大型船用锻件（如曲轴、螺旋桨轴、舵杆等）的热处理工艺是确保其力学性能、抗疲劳性和耐腐蚀性的关键环节。以下是其典型热处理步骤及技术要点：

1. 预处理：锻后热处理

• 目的：消除锻造应力，细化晶粒，均匀组织。

• 步骤：

• 加热至Ac3以上（碳钢：850-920℃，合金钢：900-980℃），保温时间按厚度（1-2小时/100mm）。

• 空冷（正火）或炉冷（退火）以细化晶粒，改善切削加工性。

• 锻件锻后冷却控制：锻造完成后缓慢冷却（如堆冷或炉冷），避免因快速冷却导致内应力或裂纹。

• 去氢退火（针对合金钢）：在250-350℃保温长时间（10-24小时），扩散氢原子，预防氢脆。

• 正火/退火：

• 
  

2. 调质处理（淬火+高温回火）

2.1 淬火

• 目的：获得高强度的马氏体或贝氏体组织。

• 工艺参数：

• 水冷（碳钢）：冷却能力强，但需控制避免开裂。

• 油冷（合金钢）：减少变形和开裂风险。

• 喷雾冷却（特大件）：均匀性控制。

• 加热温度：碳钢Ac3+30-50℃（如850-880℃），低合金钢（如34CrMo4）880-920℃。

• 保温时间：按工件有效厚度计算（1.5-2.5分钟/mm，大型件可能需数小时）。

• 冷却介质：

• 关键点：

• 分段加热（如预热到600℃再升至目标温度）防止热应力。

• 大型件需旋转或强制循环冷却介质确保均匀性。

2.2 高温回火

• 目的：消除淬火应力，提升韧性。

• 工艺参数：

• 回火温度：500-650℃（依材料而定，如40CrNiMo通常560-620℃）。

• 保温时间：2-4小时（厚度每增加25mm增加1小时）。

• 冷却方式：空冷（避免回火脆性材料需快冷）。

• 性能目标：达到抗拉强度600-900MPa，延伸率≥14%。

3. 去应力退火（可选）

• 适用场景：对尺寸稳定性要求极高的部件（如精密齿轮轴）。

• 工艺：加热至550-650℃，保温后炉冷至300℃以下出炉。

4. 表面处理（根据需求）

• 感应淬火：对轴颈等局部区域表面硬化（硬度HRC50-55）。

• 渗氮：提高耐磨性（如螺旋桨轴轴承位）。

5. 质量检测

• 硬度测试：布氏硬度（HB）或洛氏硬度（HRC）多点检测。

• 力学性能：取样做拉伸、冲击试验（-20℃低温冲击值需达标）。

• 金相分析：检查组织均匀性（马氏体/回火索氏体比例）。

• 无损检测：

• 超声波探伤（UT）：检测内部裂纹、夹杂。

• 磁粉探伤（MT）：表面缺陷检测。

关键挑战与解决方案

1. 变形控制：

• 使用专用工装夹具固定工件。

• 淬火时采用“预冷淬火”（延迟入液时间）。

2. 截面差异：

• 对厚薄不均部位采用差温加热或分区冷却。

3. 材料敏感性：

• 高合金钢需严格控制加热速率（≤80℃/h）。

实例：船用曲轴（34CrNiMo6）热处理参数

• 淬火：920℃×6h，油冷至150℃出油。

• 回火：620℃×8h，空冷。

• 最终性能：Rm≥850MPa，A≥12%，KV2≥40J。

通过以上步骤，可确保大型船用锻件在严苛海洋环境中具备高可靠性和长寿命。实际工艺需根据材料成分、尺寸及船级社规范（如CCS、DNV）调整。