CN103614521B - 中碳钢材质大型柴油机输出轴调质工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中碳钢材质大型柴油机输出轴调质工艺，包括以下步骤：（1）正火：室温装炉，350±20℃、600±20℃阶段式升温，保温结束后将零件吊出，用风机吹风冷却至室温；(2)三次淬火：再次装炉，350±20℃、600±20℃和850±10℃阶段式升温保温，空冷入水槽冷却，再次空冷再次水冷，之后转油槽冷却。（3）高温回火：565±10℃回火，保温后出炉空冷。本发明通过空冷——水冷——空冷——水冷——油冷三次淬火合理的淬火冷却方式，提高大型轴类锻件第一阶段表面马氏体转化的速度，且提高了其表面淬火硬度。本发明采用的空冷使得大型轴类锻件内外温差缩小，有效降低了大型轴类锻件的开裂倾向。

Description

中碳钢材质大型柴油机输出轴调质工艺

技术领域

本发明涉及一种经过粗加工后的大型轴类锻件热处理工艺，尤其涉及一种采用中碳钢制造的大型柴油机输出轴调质工艺，属于金属热处理技术领域。

背景技术

尺寸较大的大型柴油机输出轴一般采用锻造毛坯，这种大型轴类锻件经粗加工后需要进行调质处理，才能提高其综合机械性能，满足柴油机输出轴在交变应力状态下的使用要求。

由于此种大型轴类锻件的横截面有效尺寸和质量均较大，根据热处理工艺的“尺寸效应”以及“质量效应”，常规的调质工艺容易发生此种大型轴类锻件表面淬透深度较浅，淬火时表面淬硬层内较大的残余拉应力导致形成弧形裂纹的问题。另外，由于大型轴类零件需要控制热处理时的变形量，防止其挠度超过允许的要求，因此不能采用快速加热的方式对大型轴类锻件加热，必须采用预热或者限制加热的技术措施对此种轴类锻件进行逐步加热。

淬火时，由于大型轴类锻件的横截面尺寸较大，若采用水冷直接冷至室温的工艺，则会因为大型轴类锻件虽然其表面完成了马氏体转变，而心部依然处于高温奥氏体状态，在内外温差过大的温度应力、组织应力和热应力的共同作用下，一旦任一应力值超过该材质断裂强度，该大型轴类锻件则会产生裂纹而报废。

现有的大型轴类锻件调质工艺没有淬火前的预备热处理工序，采用随炉升温至淬火温度的加热工艺并没有预热或者限制加热速度的措施，并且在淬火冷却时大型轴类锻件直接水冷至室温，这种工艺容易导致大型轴类锻件的淬硬层较浅，且抵抗淬火开裂的安全系数低。快速加热工艺容易导致大型轴类锻件变形量超差，同时会因为大型轴类锻件表面与心部的温差大，表面受拉应力，当拉应力大于材料断裂强度时会产生裂纹。由于大型轴类锻件的尺寸较大，若一直采用水冷至室温，由于内外温差过大，在组织应力和热应力的共同作用下容易会产生裂纹。常规调质工艺并不适合大型轴类锻件的调质热处理，需重新设计新的调质处理工艺。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能提高大型轴类锻件综合机械性能、并能有效避免产生裂纹，且变形量符合要求的中碳钢材质大型柴油机输出轴调质工艺。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种中碳钢材质大型柴油机输出轴调质工艺，包括以下步骤：

（1）正火

室温下将粗加工后的大型柴油机输出轴装入台车炉，阶段式升温，在350±20℃、600±20℃时各保温1小时，然后升温至870±20℃保温4-4.5小时；保温结束后将大型柴油机输出轴吊出，用风机吹风冷却至室温；

（2）三次淬火

大型柴油机输出轴在室温下再次装入台车炉，阶段式升温，在350±20℃、600±20℃时各保温1小时；然后升温至850±10℃保温4.5-5小时；保温结束后，将大型柴油机输出轴吊出空冷2分30秒后入水槽冷却3分钟，再空冷1分钟后水冷2分钟，之后转油槽冷却至200±20℃；

（3）高温回火

将经过三次淬火的大型柴油机输出轴吊进回火炉，加热至回火温度565±10℃，保温6小时后出炉空冷。

本发明通过正火处理获得了较细的片状珠光体组织，在淬火加热时，用较短的时间完成组织转变，并增加奥氏体中的固溶量提高淬透性，从而获得较深的硬化层，增大了硬化层抵抗破裂的安全系数。本发明通过阶段式加热升温保温的方式，有效控制了大型轴类锻件的变形量，并且降低了由于其内外温差过大产生的热应力而导致的大型轴类锻件开裂倾向。本发明通过空冷——水冷——空冷——水冷——油冷三次淬火合理的淬火冷却方式，提高大型轴类锻件第一阶段表面马氏体转化的速度，且提高了其表面淬火硬度。本发明采用的空冷使得大型轴类锻件内外温差缩小，有效降低了大型轴类锻件的开裂倾向。最后在大型轴类锻件心部转变成珠光体后采用油冷，从而进一步降低了淬火应力，有效地避免了大型轴类锻件发生开裂及变形超差的问题。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的调质工艺曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例的大型柴油机输出轴横截面尺寸约为220mm，其质量约为1000Kg，材质为#45锻材。如图1所示，本实施例包括以下步骤：

（1）正火

室温下将粗加工后的大型柴油机输出轴装入台车炉，阶段式升温，在350±20℃、600±20℃时各保温1小时，然后升温至870±20℃保温4-4.5小时；保温结束后将大型柴油机输出轴吊出，用风机吹风冷却至室温。

（2）三次淬火

大型柴油机输出轴在室温状再次装入台车炉，阶段式升温，在350±20℃、600±20℃时各保温1小时；然后升温至850±10℃保温4.5-5小时；保温结束后，将大型柴油机输出轴吊出空冷2分30秒后入水槽冷却3分钟，再空冷1分钟后水冷2分钟，之后转油槽冷却至200±20℃。

（3）高温回火

将经过三次淬火的大型柴油机输出轴吊进回火炉，加热至回火温度565±10℃，保温6小时后出炉空冷。

按照上述调质工艺处理（其中回火温度有三种）的大型柴油机输出轴所取对应三种试样的机械性能如表1：

表1：三种不同的回火温度的对应机械性能

表2所示技术要求的机械性能指标借用的评判标准为GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》、GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》

表2：GB/T228-2002、GB/T229-2007的相关标准

如表1所示，本发明的机械性能值均超过了表2的相关评判标准，其中表1的序号3试样的断面收缩率最小值50%也超过表2标准值下限的25%，冲击功最低值34超过标准值下限的的70%。本发明解决了大型轴类锻件调质处理时淬硬层较浅且易产生裂纹、综合机械性能不高的问题。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种中碳钢材质大型柴油机输出轴调质工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）正火

室温下将粗加工后的大型柴油机输出轴装入台车炉，阶段式升温，在350±20℃、600±20℃时各保温1小时，然后升温至870±20℃保温4-4.5小时；保温结束后将大型柴油机输出轴吊出，用风机吹风冷却至室温；

（2）三次淬火

大型柴油机输出轴在室温下再次装入台车炉，阶段式升温，在350±20℃、600±20℃时各保温1小时；然后升温至850±10℃保温4.5-5小时；保温结束后，将大型柴油机输出轴吊出空冷2分30秒后入水槽冷却3分钟，再空冷1分钟后水冷2分钟，之后转油槽冷却至200±20℃；

（3）高温回火

将经过三次淬火的大型柴油机输出轴吊进回火炉，加热至回火温度565±10℃，保温6小时后出炉空冷。