淬火冷卻時(shí)，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減少變形，防止裂紋產(chǎn)生。因此，冷卻是關(guān)系到淬火質(zhì)量高低的關(guān)鍵操作。
1、理想淬火冷卻速度
由共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線得知，要得到馬氏體，淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷卻速度。但是淬火鋼在整個(gè)冷卻過(guò)程中并不需要都進(jìn)行快速冷卻。關(guān)鍵是在過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的C曲線鼻尖附近，即在650～400℃的溫度范圍內(nèi)要快速冷卻。而從淬火溫度到650℃之間以及400℃以下，特別是300～200℃以下并不希望快冷。因?yàn)榇慊鹄鋮s中工件截面的內(nèi)外溫度差會(huì)引起熱應(yīng)力。另外，由于鋼中的比容（單位質(zhì)量物質(zhì)的體積）不同，其中馬氏體的比容最大，奧氏體的比容最小，因此，馬氏體的轉(zhuǎn)變將使工件的體積脹大，如冷卻速度較大，工件截面上的內(nèi)外溫度差將增大，使馬氏體轉(zhuǎn)變不能同時(shí)進(jìn)行而造成相變應(yīng)力。冷卻速度越大，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力越大，鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中便容易引起變形與裂紋。
2、常用淬火介質(zhì)
工件淬火冷卻時(shí)，要使其得到合理的淬火冷卻速度，必須選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的冷卻介質(zhì)是水和油。當(dāng)冷卻介質(zhì)為20℃的自來(lái)水，工件溫度在200～300℃時(shí)，平均冷卻速度為450℃/s；工件溫度在340℃時(shí)，平均冷卻速度為775℃/s；工件溫度在500～650℃時(shí)，平均冷卻速度為135℃/s。因此，水的冷卻特性并不理想，在需要快冷的500～650℃溫度范圍內(nèi)，它的冷卻速度很小，而在200～300℃需要慢冷時(shí)，它的冷卻速度反而很大。
水
水是應(yīng)用最早、最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的淬火介質(zhì)，它價(jià)廉易得、無(wú)毒、不燃燒、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、冷卻能力強(qiáng)。通過(guò)控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環(huán)水、利用磁場(chǎng)作用等，均可以改善水的冷卻特性，減少變形和開(kāi)裂，獲得比較理想的淬火效果。但由于這些方法需增加專門設(shè)備，且工件淬火后性能不是很穩(wěn)定，所以沒(méi)有能得到廣泛推廣應(yīng)用。所以說(shuō)。純水只適合于少數(shù)含碳量不高、淬透性低且形狀簡(jiǎn)單的鋼件淬火之用。
淬火油
用于淬火的礦物油通常以精制程度較高的中性石蠟基油為基礎(chǔ)油，它具有閃點(diǎn)高、粘度低、油煙少，抗氧化性與熱穩(wěn)定性較好，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作淬火油使用。淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形狀復(fù)雜、要求淬火變形小的工件。淬火油對(duì)周圍環(huán)境的污染大，淬火時(shí)容易引起火災(zāi)。
影響淬火油冷卻能力的主要因素是其粘度值，在常溫下低粘度油比高粘度油冷卻能力大，溫度升高，油的流動(dòng)性增加，冷卻能力有所提高。適當(dāng)提高淬火油的使用溫度，也能使油的冷卻能力提高。
熔鹽，熔堿
這類淬火介質(zhì)的特點(diǎn)是在冷卻過(guò)程中不發(fā)生物態(tài)變化，工件淬火主要靠對(duì)流冷卻，通常在高溫區(qū)域冷卻速度快，在低溫區(qū)域冷卻速度慢，淬火性能優(yōu)良，淬透力強(qiáng)，淬火邊形小，基本無(wú)裂紋產(chǎn)生，但是對(duì)環(huán)境污染大，勞動(dòng)條件差，耗能多，成本高，常用于形狀復(fù)雜，截面尺寸變化懸殊的工件和工模具的淬火。熔鹽有氯化鈉，硝酸鹽，亞硝酸鹽等，工件在鹽浴中淬火可以獲得較高的硬度，而變形極小，不易開(kāi)裂，通常用作等溫淬火或分級(jí)淬火。其缺點(diǎn)是熔鹽易老化，對(duì)工件有氧化及腐蝕的作用。熔堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀等，它具有較大的冷卻能力，工件加熱時(shí)若未氧化，淬火后可獲得銀灰色的潔凈表面，也有一定的應(yīng)用。但熔堿蒸氣具有腐蝕性，對(duì)皮膚有刺激作用，使用時(shí)要注意通風(fēng)和采取防護(hù)措施。
新型淬火介質(zhì)及其應(yīng)用
有機(jī)聚合物淬火劑
近年來(lái)，新型淬火介質(zhì)最引人注目的 進(jìn)展是有機(jī)聚合物淬火劑的研究和應(yīng)用。這類淬火介質(zhì)是將有機(jī)聚合物溶解于水中，并根據(jù)需要調(diào)整溶液的濃度和溫度，配制成冷卻性能能滿足要求的水溶液，它在高溫階段冷卻速度接近于水，在低溫階段冷卻速度接近于油。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)毒，無(wú)煙無(wú)臭，無(wú)腐蝕，不燃燒，抗老化，使用安全可靠，且冷卻性能好，冷卻速度可以調(diào)節(jié)，適用范圍廣，工件淬硬均勻，可明顯減少變形和開(kāi)裂傾向，因此，能提高工件的質(zhì)量，改善工作環(huán)境和勞動(dòng)條件，給工廠帶來(lái)節(jié)能、環(huán)保、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。目前有機(jī)聚合物淬火劑更在大批量、單一品種的熱處理上用得較多，尤其對(duì)于水淬開(kāi)裂，變形大，油淬不硬的工件，采用有機(jī)聚合物淬火劑比淬火油更經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能。從提高工件質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、避免火災(zāi)和節(jié)能得角度考慮，有機(jī)聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢(shì)，是淬火介質(zhì)的主要發(fā)展方向。
有機(jī)聚合物淬火劑的冷卻速度受濃度，使用溫度和攪拌程度3個(gè)基本參數(shù)的影響。一般來(lái)說(shuō)，濃度越高，冷卻速度越慢；使用溫度越高，冷卻速度越慢；攪拌程度越激烈，冷卻速度越快。攪拌的作用很重要；1使溶液濃度均勻；2加強(qiáng)溶液的導(dǎo)熱能力從而保證淬火后工件硬度高且分布均勻，減少產(chǎn)生淬火軟點(diǎn)和變形，開(kāi)裂的傾向。通過(guò)控制上述這些因素，可以調(diào)整有機(jī)聚合物淬火劑的冷卻速度，從而達(dá)到理想的淬火效果。一般來(lái)說(shuō)，夏季使用的濃度可低些，冬季使用的濃度可高些，而且要有充分的攪拌。有機(jī)聚合物淬火劑大多制成含水的溶液，在使用時(shí)可根據(jù)工件的特點(diǎn)和技術(shù)要求，加水稀釋成不同的濃度，便可以得到具有多種淬火烈度的淬火液，以適應(yīng)不同的淬火需要。
不同種類的有機(jī)聚合物淬火劑具有顯著不同的冷卻特性和穩(wěn)定性，能適合不同淬火工藝需要。目前世界上使用最穩(wěn)定，應(yīng)用面最廣的有機(jī)聚合物淬火劑是聚烷二醇（PAG）類淬火劑。這類淬火劑具有逆溶性，可以配成比鹽水慢而比較接近礦物油的不同淬火烈度的淬火液，其濃度易測(cè)易控，可減少工件的變形和開(kāi)裂，避免淬火軟點(diǎn)的產(chǎn)生，使用壽命長(zhǎng)，適合于各類感應(yīng)加熱淬火和整體淬火。