冷卻能力是指熱處理工件在冷卻時(shí)，不同的工藝目標(biāo)和不同的材料對冷卻過程有不同的要求，因此需要選擇合適的淬火介質(zhì)。不同的淬火介質(zhì)具有不同的冷卻能力。一般來說，退火和正火對冷卻過程的要求沒有淬火嚴(yán)格，所以往往通過在空氣介質(zhì)中適當(dāng)改變冷卻方式來達(dá)到冷卻目的。淬火時(shí)，加熱到奧氏體狀態(tài)的工件的冷卻速度應(yīng)高于獲得馬氏體組織的臨界冷卻速度，冷卻時(shí)應(yīng)防止工件變形和開裂。

淬火冷卻是淬火工藝中最關(guān)鍵的工序。鋼加熱到奧氏體后，只有當(dāng)冷卻速度大于臨界冷卻速度時(shí)，才能獲得馬氏體組織。因此，淬火冷卻介質(zhì)的理想性能是使鋼處于高溫區(qū)（700℃以上）緩慢冷卻以降低工件的熱應(yīng)力；在550600℃之間以足夠快的冷卻速度通過奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖“鼻尖”以防止珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變；在過冷奧氏體穩(wěn)定且容易引起淬火裂紋的低溫區(qū)（300℃以下）緩冷使工件在緩冷條件下通過奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變區(qū)，從而降低轉(zhuǎn)變應(yīng)力。下圖是理想淬火冷卻曲線示意圖。

理想淬火冷卻曲線示意圖

但是目前還沒有找到這樣理想的淬火冷卻介質(zhì)，現(xiàn)有的淬火冷卻介質(zhì)有一些優(yōu)點(diǎn)，也會(huì)伴隨著其他缺點(diǎn)。因此，在掌握淬火冷卻介質(zhì)的特性后，通過合理選擇各種淬火冷卻介質(zhì)，取長補(bǔ)短，可以盡可能接近理想的冷卻速度取長補(bǔ)短，綜合運(yùn)用，并采用適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒ā?/p>

此外，淬火冷卻介質(zhì)還必須具有成分穩(wěn)定粘度低流動(dòng)性好工件易腐蝕淬火后工件表面潔凈清洗方便來源方便價(jià)格低廉無污染安全可靠等特點(diǎn)。

水是應(yīng)用最廣泛的淬火介質(zhì)，具有來源廣價(jià)格低成分穩(wěn)定不變質(zhì)無毒無味不燃燒等優(yōu)點(diǎn)。水具有很強(qiáng)的冷卻能力，屬于激冷淬火介質(zhì)。靜止水的蒸汽膜階段較長，從800℃以上到400℃左右，這一階段的冷卻速率小于200℃/s，進(jìn)入低于400℃的沸騰期后，冷卻速度可急劇上升到700℃/s。冷卻速度仍然低于100℃45℃/s。

水作為淬火冷卻介質(zhì)的主要缺點(diǎn)如下：

1）在奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的鼻區(qū)，即500~600℃左右，水處于蒸汽膜階段，冷卻速度不夠快，往往導(dǎo)致工件冷卻不均勻，冷卻速度不夠“軟點(diǎn)”在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，即300~100℃左右，水處于沸騰階段，冷卻速度過快，容易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過快，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致工件嚴(yán)重變形甚至開裂。

2）水溫對制冷量影響很大，所以對環(huán)境溫度的變化很敏感。隨著水溫的升高，制冷量急劇下降，最大冷卻速度的溫度范圍向低溫移動(dòng)。水溫超過30℃時(shí)，在500 ~ 600℃范圍內(nèi)冷卻速度明顯下降，往往導(dǎo)致工件硬化，但在馬氏體相變范圍內(nèi)對冷卻速度影響不大。當(dāng)水溫上升到60℃時(shí)，冷卻速度會(huì)下降50%左右。

3）當(dāng)水中含有更多氣體時(shí)（如新?lián)Q的水）或混有不溶性雜質(zhì)如油的水、肥皂、泥等，會(huì)顯著降低其冷卻能力，因此應(yīng)特別注意使用和管理。

根據(jù)水的冷卻特性，水一般只適合小截面尺寸、簡單形狀碳鋼工件的淬火和冷卻。淬火時(shí)，還必須注意：水溫保持在40℃以下，最好在15 ~ 30℃之間，保持水的流動(dòng)或循環(huán)，以破壞工件表面的蒸汽膜你也可以在淬火過程中擺動(dòng)工件（或者使工件上下移動(dòng)）為了破壞蒸汽膜，在500~650℃范圍內(nèi)提高冷卻速度，改善冷卻條件，避免出現(xiàn)軟點(diǎn)。

淬火介質(zhì)的冷卻能力主要與淬火介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)。通過改變?nèi)齻€(gè)不同冷卻階段的持續(xù)時(shí)間、傳熱速度影響淬火介質(zhì)的冷卻能力。比如一般延長蒸汽膜階段的因素，會(huì)降低淬火介質(zhì)的冷卻能力，導(dǎo)致淬火不均勻，出現(xiàn)軟斑；一般能增加沸騰階段的因素會(huì)提高淬火介質(zhì)的冷卻能力，因?yàn)檫@個(gè)階段工件的熱量損失最大、冷卻速度也最大。也就是說，沸騰階段長蒸汽膜階段短對流階段短的淬火介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)。

1、蒸汽壓

蒸汽壓是硬化介質(zhì)中飽和氣體的壓力。它反映了液體分子的內(nèi)聚力蒸汽壓越高，硬化介質(zhì)越容易蒸發(fā)。蒸汽壓相對較低的物質(zhì)傳熱系數(shù)越高，越容易帶走工件的熱量，也就是說蒸汽壓低的介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)。

2、汽化熱

汽化熱是指單位質(zhì)量的液體在相同溫度下完全變成氣體所需的熱量。當(dāng)硬化介質(zhì)的汽化熱較大時(shí)，熱負(fù)荷較大，硬化介質(zhì)的冷卻能力較強(qiáng)。

3、比熱容

一般來說，介質(zhì)的比熱容越大，單位質(zhì)量的介質(zhì)所能吸收的熱量就越多，介質(zhì)的冷卻能力也就越強(qiáng)，因?yàn)楸葻崛菔峭ㄟ^提高單位溫度來表征單位質(zhì)量的介質(zhì)所吸收的熱量。水的冷卻能力強(qiáng)，是因?yàn)樗谋葻崛葸h(yuǎn)大于其他固體或液體物質(zhì)。

4、溫度

溫度變化對淬火介質(zhì)的冷卻能力有明顯的影響，但對不同介質(zhì)的影響規(guī)律會(huì)有所不同。隨著水和水基淬火介質(zhì)溫度的升高，蒸汽膜階段變長，制冷量下降，但下降程度不同，如下圖所示。而油則隨著溫度的升高流動(dòng)性更好，有利于散熱，從而提高冷卻能力。

冷卻能力曲線

5、傳熱系數(shù)

液體的傳熱系數(shù)是指沿?zé)崃鞣较蛟趩挝粶囟忍荻群蛦挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量，用來表征介質(zhì)導(dǎo)熱的能力，也就是說傳熱系數(shù)越大，硬化介質(zhì)的冷卻能力越強(qiáng)。

6、表面張力

表面張力可以用來表征其潤濕金屬的能力。表面張力小的硬化介質(zhì)容易潤濕金屬，所以工件表面接觸好，固體和散熱性能好。

7、黏度

液體的粘度是指液體流動(dòng)時(shí)分子間的內(nèi)摩擦。摩擦力可以用粘度來表示，粘度對硬化介質(zhì)的冷卻性能也有很大的影響。粘度越大，介質(zhì)的流動(dòng)性越差，不利于對流散熱，帶走熱量；反之，其冷卻能力越強(qiáng)。