至此，在解決工件淬火變形方面，可以把熱處理環節的工作簡化成：移動與縮短冷卻速度帶，使其完全落在它的第II冷速區內。為了做好這項工作，應當對影響工件冷卻速度帶位置和寬度的主要因素做一番研究。調節某個影響因素，以求控制工件冷卻速度帶的位置和寬度，這就成為一項控制工件淬火變形的措施。由于諸多影響因素（也就是措施）最終都作用在同一個工件上，又有必要研究各因素之間的相互關系。
五 影響工件冷卻速度帶位置和寬度的因素分析
1 影響冷卻速度帶寬度的主要因素
a 工件的形狀大小
在相同冷卻條件下，工件的大小不同，獲得的冷卻速度帶是不一樣的。今有材質相同、形狀相似但厚薄不同的兩個簡單形狀的鋼件。在加熱和冷卻條件相同的情況小，小件獲得的冷卻速度總是比大件快，因此小件的冷卻速度帶偏左。又因小件不同部位的溫度差較小，而大件的更大，因此小件的冷卻速度帶較窄，而大件的更寬，如圖10所示。一個形狀復雜的工件，總可以分割成是多個形狀大小不同的簡單工件。分出的每一個簡單工件，都可以看成原形狀復雜工件的組成部件。因此，可以粗略地認為，形狀復雜工件，其冷卻速度帶的快端，即是其組成部件中最薄小件的快端；而其慢端則是其組成部件中最厚大件的慢端。只由兩個組成部件a和b組成的復雜工件c，它的冷卻速度帶的快端和慢端，就分別是小件a的快端和大件b的慢端，如圖中所示。由此可以推定出這樣的結論：工件的形狀越復雜、厚薄相差越大，其冷卻速度帶也就越寬。相反，工件形狀越簡單、厚薄相差越小，其冷卻速度帶也就越窄。復雜件c的冷卻速度帶的寬度Lc與a 、b兩個簡單件的冷卻速度帶的寬度La和Lb的關系可以粗略地表示成：
Lc = La + Lb………………（1）
需要說明的是，式（1）中的相加關系是集合代數上的相加（并）關系，而不是算術上的簡單相加關系。
i) 形狀復雜的工件c可看成由a與b兩個形狀簡單的工件組成
ii) a、b、c三個冷卻速度帶的相對大小和位置關系
圖10 由簡單工件的冷卻速度帶合并成復雜工件的冷卻速度帶
b 淬火冷卻中工件的裝掛方式
淬火冷卻中，工件的裝掛方式會直接影響到工件冷卻速度帶的寬窄。在每次只淬一個工件的場合，采取能使工件的厚大部分冷得快一些，而薄小部分冷得慢一些的淬火裝掛方式，它所形成的冷卻速度帶就窄。相反，如果采取的裝掛方式使工件的薄小部分冷得更快，而厚大部分冷得更慢，它所形成的冷卻速度帶就寬。在多個工件同時淬火的生產方式中，如果采用的工裝具和工件的裝排方式能使裝放在不同部位的工件都獲得盡可能相同的冷卻條件和冷卻效果，就可以減小不同工件之間的冷卻速度帶的寬度差，從而縮短工件群體的冷卻速度帶（后續的文章將對工件群體的問題做專門討論）。如果采取的裝掛方式不僅能獲得這種均勻性，同時還能使工件上的厚大部分冷得快一些，而薄小部分冷得慢一些，則其縮短工件群體和個體的冷卻速度帶的作用就更大些。在大量工件的淬火生產中，這是一個值得重視的大問題。
c 冷卻介質的特性溫度問題
液態冷卻介質的特性溫度問題對工件冷卻速度帶寬度的影響，可以用圖11所示的例子加以說明。一個上小、下大的工件，在水中做淬火冷卻。圖中描繪的是工件的上半部分進入了沸騰冷卻階段，而下半部分尚在冷卻的蒸汽膜階段時的情形。在沸騰冷卻區與蒸汽膜籠罩區的分界線上下，工件表面獲得的冷卻速度有很大差別。沸騰冷卻區的冷卻速度比蒸汽膜籠罩區的要快幾倍到十幾倍！本來，錐體上下一線之隔的厚度差異是很小的。但是，由于水的特性溫度問題，使它們分別處于兩個不同的冷卻階段，因此產生了很大的冷卻速度差異。
圖11 特性溫度問題引起了冷卻速度突變
為了更直觀地表述這種影響，我們把冷卻速度上的差異設想成有效厚度上的差異。可以說，液態淬火介質的特性溫度問題使工件上厚的部分變得更厚了。隨著冷卻的進行，上述分界線要逐步向下移。這樣，對于它所掃過的表面來說，這種厚度差異只在短時間內存在。因此，我們把它稱為“由特性溫度問題引起的短時厚度差異”，簡稱“短時厚度差”。短時厚度差大多發生在工件溫度比較高、塑性比較好的時候。
上面談到，為減小工件的淬火變形，我們總是設法使工件上比較厚大的部分冷卻得更快一些，使薄小的部分冷卻得更慢一些，以求減小冷卻速度帶的寬度。然而，液態冷卻介質的特性溫度問題的存在，卻引起了相反的效果：使厚的部分冷卻得更慢，而使薄小的部分冷卻得更快，其間的快慢差異非常之大。這必然加大工件冷卻速度帶的寬度。液態冷卻介質的特性溫度問題的危害就在于此。冷卻過程中，上述分界線出現的位置、以及該分界線移動的方向和速度，都常常隨工件的形狀大小、生產中的裝掛方式和工件所處的位置而變。其結果，因特性溫度問題引起的淬火變形的一個重要特點就是“散亂而無規律”。
淬火油的特性溫度問題比水性淬火介質的小。工件的淬火加熱溫度一般都低于所用鹽浴的特性溫度，因此，用低溫鹽浴作淬火冷卻介質，往往沒有特性溫度問題。這是用低溫鹽浴淬火能減小工件的淬火變形的重要原因之一。在水中溶入10％以上的無機鹽，可以提高水的特性溫度，減小短時厚度差異的作用時間，從而減小工件的淬火變形程度。這方面的詳細介紹可以查看《金屬熱處理》2005年第一期的有關文章。
d 等溫分級淬火法
等溫分級淬火法，通過分段冷卻，讓冷得快的薄小部分減慢冷卻速度，去等待冷得慢的厚大部分趕上來，從而縮短工件的冷卻速度帶。工件冷卻過程中分級（等待）的次數越多，冷卻速度帶就縮得越短。在前面圖8的解說中，已經用冷卻速度帶法對等溫分級淬火法做了相應的解說。需要指出的是，通常的分級等待，雖然能縮短冷卻速度帶，但是它同時又使工件的冷卻速度帶向右移。因此，只適用于較薄小工件，或者淬透性更好的材料所制的工件。
e 注意所用措施對冷卻速度帶左右邊界的不同作用
所有措施都通過移動冷卻速度帶的左右邊界來改變它的寬度。但是，不同的措施移動左右邊界的程度是不相同的。比如，特性溫度問題一般只使冷卻速度帶的右邊界向右移，而很少改變其左邊界的位置。改變工件的形狀大小時，由薄小部分的有效厚度是否改變及其改變程度，來決定冷卻速度帶的快端的移動方向和大小；由厚大部分的有效厚度的改變情況，來決定慢端位置的移動方向和大小。其它措施的作用，也可以根據實際情況來分析確定。
2 影響冷卻速度帶位置的主要因素
a 淬火介質的冷卻能力大小
決定冷卻速度帶的位置的最重要因素，是所用淬火冷卻介質的冷卻能力大小。一般說，冷卻能力越強，它使工件的冷卻速度帶左移的程度越大。相反，冷卻能力更弱的介質，往往使冷卻速度帶向右移。當前可用的冷卻介質，按它們的冷卻能力大小排序，可以列成下表：
表2 常用介質的冷卻能力大小排序
一般說，按表中從左到右的次序，選擇左邊的冷卻介質，獲得的冷卻速度帶就靠左；選擇右邊的冷卻介質，獲得的冷卻速度帶就靠右。表中所列水溶性介質中，改變它的濃度、配方和使用參數，還可以在一定范圍調節其冷卻速度大小。選用的淬火冷卻介質，首先要能使工件的冷卻速度帶落到它的第II區上。然后還要能縮短冷卻速度帶的寬度，使其完全落進第II區之內。所選介質不能使工件的冷卻速度帶落到第II區上；隨后，不管如何縮短冷卻速度帶的寬度，都解決不了工件的淬火變形問題，也得滿足不了淬火硬度、淬硬深度等熱處理要求。
b 液溫、濃度和攪拌烈度
在熱處理生產現場，液溫、濃度和使用中的攪拌烈度，是調節水和水溶性淬火介質冷卻能力的三個重要參數。對于淬火用油，雖然沒有濃度調節問題，油溫和攪拌烈度對其冷卻能力仍有不可忽視的影響。此外，工件淬火加熱時，在合理的限度內，適當提高工件的淬火加熱溫度，也能獲得一定程度的相當于提高淬火冷卻速度的效果。按照本文的思路，我們把提高冷卻效果的作用稱為使工件的冷卻速度帶“向左移”的作用。相應地，把降低冷卻效果的作用看成是使冷卻速度帶“向右移”的作用。按這種分類方法，可以把熱處理現場用來調節冷卻速度帶位置的措施匯總成表3。
表3 熱處理現場常用控制措施的作用方向表
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基 本 措 施
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作 用 方 向
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左 移
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右 移
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淬火加熱溫度
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提 高
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降 低
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√
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淬火油溫度
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提 高
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√
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降 低
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√
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水及水溶液液溫
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提 高
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√
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降 低
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√
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工件與介質的相對流速
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增 大
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√
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減 小
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√
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改變今禹8-20濃度
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增 大
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√
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降 低
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√
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自來水改成今禹8-20
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√
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自來水改成機油
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√
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機油中加入專配添加劑
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√
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普通油改成快速油
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√
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快速油改成等溫分級淬火油
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√
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在生產現場，熱處理工作者要做的事，是合理調用表中的措施，來移動冷卻速度帶的位置，以求解決工件的淬裂、淬硬和淬火變形問題。
3 影響因素之間的相互關系
有些人收集了許多解決淬火變形問題的經驗。隨后，遇到淬火變形問題時，常常設法把它們盡可能多地同時用在同一個工件的熱處理中。結果，淬火變形程度時而減小，時而增大。無奈之下，只能認為這些措施“時靈時不靈”，和淬火變形“無規律可循”。這說明，在研究解決工件的淬火變形問題時，很有必要對諸多措施之間的關系做一番研究。
按照建立冷卻速度帶法的思路和圖1劃定的框架，我們把影響工件冷卻速度帶的位置和寬度的因素之間的關系歸納成以下四個：
(1)作用的方向性 任何一個影響因素（如果加以控制，就成為一個措施），它對工件的冷卻速度帶（或者其邊界）的作用都具有方向性，不是使冷卻速度帶向左移，就是使它向右移。既不使其向左移，也不使其向右移的措施，就不是調節冷卻速度帶的措施。
(2)作用的加和性 有了作用的方向性，自然就會產生相同作用同方向的措施共同用在同一個工件上時，最終表現出來的作用與各個單獨因素的作用之間的關系問題。根據我們的研究，現在初步把它們的關系確定為加和性。假定：措施a的作用為A。措施b的作用為B。措施c的作用為C。當共同使用在同一工件上時，它們的總的作用P可以用式（2）來表述：P ＝ A ＋ B ＋ C ……………… （2）
但是，這里的相加應當是集合代數中的加（并），而不是算術上的相加關系。因為，只有用集合論中的相加關系，才能解釋淬火變形問題中遇到的諸多問題。
(3)作用的相消性 有了作用的方向性，作用方向相反的措施共同用在同一工件上時，它們的作用會相互抵消。我們把它叫做相消性。不了解所用措施的方向性和不同作用方向的措施之間的相消性，在解決工件的淬火變形問題時，把作用相反的措施用在同一工件上，這些措施就都不靈了！
有了前面提出的相同方向的作用的加和性，不難推測出這樣的結果：不同方向的措施，只在它們的（集合代數的）相交部分，才有相消性。
(4)作用的可替代性 把大家知道的抗淬火變形的措施按各自的作用方向分了類，又了解了同類措施的加和性，自然就產生了這里所說的可替代性：一套由一到幾個措施組成的移動或者收縮冷卻速度帶的方案，可以用另一套措施組合的方案來加以替代，并得到幾乎相同的效果。在熱處理生產中，處理同一種工件時，不同的工廠采取的工藝參數組合往往各不相同，原因就是它們之間有可替代性。
4 是位置上的問題，還是寬度上的問題
在淬火加熱或轉移過程中，因相互疊壓或因自重，以及受到摔碰引起的變形，屬于外力引起的變形。細長或者大而薄的工件，容易發生外力引起的變形。一般說，從工件裝掛與轉移操作方面找原因，并加以改進，比較容易解決這類變形問題。
在分析解決內應力引起的淬火變形問題時，首先應當確定問題出在工件的冷卻速度帶的位置不對，還是寬度過大上。過去，不少人在解決工件的淬火變形問題時遇到過多的挫折和走了很長的彎路，原因多在沒有把這個問題搞清楚。這個問題搞不清楚，不知道解決變形問題的方向，也就無法正確選擇解決具體問題的措施。本文前面所舉的例子中，圖3的45鋼齒輪的淬火變形問題、圖4的60Si2Mn較厚板簧的淬火變形問題，以及圖5的大行星齒輪的淬火變形問題，都屬于冷卻速度帶的位置問題，也就是位置不當引起的問題。而圖6和圖8所涉及的問題，則主要是冷卻速度帶的寬度過大引起的問題。由于不知道問題所在，和當時不知道抗淬火變形的措施的方向性，走了彎路也是可以理解的。
按照本文表1部分所述的辦法，比較容易回答這個問題。判斷出問題所在后，通過調用有關的措施來移動冷卻速度帶的位置或者調節其寬度，使它完全落入其第II冷速區，淬火變形問題就能得到解決。通過上面的討論，知道了哪些是移動冷卻速度帶的措施，和哪些是收縮冷卻速度帶的措施，并且知道了各措施之間的相互關系，熱處理工作者分析和解決工件的淬火變形問題就可能快捷得多了。
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