大量的生產(chǎn)實踐表明，在都能滿足淬硬要求的條件下，油中淬火后工件的淬火變形通常比水性介質(zhì)中的要??；熱油中淬火的變形又更小。與油性介質(zhì)相比，采用高壓氣淬或者在低溫鹽浴中淬火的工件變形程度還更小。油中淬火變形大，主要表現(xiàn)為變形的分散程度大。究其原因，我們認為主要是工件在水性和油性介質(zhì)中淬火時，總要經(jīng)過蒸汽膜階段到沸騰冷卻階段的轉(zhuǎn)變過程。這一缺點也被稱為水性和油性介質(zhì)的“特性溫度問題”。用高壓氣淬或者在低溫鹽浴中淬火，就不存在這種問題。(詳細內(nèi)容可參看本刊2006年第1到6期連載的“分析和控制淬火變形問題的冷卻速度帶法”)
雖然水性和油性介質(zhì)早就得到普遍應用，但關于它們的冷卻機理，我們還不甚了解。新近的研究發(fā)現(xiàn)，在水性與油性介質(zhì)中淬火冷卻時，對于工件具有等效厚度表面上的一個小區(qū)域(簡稱為“表面點”)，其蒸汽膜階段的結(jié)束過程與該表面點的溫度值之間并不存在唯一確定的對應關系。實驗觀測到的情況是，在一定的溫度范圍內(nèi)，同一工件上具有同樣等效厚度的眾多的表面點中，哪個點在什么溫度時從蒸汽膜籠罩狀態(tài)轉(zhuǎn)變到沸騰冷卻狀態(tài)，卻是說不準的，也即具有相當大的隨機性。由于現(xiàn)在通用的有關液態(tài)介質(zhì)中淬火冷卻的三階段劃分的理論不能解釋這樣一些現(xiàn)象，我們提出了“液態(tài)介質(zhì)中淬火冷卻的四階段理論”。和現(xiàn)在通用的三階段劃分相比，四階段理論中增加一個“中間階段”。正是由于中間階段的存在，才引起了所謂的特性溫度問題。用四階段理論已經(jīng)開發(fā)了一些技術方法。采用這些技術不僅可以控制中間階段出現(xiàn)的溫度范圍，還可以使工件上任何特定部位在設定的時間范圍內(nèi)完成其中間階段歷程。把依據(jù)四階段理論知識認識工件的淬火冷卻過程，并采用相關的技術方法控制工件冷卻的中間階段的淬火冷卻技術，稱為“精細淬火冷卻技術”。我們希望，通過熱處理行業(yè)多方面的參與和從易到難的推廣應用，精細淬火冷卻技術能逐漸趨于完善。今后，精細淬火冷卻技術的應用，將可能克服水性和油性淬火介質(zhì)的特性溫度問題。在不久的將來，采用油性甚至水性介質(zhì)淬火的工件，其淬火變形程度很有可能減小到高壓氣淬和低溫鹽浴淬火的水平。(關于四階段理論和精細淬火冷卻技術的詳細內(nèi)容請參看：《熱處理技術與裝備》刊2006年第6期起，并正在連續(xù)發(fā)表的10篇文章)。
當前，鍛坯等溫正火已在國內(nèi)熱處理行業(yè)得到推廣應用。和普通空冷正火相比，等溫正火能獲得更加優(yōu)良和均勻的預備組織。因此，在隨后的淬火或者滲碳淬火中產(chǎn)生的淬火變形更小。等溫正火生產(chǎn)的關鍵工序是鍛坯正火加熱后的前期快冷。前期快冷的要求是在過冷奧氏體發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變之前，把鍛坯的溫度降低到設定的等溫溫度。只有這樣，才能保證鍛坯獲得均勻一致的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。由于不同工件的鋼種和尺寸大小不同，等溫正火的前期快冷應當有多種冷卻介質(zhì)可供選用。尺寸較小和淬透性較好的鋼種制造的工件，可以選用冷卻速度較慢的冷卻介質(zhì)；而尺寸較大和淬透性較差的鋼種制造的工件，則必須選用冷卻速度較快的冷卻介質(zhì)。當前可供等溫正火前期快冷選用的冷卻介質(zhì)，按它們的冷卻速度由慢到快的次序排列如下：
普通風冷-快速風冷-勻速冷卻液-油-水性介質(zhì)-水。
尺寸較大必須用油的場合，為避免產(chǎn)生煙火，可以改用水性介質(zhì)來代替。
除了鍛坯等溫正火外，滲碳后二次加熱淬火的工件，其滲碳后的冷卻快慢和所得組織的好壞與均勻性，對再次加熱淬火后的工件的內(nèi)在質(zhì)量、變形程度和磨削裂紋敏感性等都有著不可忽視的影響。采用相當于等溫正火的方法，也能解決這方面問題。而做好這一工作的關鍵，也同樣是選用適當?shù)那捌诳炖浣橘|(zhì)。
