气膜阶段，因此，评价油的冷却特性应当看的是整个冷却速度分布，包括蒸气膜阶段长短、最高冷速大小和出现最高冷速的温度高低、以及对流开始温度等。不能单以其最高冷速的大小来评价油的冷却能力。从冷却速度曲线上容易看出，所谓"最高冷却速度"只存在一瞬间，对工件的淬硬效果作用不一定大。