液態(tài)淬火介質(zhì)中冷卻的四階段理論
在水性介質(zhì)中淬火，有時會聽到爆炸聲響。為了尋找產(chǎn)生這種聲響的原因，本文從理論分析和試驗觀測兩方面研究了：1.完整蒸汽膜保持穩(wěn)定的條件，2.蒸汽膜階段的結(jié)束過程。 
初期的分析認(rèn)為：

1.在完整蒸汽膜階段，蒸汽膜把液態(tài)介質(zhì)和工件表面分隔開。在多種影響因素中，汽-液界面能的高低對蒸汽膜的厚度和蒸汽膜階段的長短有重要的影響。工件表面溫度降低，蒸汽膜的厚度是逐漸減薄的。

2.即便是均勻的球體，完整蒸汽膜的破裂，也不應(yīng)當(dāng)是在蒸汽膜厚度均勻減薄近零時才同時發(fā)生。由于不可避免的擾動，在完整蒸汽膜階段，蒸汽膜的厚度始終處在起伏變化之中。當(dāng)氣膜厚度降低到一定的程度時，在某個起伏較大的部位，液態(tài)介質(zhì)可能與工件表面接觸。如果接觸部位不被馬上汽化，且液態(tài)介質(zhì)對該表面又有較好的潤濕性，則該接觸區(qū)就會向固體表面擴(kuò)展。本文把能夠成功擴(kuò)展的上述接觸點稱為超前接觸點。擴(kuò)展速度決定于相關(guān)的三個表面能(汽-液，汽-固，液-固)的大小關(guān)系。對球形工件，我們推測：當(dāng)擴(kuò)展速度非常快時，表面蒸汽膜中的氣相介質(zhì)可能被推成偏向一側(cè)的大氣泡。該大氣泡因深入溫度較低的液層而被迅速冷凝。這就在原來氣泡所在位置形成了一個有一定真空度的真空球。周圍的液體在填補(bǔ)該真空球時發(fā)生沖撞而產(chǎn)生爆炸聲響。

開始時，試驗觀測的目的只有兩個：1.找出一個能使蒸汽膜厚度發(fā)生起伏的擾動事實，用以證明產(chǎn)生超前接觸點的可能性。2.攝像觀測上述推測中說的真空球的形成和爆炸過程。

主要以不同大小的均勻球體為試樣。采用清水、基礎(chǔ)油、快速油、pag淬火液以及勻速冷卻液為試驗介質(zhì)。

試驗發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識：

1.觀測到一種擾動現(xiàn)象，并對其進(jìn)行了分析研究。

2.除部分聽到爆炸聲響的試樣外，其它的試驗中都觀測到上述超前接觸點現(xiàn)象。超前接觸點的出現(xiàn)位置有很大的隨機(jī)偶然性。在均勻的球體上，出現(xiàn)一個超前接觸點后，很難再出現(xiàn)第二個。蒸汽膜階段的結(jié)束從超前接觸點開始，逐漸擴(kuò)展到整個球體表面。超前接觸點出現(xiàn)的位置不同，隨后的擴(kuò)展途徑也不同。

3.當(dāng)接觸區(qū)的擴(kuò)展速度比較慢時，蒸汽膜籠罩區(qū)與已經(jīng)進(jìn)入沸騰冷卻階段的區(qū)域共同存在的時間比較長。而后，球體表面只存在單一的沸騰冷卻方式的冷卻時間相對較短。

4.在發(fā)生爆炸的試樣上，可以觀測到相似于爆炸的現(xiàn)象和聽到爆炸聲響。在發(fā)生爆炸之后的一段時間內(nèi)，球體表面上既存在通常意義上的沸騰冷卻區(qū)，也同時存在比較穩(wěn)定的柱狀蒸汽泡的冷卻區(qū)。本文認(rèn)為，這是沸騰冷卻和蒸汽膜冷卻方式共存的冷卻時期。

5.在所做的試樣中，沒有觀測記錄到前述真空球的產(chǎn)生過程。因為只在極快速擴(kuò)展的試樣上聽到爆炸聲響，本文這樣解釋其產(chǎn)生原因：由于擴(kuò)展在極的時間內(nèi)完成，在水-固交界線上，水接觸高溫固態(tài)表面時發(fā)出的一連串的氣泡爆裂聲被人耳聽成了一次爆炸聲響。

當(dāng)前，在液態(tài)淬火介質(zhì)中做淬火冷卻，通用的是“蒸汽膜階段、沸騰階段和對流階段”的三階段理論。在本試驗中出現(xiàn)的很多現(xiàn)象是三階段理論不能解釋的。

分析上述現(xiàn)象，并結(jié)合多年來研究和應(yīng)用液態(tài)淬火介質(zhì)的經(jīng)驗，本文提出了工件在液態(tài)淬火介質(zhì)中冷卻的四階段理論。四階段為：蒸汽膜階段、中間階段、沸騰階段和對流階段。中間階段是蒸汽膜冷卻區(qū)和沸騰冷卻區(qū)共存的冷卻階段。中間階段從出現(xiàn)超前接觸點開始，到工件上同一有效厚度部位全部進(jìn)入沸騰冷卻階段為止。本文預(yù)測，由于超前接觸點的出現(xiàn)位置有很大的隨機(jī)偶然性，會使工件在中間階段的冷卻結(jié)果具有相當(dāng)大隨機(jī)波動范圍。液體淬火介質(zhì)的特性溫度問題，就產(chǎn)生于這個中間階段的特性。

研究和應(yīng)用上述四階段理論可以：1.更好地解釋冷卻特性曲線上出現(xiàn)的多種差異和變化。2.指導(dǎo)熱處理工作者更好地選擇和應(yīng)用液態(tài)淬火介質(zhì)。3.為計算機(jī)模擬工件冷卻過程提供提高計算準(zhǔn)確度的改進(jìn)方向。