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:
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:
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。
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%。
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。
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)。
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。
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)。
截面差异:
对厚薄不均部位采用差温加热或分区冷却。
材料敏感性:
高合金钢需严格控制加热速率(≤80℃/h)。
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。