盐水（NaCl）的淬火冷却速率与盐的浓度和介质温度的关系？

对于一定尺寸形状的具体钢件，通过盐水淬火降低开裂风险方法早已被热处理工作者发现，但关于盐水冷却与清水冷却淬火工件内部应力的变化过程及其比较目前尚未有报导.本文以直径16mm、长80mm的42CrMo试样为研究对象，对其在清水及10％NaCl水溶液中淬火开裂倾向进行了实验比较.结果表明，在清水淬火的4组试样全部开裂，裂纹特征为纵向裂纹；在10％盐水淬火冷却后的四组试样全未淬裂；对盐水淬火后的试样使用车床剥层至直径6mm时并未发现裂纹存在.由于目前还没有测量淬火冷却过程中过程应力的方法，即使是对淬火冷却后残余应力的测量也是一件十分困难的工作，因此，计算机模拟仿真成了解决淬火冷却过程问题的最有效的方法.本文以ABAQUS有限元软件为模拟平台，通过加入相变动力学方程子程序，建立了淬火时温度、组织及应力三场的耦合的数学模型.因应力对相变动力学的影响较为复杂，在此忽略该影响，因此，为了减少计算时间，温度场和应力场分别单独进行计算.为了描述42CrMo马氏体转变量与温度之间的S型曲线关系，对KM方程进行了修改.通过分别施加不同的换热系数，对工件在盐水和清水中淬火时温度、组织及应力进行了三场耦合对比分析.分析结果表明，盐水冷却开始时试样表面具有较高的马氏体形成速率，并且在其表面形成了较高的压应力，随着冷却的进行，马氏体转变逐步向心部扩展，导致表层压应力逐渐降低；由于清水具有较盐水低的换热系数，工件在清水中淬火时，其表层马氏体形成速率相对较慢，从而在其表面形成较低的压应力，在随后冷却时，因心部马氏体相变膨胀，最终导致表面具有较高的拉应力；两种淬火介质冷却后的试样的环向应力均高于轴向应力及径向应力，这种应力分布状态与纵向开裂实验现象相吻合；盐水淬火后的环向应力最高值处于次表层(0.25R)位置；清水淬火后的环向应力最高值处于试样最表层位置；盐水淬火后的最高值低于清水淬火的环向应力最高值.这从应力角度解释了直径16mm的42CrMo圆棒在盐水淬火开裂倾向较清水淬火低的现象.

1.　水
水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。
盐水和碱水
在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。一般情况下，盐水的浓度为10％，苛性钠水溶液的浓度为10％～15％。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。

用的一般不是盐水，而是熔盐。将一些盐加热到300-500度（盐的种类不同温度不同）就会熔化，然后用它来淬火。由于溶盐的自身温度高，冷却速度相对较慢。这个特性一般用来处理高碳的材质，可获得综合性能极优的下贝氏体组织。
在铸造时，盐可用作非铁金属和合金铸造中型砂的优良粘合剂。高温下，盐促使铸件型芯变软，从而防止铸件热裂纹的产生。与有机黏合剂相比较，盐在高温时产生的有害气体最少。
钢质机械零件或工具在热处理时，最常用的加热设备是盐浴炉。盐浴炉与箱式炉加热相比，具有温度容易控制、受热均匀、加热速度快、可以局泐D热、细长的工件不易弯曲、能避免发生氧化和脱碳现象等很多好处。同时，盐在渗碳化学热处理时可作常用的催化剂，在热处理过程中，用盐水淬火，也可获得较理想的效果。
黑色金属以及铜、铜合金进行电镀前强酸洗时，都需要用盐。

由于目前还没有测量淬火冷却过程中过程应力的方法，即使是对淬火冷却后残余应力的测量也是一件十分困难的工作，因此，计算机模拟仿真成了解决淬火冷却过程问题的最有效的方法.本文以ABAQUS有限元软件为模拟平台，通过加入相变动力学方程子程序，建立了淬火时温度、组织及应力三场的耦合的数学模型.因应力对相变动力学的影响较为复杂，在此忽略该影响，因此，为了减少计算时间，温度场和应力场分别单独进行计算.为了描述42CrMo马氏体转变量与温度之间的S型曲线关系，对KM方程进行了修改.通过分别施加不同的换热系数，对工件在盐水和清水中淬火时温度、组织及应力进行了三场耦合对比分析.分析结果表明，盐水冷却开始时试样表面具有较高的马氏体形成速率，并且在其表面形成了较高的压应力，随着冷却的进行，马氏体转变逐步向心部扩展，导致表层压应力逐渐降低；由于清水具有较盐水低的换热系数，工件在清水中淬火时，其表层马氏体形成速率相对较慢，从而在其表面形成较低的压应力，在随后冷却时，因心部马氏体相变膨胀，最终导致表面具有较高的拉应力；