淬火是金属热处理工艺过程中的重要工艺，把钢加热到相变温度以上保持一段时间，然后在淬火介质中快速冷却，从而得到马氏体组织的工艺过程。通过淬火，钢的硬度和耐磨性得到提高。
一.淬火介质的种类
常见的淬火介质有这几种：水、油、合成液（有机聚合物）。其中，我们把油类淬火介质称为淬火油，淬火油（quench oil）的成分是基础油和一些添加剂，其中基础油是主要成分，来源于石油的馏分。淬火油起到两个作用：控制淬火过程中的热传导和冷却速度；对工件起到湿润作用，防止各阶段温度变化中，由于金属冷却不均而引起金属变形、开裂。
二.淬火过程
淬火过程分为三个阶段：
1.蒸汽膜阶段（vapor blanket）：经过加热后处于高温的金属工件浸入到淬火油中，由于工件温度很高，刚进入淬火油里时，周围的淬火油立即因高温而汽化，淬火油在工件周围会形成一层蒸汽膜，由于蒸汽的导热性差，因此被蒸汽膜隔绝的工件冷速是很慢的。随冷却的进行，工件温度不断下降，膜的厚度及其稳定性也逐渐变小，直至破裂消失。影响蒸汽膜稳定的因素有：金属工件的形状规则程度、淬火油的氧化程度、淬火油的湿润增速剂、油里存在的轻质易挥发馏分。
2. 沸腾阶段（nucleate boiling）：当工冷却下来后，蒸气膜破裂时，工件就与淬火油直接接触。淬火油在工件表面激烈沸腾，带走了大量的热量，这个阶段冷却速度最快。从第1阶段转换到第2阶段的温度，以及第2阶段的冷却速度主要取决于淬火油的分子结构。当工件冷却至淬火油的沸点时，沸腾阶段结束。
3. 对流冷却阶段（convective cooling）：当工件和淬火油交界处的温度低于淬火油的沸点时，沸腾逐渐消失，开始进入依靠对流传热的方式进行冷却，冷却速度和淬火油的粘度有关，粘度小，淬火油流动性好，冷却速度较快，粘度大，冷却速度较慢。油如果氧化变质，粘度会产生变化，先期粘度会降低，随着油的氧化变质，粘度逐渐增加。
三.淬火油的使用和维护：
1.淬火油的维护：淬火油氧化的过程中会生成油泥和漆膜，在淬火时，这些物质在金属表面并非均匀分布，导致金属表面的冷却速度不均匀，造成金属淬火后形变。因此，淬火油应该具有良好的热氧化安定性，同时应监测淬火油的氧化程度，及时更换淬火油。
淬火油受到污染也会导致冷却速度不均，包括水和其他油类、杂质等。以水为例，水进入淬火油后，由于油水不容，并且粘度、沸点等理化性质的差异，导致冷却速度不均匀。因此，淬火油在使用中，要预防油品受到污染。
通过上文对淬火过程的简述，我们对淬火油的作用和重要性有了初步了解，为了保证良好的淬火效果，我们有必要监测淬火油的油质状态，并对淬火油进行正确的维护。除了现场做好油的检查和维护措施，还需要对油质进行检测，帮助我们科学地了解淬火油的油质状态，指导我们科学地维护、更换淬火油，避免淬火不良带来的损失。
2.淬火油的主要物理性质指标：
要了解淬火油的油质，我们需要检测一些主要物理性能指标，包括粘度/黏度（viscosity）：ASTM D445、水分（water content）:ASTM D6304、总酸值（acid number）:ASTM D664/ASTM D974、沉淀值（precipitation number）:ASTM D91、闪点（flash point）：ASTM D92或ASTM D93，添加剂元素检测（Elemental analysis）：ASTM D4951/ASTM D6595，淬火速度（GM Quenchometer）:ASTM D3520，具体的检测项目和检测标准如下表：
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检测项目
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检测标准
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描述
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粘度
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ASTM D445
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淬火油的氧化会使油的粘度增加，降低淬火油的热传导率
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水分
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ASTM D6304
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水分会影响淬火速度，一般情况下，水分含量的增加量不能超过2%
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闪点
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ASTM D92/ASTM D93
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闪点应至少比淬火油温度高出90摄氏度，闪点降低的程度不能超过原闪点的10%
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酸值（AN）
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ASTM D664/ASTM D974
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酸值能体现淬火油的氧化程度以及淬火油里的酸性物质含量，酸值增加不能超过1mg KOH/gm
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沉淀值
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ASTM D91
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沉淀值可以体现淬火油里的油泥、漆膜等氧化产生的有害物质，一般来说，沉淀值的增加量不得高于10%
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添加剂元素检测
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ASTM D4951/ASTM D6595
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通过检测添加剂里的有机金属含量，了解添加剂的消耗和流失情况，添加剂成分中的金属元素（如钙、钠）降低量不宜超过10%
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淬火速度
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ASTM D3520
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淬火速度检测。已经投入使用的淬火油一般不检测此项目，检测结果一般是12~30秒
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注：除了检测淬火油的物理性质，有些时候还需要对照冷却特性曲线进行分析：
四.淬火油性能指标的应用意义：
1.粘度：前面提到过，淬火油的粘度对淬火效果具有重要影响，为了便于监测淬火油的粘度和解决淬火油的问题，应根据历史数据，绘制一张淬火油的粘度变化随着时间推移的变化趋势图，实际使用中，定期检测淬火油的粘度，通过参考图表便于我们发现油的粘度变化趋势。
2.水分：淬火油里的过量水分会影响淬火效果，造成金属上出现局部软点，硬度不均、变形、瑕疵、甚至开裂，也可能造成淬火油飞溅，发生火灾。油里含有水分，受热汽化后造成体积激增，出现突沸，增加了火灾危险。油里有水，会听到爆裂声，这是一种现场定性监测的方法。准确检测水分的方法有两种：ASTM D6304（卡尔费休水分检测）或者ASTM D95。使用水分检测仪自己在现场检测要注意一点：很多水分检测仪的检测精度不够，一般只有当水分含量达到0.5%才能测出来，而根据ASTM D6710，淬火油里的含水量应控制在0.1%以内。
3.闪点：闪点主要关乎安全问题，闪点是在规定的试验条件下，油表面挥发出来的油气发生闪燃的最低温度。
闪点的检测有两种方法：开口闪点（open-cup flash point）和闭口闪点（closed-cup）检测。油在受到高温时会逐渐发生裂解，产生一些易燃的轻质油分，挥发出来，因此，热裂解是油闪点降低的原因之一。闭口闪点对应的检测标准是ASTM D93，检测中，油是处于一个封闭的空间内进行检测，受热过程中产生的易燃轻质油分不能逃逸，因此更易闪燃，测量出来的闪点就比较低。开口闪点则在非封闭空间进行检测，易燃的轻质油分容易逃逸，因此测定出来的闪点要高。开口闪点最常用的检测标准是ASTM D92，即克利夫兰开口闪点检测（Cleveland Open-Cup）。检测时，应根据使用工况，选择条件相似的检测标准。在使用中，闪点应高于油温90摄氏度以上。
4.酸值：油类在氧化的过程中，会产生一些酸性副产物，通过油液检测，这些酸性物质可以检测出来，酸值（AN）检测是监控氧化最常见的方法，另一种方法是红外光谱，也能监测油的氧化。
油泥：油泥是淬火油使用中最大的问题之一，主要的危害是造成冷却不均，引起工件形变、开裂。油泥是淬火油氧化产生的副产物，与淬火油的油质有很大关系，另外保持淬火油的干净也可以减少油泥问题。油泥除了影响工件质量，还影响淬火油本身，少量的油泥就可以大大加剧油的氧化，反过来产生更多油泥。另外，油泥还会降低冷却器的冷却效果，对滤芯造成堵塞。而冷却器工作不良会引起一系列后果：温度过高、引起火灾隐患，淬火油泡沫增加、进一步影响淬火效果、造成淬火油溢出等不良后果。
前面提到过，油泥可以通过ASTM D91方法进行监测。
5.添加剂元素检测：淬火油里有一些添加剂，添加剂对淬火油的性能有着重要影响，如果添加剂耗尽，需要及时更换淬火油，对淬火油里剩下的金属元素浓度进行检测，可以测定添加剂的消耗情况，常见的检测方法是ASTM D4951或者ASTM D6595。
6.淬火油冷却性能检测：镍合金探头试验方法（Nickle Ball/GM Quenchometer Test）是一种测定淬火油冷却性能的传统方法（ASTM D3520），虽然这种方法沿用已久，可以检测出淬火速度，但是本身存在一些不足，例如不能反映出淬火油的冷却路径，目前正在被ISO 9950或者ASTM D6200取代，这两种方法对淬火油的冷却曲线进行分析，能体现出冷却路径，让我们可以了解淬火油对钢铁的冷却淬硬作用。在实际运用中，很多时候我们需要把冷却曲线分析和淬火油的物理性质检测结合起来解决问题。
