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一种 涡轮轴 热处理方法

阅读：886发布：2021-06-11

专利汇可以提供一种涡轮轴热处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明揭示了一种涡轮轴热处理方法，包括如下步骤：锻造涡轮轴；对涡轮轴毛坯进行机加工并留有热处理变形量；将涡轮轴毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬设备中；加热至850℃～950℃并设定碳势0.8～1.1，保温10小时～15小时进行渗碳处理；投入到全自动盐淬设备盐浴炉的盐槽中并迅速降温至200℃～300℃后保温2小时～4小时进行等温淬火热处理；取出并在200℃～300℃条件下回火处理2小时；常温条件下水洗；干燥后得到等温淬火涡轮轴粗品；研磨精加工得到涡轮轴成品。该方法处理后的涡轮轴扭转疲劳强度提高30%，满足了轻量化大功率增压发动机的工况使用要求，经热处理后的涡轮轴变形量小、耐磨性及抗拉强度增强，使用寿命延长。，下面是一种涡轮轴热处理方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种涡轮轴热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)锻造符合要求的涡轮轴；
(2)锻造后，对涡轮轴毛坯进行机加工，机加工时留有热处理变形量；
(3)将机加工后的涡轮轴毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬设备中；
(4)在全自动盐淬设备的加热炉中，将涡轮轴加热至850℃～950℃并设定碳势0.8～
1.1，保温10小时～15小时进行渗碳处理；
(5)将经过步骤 (4)渗碳处理后的涡轮轴投入到全自动盐淬设备盐浴炉的盐槽中，在盐槽中迅速降温至200℃～300℃后保温2小时～4小时进行等温淬火热处理；
(6)将涡轮轴从盐浴炉中取出，并在200℃～300℃条件下回火处理2小时；
(7)常温条件下，用水清洗回火处理后的涡轮轴；
(8)经过清洗及干燥后得到等温淬火涡轮轴粗品；
(9)对等温淬火涡轮轴粗品进行研磨精加工得到涡轮轴。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中涡轮轴的材质为低碳合金钢。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述涡轮轴直径为18mm～45mm。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中全自动盐淬设备采用的保护气氛包括但不限于氢气、氮气和一氧化碳。
5.根据权利要求4所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述全自动盐淬设备采用的保护气氛为一氧化碳。
6.根据权利要求1所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述步骤(5)中盐浴炉使用的熔融盐液包括氯化钠、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述熔融盐液为质量比为50%的硝酸钾和质量比为50%的亚硝酸钠的混合液。
8.根据权利要求1所述的一种涡轮轴热处理方法，其特征在于：所述步骤(7)中采用超声波清洗机对涡轮轴进行清洗处理。

说明书全文

一种涡轮轴 热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热处理方法，具体涉及一种涡轮轴的热处理方法，属于金属材料加工领域。

背景技术

[0002] 涡轮轴是轴类零件中肩负120000至160000 rpm转动及超高温的精密零件，是动力机械中的主要零件之一，其主要功能是传递运动和动力。在涡轮轴的生产过程中，其精深的材料运用、精细的加工公差和精湛的热处理工艺是涡轮厂最为核心的技术。

[0003] 涡轮轴运转时，内外套圈与滚动体之间呈点接触或线接触，受到周期性的载荷作用，由于接触面积极小，在接触面上承受极大的压应力和交变载荷，接触应力可达2000～5000MPa，应力交变次数可达每分钟数万次甚至更高，从而容易造成涡轮轴的接触疲劳破坏。涡轮轴在工作中，滚动体和套圈及保持器之间还会有相对滑动，产生相互摩擦，同时产生高温高压；大气和润滑剂对轴承还有一定的腐蚀作用；某些情况下涡轮轴还会受到冲击负荷的作用。因此，涡轮轴需要具有良好的尺寸稳定性或组织稳定性，具有较高的抗拉强度、接触疲劳强度及弹性极限，具有较高的耐磨性、冲击韧性和必要的抗化学腐蚀性等要求。

[0004] 传统乘用车变速箱涡轮轴采用渗碳+油淬火或感应淬火的热处理方法，获得的涡轮轴基体金相组织为回火马氏体，该涡轮轴的扭转疲劳强度不能满足轻量化大功率增压发动机的使用工况。随着乘用车节能减排技术不断发展，轻量化、大功率增压发动机成为推广应用的趋势，与此相配套的变速箱涡轮轴输出功率的要求也相应增加。传统热处理工艺下的涡轮轴，在不加大产品尺寸的情况下，其机械性能尤其是疲劳强度不能满足增压发动机的要求。

[0005] 综上所述，如何克服上述缺陷，设计出一种在不改变涡轮轴原有尺寸的情况下可以提高涡轮轴性能的热处理方法，以满足轻量化大功率增压发动机的使用工况，就成为本领域内工作人员亟待解决的技术问题。

发明内容

[0006] 鉴于现有技术存在上述缺陷，为此，本发明提供一种涡轮轴热处理方法，以解决上述至少一个问题。

[0007] 本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：本发明揭示了一种涡轮轴热处理方法，包括如下步骤：
(1)锻造符合要求的涡轮轴；
(2)锻造后，对涡轮轴毛坯进行机加工，机加工时留有热处理变形量；
(3)将机加工后的涡轮轴毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬设备中；
(4)在全自动盐淬设备的加热炉中，将涡轮轴加热至850℃～950℃并设定碳势0.8～
1.1，保温10小时～15小时进行渗碳处理；
(5)将经过步骤 (4) 渗碳处理后的涡轮轴投入到全自动盐淬设备盐浴炉的盐槽中，在盐槽中迅速降温至200℃～300℃后保温2小时～4小时进行等温淬火热处理；
(6)将涡轮轴从盐浴炉中取出，并在200℃～300℃条件下回火处理2小时；
(7)常温条件下，用水清洗回火处理后的涡轮轴；
(8)经过清洗及干燥后得到等温淬火涡轮轴粗品；
(9)对等温淬火涡轮轴粗品进行研磨精加工得到涡轮轴。

[0008] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述步骤(1)中涡轮轴的材质为低碳合金钢。

[0009] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述涡轮轴直径为18mm～45mm。

[0010] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述步骤(3)中全自动盐淬设备采用的保护气氛包括但不限于氢气、氮气和一氧化碳。

[0011] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述全自动盐淬设备采用的保护气氛为一氧化碳。

[0012] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述步骤(5)中盐浴炉使用的熔融盐液包括氯化钠、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠中的至少一种。

[0013] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述熔融盐液为质量比为50%的硝酸钾和质量比为50%的亚硝酸钠的混合液。

[0014] 优选地，根据本发明的涡轮轴热处理方法，所述步骤(7)中采用超声波清洗机对涡轮轴进行清洗处理。

[0015] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：本发明揭示了一种涡轮轴渗碳+等温淬火的热处理方法，在涡轮轴表层形成1mm至2mm厚度、58 HRC至62HRC硬度的高碳贝氏体，涡轮轴心部转变为30HRC至40HRC硬度的回火马氏体，涡轮轴扭转疲劳强度提高30%左右，满足了轻量化大功率增压发动机的工况使用要求，解决了在不改变涡轮轴原有尺寸的情况下提高涡轮轴性能的技术问题，同时，经热处理后的涡轮轴变形量小、耐磨性及抗拉强度增强，使用寿命延长。
附图说明

[0016] 通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对发明的限制。在附图中：图1是本发明涡轮轴热处理方法的工艺流程图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。

[0018] 图1中示出，涡轮轴的热处理方法，包括如下步骤：步骤101：锻造符合基本要求的涡轮轴工件。

[0019] 所述涡轮轴工件的材质为低碳合金钢，且所述涡轮轴的直径为18mm～45mm。

[0020] 步骤102：涡轮轴毛坯粗加工。

[0021] 锻造后，对涡轮轴毛坯进行机加工，机加工时留有热处理变形量。

[0022] 步骤103：将加工后的涡轮轴送至全自动盐淬装置。

[0023] 将机加工后的涡轮轴毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬设备中，保护气氛以避免工件表面氧化脱碳，计算机控制以避免人为因素影响，使以下步骤的等温淬火热处理的质量更加稳定。

[0024] 在该步骤中，全自动盐淬设备采用的保护气氛可以是氢气、氮气、一氧化碳等。

[0025] 步骤104：将涡轮轴加热至850℃～950℃并设定碳势值为0.8～1.1，保温10小时～15小时进行渗碳处理，本发明中涡轮轴工件采用低碳合金钢材质(含碳量小于0.25%)，此步骤渗碳处理后涡轮轴表层含碳量可提高至0.5%～1.0%，涡轮轴表层形成1mm～2mm厚度的高碳贝氏体。

[0026] 步骤105：在全自动盐淬设备盐浴炉的盐槽中迅速降温至200℃～300℃后保温2小时～4小时进行等温淬火热处理。此步骤需要快速冷却，否则在冷却过程中产生的中间体组织会对涡轮轴材料的显微组织与机械性质产生影响。

[0027] 在该步骤中，盐浴炉使用的熔融盐液可以是氯化钠、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠中的一种或多种，即可以是上述各熔融盐液成分的混合液。

[0028] 步骤106：将涡轮轴从盐槽中取出，并在200℃～300℃条件下回火处理2小时。

[0029] 步骤107：在常温条件的水浴中，用水清洗回火处理后的涡轮轴。

[0030] 该步骤中，可以采用超声波清洗机对涡轮轴进行清洗处理。超声波清洗机不仅可以将涡轮轴表面的残余物清洗干净，还可以将涡轮轴上通孔及盲孔中的杂质清洁出来，超声波清洗机操作简单、清洁效果佳且清洁效率高。

[0031] 步骤108：经过清洗及干燥后得到等温淬火涡轮轴粗品。

[0032] 经过清洗后的涡轮轴工件，经过烘干干燥后得到等温淬火涡轮轴粗品。

[0033] 步骤109：对上述等温淬火涡轮轴粗品进行研磨等精加工处理，得到涡轮轴成品。

[0034] 实施例1一种重型卡车变速箱涡轮轴的热处理方法，包括如下步骤：
(1)采用低碳合金钢，锻造直径为40mm的涡轮轴；
(2)锻造后，对上述涡轮轴毛坯进行机加工，机加工时留有热处理变形量；
(3)将机加工后的涡轮轴毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬设备中，保护气氛为一氧化碳；
(4)在全自动盐淬设备的加热炉中，将涡轮轴加热至900℃、设定碳势值1.0，保温14小时进行渗碳处理；
(5)将经过步骤 (4) 渗碳处理后的涡轮轴投入到全自动盐淬设备盐浴炉的盐槽中，在盐槽中迅速降温至260℃后保温3.5小时进行等温淬火热处理；其中，所述熔融盐液为质量比为50%的硝酸钾和质量比为50%的亚硝酸钠的混合液。

[0035] (6)将涡轮轴从盐浴炉中取出，并在280℃条件下回火处理2小时；(7)常温条件下，在超声波清洗机中进行涡轮轴清洗；
(8)经过清洗后的涡轮轴，经烘干后得到等温淬火涡轮轴粗品；
(9)对等温淬火涡轮轴粗品进行研磨等精加工得到涡轮轴成品。

[0036] 经检测，实施例1中涡轮轴成品的表层形成2mm厚度、62HRC硬度的高碳贝氏体，涡轮轴心部转变为40HRC硬度的回火马氏体，涡轮轴成品的扭转疲劳强度增加30%，耐磨性增强，使用期限增加。

[0037] 实施例2一种轻型汽车变速箱涡轮轴的热处理方法，包括如下步骤：
(1) 采用低碳合金钢，锻造直径为22mm的涡轮轴；
(2)锻造后，对涡轮轴毛坯进行机加工，机加工时留有热处理变形量；
(3)将机加工后的涡轮轴毛坯送至在气氛保护及计算机控制下的全自动盐淬设备中，保护气氛为一氧化碳；
(4)在全自动盐淬设备的加热炉中，将涡轮轴加热至870℃、设定碳势值为0.8，保温12小时进行渗碳处理；
(5)将经过步骤 (4) 渗碳处理后的涡轮轴投入到全自动盐淬设备盐浴炉的盐槽中，在盐槽中迅速降温至220℃后保温2小时进行等温淬火热处理；其中，所述熔融盐液为质量比为50%的硝酸钾和质量比为50%的硝酸钠的混合液；
(6)将涡轮轴从盐浴炉中取出，并在210℃条件下回火处理2小时；
(7)常温条件下，用水清洗回火处理后的涡轮轴；
(8)经过清洗及风干干燥后得到等温淬火涡轮轴粗品；
(9)对等温淬火涡轮轴粗品进行研磨精加工得到涡轮轴成品。

[0038] 经检测，实施例2中涡轮轴成品表层形成1mm厚度、58 HRC硬度的高碳贝氏体，涡轮轴心部转变为30HRC硬度的回火马氏体，该涡轮轴成品的疲劳强度提高30%，耐磨性及抗拉强度增强，使用寿命延长。

[0039] 本发明提供的涡轮轴渗碳+等温淬火的热处理方法，在涡轮轴表层形成1mm至2mm厚度、58 HRC至62HRC硬度的高碳贝氏体，涡轮轴心部转变为30HRC至40HRC硬度的回火马氏体，涡轮轴扭转疲劳强度提高30%左右，满足了轻量化大功率增压发动机的工况使用要求，解决了在不改变涡轮轴原有尺寸的情况下提高涡轮轴性能的技术问题，同时，经热处理后的涡轮轴变形量小、耐磨性及抗拉强度增强，使用寿命延长。

[0040] 应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。

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