[發明專利]中碳鋼材質大型柴油機輸出軸調質工藝

有效

• 申請號: 201310608794.5
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103614521A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 朱松東;徐飛;莊振武;連興旺
• 申請（專利權）人: 中船動力有限公司
• 主分類號: C21D1/25
• 分類號: C21D1/25;C21D9/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種經過粗加工后的大型軸類鍛件熱處理工藝，尤其涉及一種采用中碳鋼制造的大型柴油機輸出軸調質工藝，屬于金屬熱處理技術領域。

背景技術

尺寸較大的大型柴油機輸出軸一般采用鍛造毛坯，這種大型軸類鍛件經粗加工后需要進行調質處理，才能提高其綜合機械性能，滿足柴油機輸出軸在交變應力狀態下的使用要求。

由于此種大型軸類鍛件的橫截面有效尺寸和質量均較大，根據熱處理工藝的“尺寸效應”以及“質量效應”，常規的調質工藝容易發生此種大型軸類鍛件表面淬透深度較淺，淬火時表面淬硬層內較大的殘余拉應力導致形成弧形裂紋的問題。另外，由于大型軸類零件需要控制熱處理時的變形量，防止其撓度超過允許的要求，因此不能采用快速加熱的方式對大型軸類鍛件加熱，必須采用預熱或者限制加熱的技術措施對此種軸類鍛件進行逐步加熱。

淬火時，由于大型軸類鍛件的橫截面尺寸較大，若采用水冷直接冷至室溫的工藝，則會因為大型軸類鍛件雖然其表面完成了馬氏體轉變，而心部依然處于高溫奧氏體狀態，在內外溫差過大的溫度應力、組織應力和熱應力的共同作用下，一旦任一應力值超過該材質斷裂強度，該大型軸類鍛件則會產生裂紋而報廢。

現有的大型軸類鍛件調質工藝沒有淬火前的預備熱處理工序，采用隨爐升溫至淬火溫度的加熱工藝并沒有預熱或者限制加熱速度的措施，并且在淬火冷卻時大型軸類鍛件直接水冷至室溫，這種工藝容易導致大型軸類鍛件的淬硬層較淺，且抵抗淬火開裂的安全系數低。快速加熱工藝容易導致大型軸類鍛件變形量超差，同時會因為大型軸類鍛件表面與心部的溫差大，表面受拉應力，當拉應力大于材料斷裂強度時會產生裂紋。由于大型軸類鍛件的尺寸較大，若一直采用水冷至室溫，由于內外溫差過大，在組織應力和熱應力的共同作用下容易會產生裂紋。常規調質工藝并不適合大型軸類鍛件的調質熱處理，需重新設計新的調質處理工藝。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種能提高大型軸類鍛件綜合機械性能、并能有效避免產生裂紋，且變形量符合要求的中碳鋼材質大型柴油機輸出軸調質工藝。

本發明通過以下技術方案予以實現：

一種中碳鋼材質大型柴油機輸出軸調質工藝，包括以下步驟：

（1）正火

室溫下將粗加工后的大型柴油機輸出軸裝入臺車爐，階段式升溫，在350±20℃、600±20℃時各保溫1小時，然后升溫至870±20℃保溫4-4.5小時；保溫結束后將大型柴油機輸出軸吊出，用風機吹風冷卻至室溫；

（2）三次淬火

大型柴油機輸出軸在室溫下再次裝入臺車爐，階段式升溫，在350±20℃、600±20℃時各保溫1小時；然后升溫至850±10℃保溫4.5-5小時；保溫結束后，將大型柴油機輸出軸吊出空冷2分30秒后入水槽冷卻3分鐘，再空冷1分鐘后水冷2分鐘，之后轉油槽冷卻至200±20℃；

（3）高溫回火

將經過三次淬火的大型柴油機輸出軸吊進回火爐，加熱至回火溫度565±10℃，保溫6小時后出爐空冷。

本發明通過正火處理獲得了較細的片狀珠光體組織，在淬火加熱時，用較短的時間完成組織轉變，并增加奧氏體中的固溶量提高淬透性，從而獲得較深的硬化層，增大了硬化層抵抗破裂的安全系數。本發明通過階段式加熱升溫保溫的方式，有效控制了大型軸類鍛件的變形量，并且降低了由于其內外溫差過大產生的熱應力而導致的大型軸類鍛件開裂傾向。本發明通過空冷——水冷——空冷——水冷——油冷三次淬火合理的淬火冷卻方式，提高大型軸類鍛件第一階段表面馬氏體轉化的速度，且提高了其表面淬火硬度。本發明采用的空冷使得大型軸類鍛件內外溫差縮小，有效降低了大型軸類鍛件的開裂傾向。最后在大型軸類鍛件心部轉變成珠光體后采用油冷，從而進一步降低了淬火應力，有效地避免了大型軸類鍛件發生開裂及變形超差的問題。

本發明的優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋，這些實施例，是參照附圖僅作為例子給出的。

附圖說明

圖1是本發明的調質工藝曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本實施例的大型柴油機輸出軸橫截面尺寸約為220mm，其質量約為1000Kg，材質為#45鍛材。如圖1所示，本實施例包括以下步驟：

（1）正火