工廠出現(xiàn)的這類質(zhì)量問題往往與齒輪的材質(zhì)、前處理、淬火加熱和淬火冷卻有關(guān)。在排除材質(zhì)、前處理和加熱中的問題后，淬火介質(zhì)及相關(guān)技術(shù)的作用就特別突出了。事實(shí)上，近年來國外對淬火冷卻的研究也證明，在改進(jìn)和提高熱處理質(zhì)量的工作中，最值得注意的正是淬火冷卻。

淬火冷卻大多是在液體介質(zhì)中進(jìn)行的。齒輪淬火用的通常是淬火油、水溶性淬火介質(zhì)和自來水。因此，下面將首先分析齒輪淬火冷卻可能出現(xiàn)的以上質(zhì)量問題與所用淬火介質(zhì)的特性和用法的關(guān)系，并指出解決不同問題所需淬火液的冷卻速度分布特點(diǎn)。隨后簡單介紹常用淬火介質(zhì)的冷卻速度分布特點(diǎn)和選用時的注意事項。

1、硬度不足與硬化深度不夠

淬火冷卻速度偏低是造成齒輪淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不夠的原因，但是，根據(jù)實(shí)際淬火齒輪的材質(zhì)、形狀大小和熱處理要求不同，又可以分為高溫階段冷速不足、中低溫階段冷速不足以及低溫階段冷速不足等不同情況。比如。對于中小齒輪，淬火硬度不足往往是中高溫階段冷速不足所致，而模數(shù)大的齒輪要求較深淬硬層時，提高低溫冷卻速度就非常必要了。

對于淬火用油，一般說，油的蒸氣膜階段短、中溫冷速快、且低溫冷卻速度快，往往能獲得高而且均勻的淬火硬度和足夠的淬硬深度。

工件裝掛方式對淬火冷卻效果也有明顯影響。要使淬火油流動通暢，并配備和使用好攪拌裝置，才能得到更好的效果。

提高所用淬火介質(zhì)的低溫冷卻速度，往往可以增大淬硬層深度。在滲層碳濃度分布相同的情況下，采用低溫冷卻速度更高的淬火油，往往獲得更深的淬火硬化層，因此，采用冷卻速度快的淬火油后，可以相應(yīng)縮短工件的滲碳時間，也能獲得要求的淬火硬化層深度。要求的滲碳淬硬層深度越大，這種方法縮短滲碳時間的效果越明顯。

2、淬火后心部硬度過高

這類問題可能與所選介質(zhì)冷速過快或介質(zhì)的低溫冷卻速度過高有關(guān)。解決辦法之一是改換淬火油來滿足要求。辦法之二是與淬火介質(zhì)生產(chǎn)廠家聯(lián)系，有針對地加入適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣斫档痛慊鹩偷闹械蜏乩鋮s速度。

3、淬火變形問題

淬火變形使不少工廠傷透了腦筋。按習(xí)慣，變形問題的解決通常要牽涉多個部門，解決的辦法往往是綜合措施。

提高淬火冷卻速度的措施也在該參考文獻(xiàn)中列出，應(yīng)用時只要合理選用相同作用方向的措施加上去。就可解決大部分齒輪的淬火變形問題。比如，齒輪的內(nèi)花鍵孔變形，往往是所選的淬火油高溫冷速不足，或者說油的蒸氣膜階段過長的緣故。提高油的高溫冷速并提高油在整個冷卻過程的冷速，一般就能解決內(nèi)花鍵孔的變形問題。對于中小齒輪，尤其是比較精密的齒輪，選好用好等溫分級淬火油是控制變形必不可少的措施。

4、齒輪的淬火開裂問題

這個問題主要出現(xiàn)在感應(yīng)加熱淬火中。選擇好水性淬火介質(zhì)，比如國內(nèi)外普遍采用的PAG類淬火介質(zhì)代替原來使用的自來水，問題便解決了。感應(yīng)加熱淬火采用PAG介質(zhì)。可以獲得高而均勻的淬火硬度和深而且穩(wěn)定的淬硬層，淬裂危險極小。

5、光亮問題

有這方面要求的場合，應(yīng)當(dāng)選用光亮淬火油或快速光亮淬火油。通常，光亮淬火油的光亮性好則冷卻速度不夠高，而冷卻速度很高的淬火油的光亮性則不夠好。此外，熱油的光亮性一般也較差，可以換新油或補(bǔ)加提高光亮性的添加劑。

當(dāng)前用于齒輪淬火的介質(zhì)主要是各種淬火油，水溶性淬火介質(zhì)和普通自來水。以下分別討論這些介質(zhì)在齒輪淬火中的選用方法和注意事項。

1、自來水

自來水是最經(jīng)濟(jì)而又清潔的淬火介質(zhì)。一些含碳量低、淬透性差且形狀簡單齒輪的調(diào)質(zhì)淬火和感應(yīng)加熱淬火，往往可以用自來水。作為淬火介質(zhì)，自來水的冷卻特性是：工件處于高溫階段時冷得很快，而到了工件處于低溫階段時冷卻得也很快。冷卻速度快可以使淬透性差和比較厚大的工件淬硬。這是自來水的優(yōu)點(diǎn)。

但是，用自來水淬火有三大缺點(diǎn)，第一是低溫冷卻太快使多數(shù)鋼種和工件容易發(fā)生淬裂。第二是工件高溫階段冷卻太快，比較細(xì)長與較薄的工件容易因?yàn)槿胨绞讲划?dāng)而發(fā)生淬火變形。第三，也是不少人容易忽視的缺點(diǎn)，是隨著水溫升高，淬火冷卻的蒸氣膜階段會逐漸增長，且工件處于中低溫階段時的冷卻速度也逐漸降低。由于這種原因，當(dāng)工件采取較密集的堆放方式入水淬火時，水只有穿過堆在外面工件之間的縫隙才能接觸內(nèi)面的工件。穿過外面的工件時水溫會逐漸升高。這樣，堆在外面的工件接觸的水溫低，而堆在內(nèi)部的工件接觸的水溫高。致使堆放在內(nèi)、外部的工件的淬火冷卻效果不同。外部的工件冷卻快，淬火后硬度高，并容易淬裂。堆放在內(nèi)部的工件經(jīng)受的冷卻慢，淬火后硬度低。工件堆放得越密集，淬火時水的流動越不通暢，這種差別就越大。這一缺點(diǎn)使自來水不適用于淬密集堆放的小工件。使用油淬火時，油溫提高，冷卻的蒸氣膜階段稍有縮短，而油溫升高使油的粘度降低流動性變好，有利于提高油的冷卻速度，能使堆放得較密集的工件內(nèi)外冷卻效果基本一致。應(yīng)當(dāng)說，這是用油淬火的一個優(yōu)點(diǎn)。

選用自來水作為淬火液時，應(yīng)當(dāng)知道它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。用好它的優(yōu)點(diǎn)，而避免它的缺點(diǎn)。設(shè)法控制好水的溫度。采取堆放方式淬火時，要設(shè)法使工件堆放得疏松一些，并通過攪動促使淬火液通暢地從工件之間流過，以減小內(nèi)部的水溫差。

2、水溶性淬火介質(zhì)

自來水作為淬火介質(zhì)的最大缺點(diǎn)是其低溫冷卻速度太快，使多種鋼制的工件容易淬裂。引起鋼件淬裂的主要原因是水在馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度（Ms 點(diǎn)）及其以下的溫度范圍冷卻得過快。由于這樣的原因，研究開發(fā)水溶性淬火介質(zhì)的第一目標(biāo)就是降低水的低溫冷卻速度?？紤]到多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的Ms點(diǎn)在300℃附近，通常就以工件冷卻到300℃時水溶性淬火液的冷卻速度，即所謂300℃冷卻速度來表示該淬火液的冷卻性能。通?？梢杂盟源慊鸾橘|(zhì)的300℃冷卻速度來對該介質(zhì)定級，以便熱處理工作者選用。簡單說，水性淬火液的300℃冷卻速度低，其防止工件淬裂的能力就強(qiáng)；300℃的冷卻速度高，其淬硬能力也高，當(dāng)然工件的淬裂傾向也大。因此，選擇水溶性淬火介質(zhì)首先應(yīng)當(dāng)了解它的300℃冷卻速度。同類淬火介質(zhì)品種中，得到相同的300℃冷卻速度時的濃度越低，其使用成本也就越低。水性淬火介質(zhì)有很多品種，不同品種有不同的特性。

PAG類介質(zhì)冷卻特性可調(diào)，濃度測控容易。它既適用于整體淬火，也適用于各類感應(yīng)加熱淬火，且能長期穩(wěn)定地使用，因而受到普遍歡迎，成為當(dāng)前國內(nèi)外熱處理界使用得最廣泛的水性淬火介質(zhì)。由于液溫對冷卻特性影響較大，使用水溶性淬火介質(zhì)時應(yīng)當(dāng)配備好循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以便在使用中調(diào)節(jié)液溫，一般說，在水溶性淬火液中淬火時，工件也不宜在密集堆放條件下入水，以免造成內(nèi)外工件明顯不同的淬火效果。

3、普通機(jī)械油

工廠熱處理生產(chǎn)中使用得最多的普通機(jī)械油是N32機(jī)油（原20號機(jī)油）和N15機(jī)械油（原10號機(jī)油）。作為淬火介質(zhì)，這類機(jī)油的特性是，在工件高溫階段蒸氣膜時間較長，淬火冷卻速度不高，且低溫冷卻較慢。油的蒸氣膜階段長，工件高溫階段的冷卻慢，可能出現(xiàn)的問題是低碳鋼制的工件容易發(fā)生先共析鐵素體轉(zhuǎn)變；而形狀復(fù)雜的工件，比如帶花鍵孔的齒輪等又特別容易變形。在中、低溫階段冷卻慢，使比較大的工件不易淬硬或淬硬層深度不足并因此發(fā)生淬火變形。

普通機(jī)油的抗氧化能力差，使用中容易老化變質(zhì)，老化變質(zhì)的主要反映是油的粘度提高低溫冷卻速度降低。變質(zhì)的影響是工件淬火后的硬度和硬化深度見效，且淬火變形增大。粘度提高和產(chǎn)生油泥渣往往給淬火后的清洗造成困難，也使油的消耗量增大。

4、專用淬火油

專用的淬火油一般分為普通淬火油、快速淬火油、等溫分級淬火油（也簡稱熱油）、真空淬火油以及光亮淬火油等類。和普通機(jī)油相比，專用淬火油的熱穩(wěn)定性能較好，能更好地保證工件的淬火質(zhì)量。

當(dāng)然，專用淬火油優(yōu)于普通機(jī)油的最重要的方面還是它們的冷卻特性。和普通機(jī)油相比，不同的專用淬火油在冷卻速度分布上都有蒸氣膜階段短的特點(diǎn)，因而使工件在高溫階段能冷卻得更快。其中快速淬火油的最高冷卻速度都比較高，中低溫階段的冷卻速度快慢則因淬火油的不同品種而有較大差別。熱油在冷卻特性上的特點(diǎn)是蒸氣膜階段更短，而在工件淬火冷卻的低溫階段冷卻較慢。

快速淬火油主要用于稍厚大的工件和淬透性稍低的鋼種。熱油主要用于較小型的工件和淬透性較好的鋼種。

應(yīng)該說，任何淬火油都有適合它的工件。但是，除少數(shù)情況外，每臺熱處理爐都希望能處理比較多的鋼種和比較多樣的工件，因此，多傾向于選用適應(yīng)范圍更廣的淬火油。一般說，淬火油的蒸氣膜階段短，中溫階段冷卻得快、低溫階段冷卻速度大，這種油的冷卻能力就很強(qiáng)，它的適用范圍就廣。

不少油淬工件的變形是與它的淬火硬度不足和淬硬深度不夠同時出現(xiàn)的。而改用這種適應(yīng)范圍廣的淬火油，往往能同時解決工件的變形、硬度不足和淬硬深度不夠等問題。淬火油的蒸氣膜階段短，也就是油的高溫階段冷卻得快。這一特點(diǎn)有利于防止先共析鐵素體的析出，也有利于防止帶內(nèi)花鍵齒輪的變形。簡單說，淬火油總的冷卻速度高有利于獲得較深的淬火硬化層。但從冷卻速度分布上分析，除中、高溫階段要求冷卻得快以外，油的低溫冷卻速度高低對獲得的淬硬層深淺作用更大。低溫冷卻速度越高，淬火硬化層往往越深。

攪動淬火油可以提高油的冷卻速度。冷卻速度比較低的油，攪動提高其冷卻能力的作用較大；而對于冷卻速度高的專用淬火油，攪動的作用則相對較小。

齒輪的淬火質(zhì)量問題中還有一類是淬火硬化層過深。硬化層過深，常常在使用中斷齒。解決這類問題的有效辦法之一是降低淬火油的低溫冷卻速度。

總之，為保證齒輪的淬火質(zhì)量去選擇淬火油時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所處理齒輪的鋼種、形狀特點(diǎn)和熱處理要求從油的冷卻速度分布特性去進(jìn)行選擇，最好能與淬火油生產(chǎn)廠的有關(guān)技術(shù)人員一道，通過討論分析確定合適的淬火油和合理的使用方法。