王四芳，李 瑞

热处理过程是决定铸锻钢材料内部组织与性能的关键步骤。在工件淬火冷却过程中，合理的热处理工艺可以保证组织的均匀转变、较小的淬火应力或残余应力，防止产生裂纹或开裂。这种问题对于大型轧辊、发电机转子等大型工件尤为突出[1]。淬火冷却工艺的制定和优化一直是金属热处理学关注的重要问题之一，国内外许多学者在淬火介质、淬火方法、淬火循环冷却系统等方面进行大量的实验与数值研究[2]。

水作为淬火介质在热处理中得到广泛应用。为了适应不同工件的冷却要求，已经形成了浸水、水循环、喷水等多种常用的冷却模式。通常认为喷水淬火的冷却速率更大。

本文将在分析淬冷过程中传热特征的基础上，建立铸锻件导热问题的数学模型，分别对筒节工件喷水、浸水循环搅拌、浸水静止三种冷却模式的淬火工艺进行有限差分数值分析，对比分析结果，以期指导工件淬冷工艺的选取和工艺规范的制定。

1 淬火冷却理论基础与物理机制

在淬火冷却过程中，高温工件与低温的冷却介质接触，产生淬冷沸腾现象，由于淬冷沸腾的复杂性，研究者们对于淬冷沸腾传热系数的研究结果不尽相同[4～6]。为了讨论工件淬火，笔者先对沸腾的基本物理过程进行回顾。在一个大气压下大容器中水的饱和沸腾现象在部分文献中分为四个阶段：自然对流传热、泡状沸腾、过渡沸腾和膜状沸腾。有的文献[3]将其分为三段，把核态沸腾与过渡沸腾统称为泡状沸腾。……