本發(fā)明涉及金屬熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種獲得低碳低合金黑皮鍛鋼軸內(nèi)部超細(xì)珠光體組織的方法，特別適合碳當(dāng)量不大于0.6％且碳含量低于0.3％的低合金鋼，在特定環(huán)境下對(duì)綜合機(jī)械性能的特殊要求。

背景技術(shù)：

珠光體：英文為（pearlite），是鋼中常見組織，是由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物，在500倍光學(xué)顯微鏡下可以分辨，其片層間距為0.5～2.0μm。通常情況下，大型低碳低合金鍛鋼軸內(nèi)部的珠光體組織是通過正火工藝獲得的，即：將鍛鋼軸加熱到臨界溫度線以上30～50°C，保溫一定時(shí)間后進(jìn)行空冷或噴水（噴霧），但這一傳統(tǒng)工藝只能滿足普通要求，卻不能滿足有特殊要求的鍛鋼軸，比如低溫用16MnD黑皮鍛鋼軸，在一般情況下，力學(xué)性能要求屈服強(qiáng)度≥265MPa，而在特殊情況下則要求屈服強(qiáng)度≥320MPa，性能提高了20％，并要求軸在室溫下的內(nèi)部組織為珠光體+鐵素體。在這種情況下，采用空冷或噴霧均不能達(dá)到上述要求；而采用噴水工藝，由于噴水的冷卻速度和均勻性難以控制，使熱處理工藝極不穩(wěn)定，不能使整支鍛鋼軸各個(gè)部位全部達(dá)到要求，且無法避免局部出現(xiàn)淬火組織。因此，傳統(tǒng)熱處理工藝，不能滿足低碳低合金黑皮鍛鋼軸屈服強(qiáng)度≥320MPa的性能要求，也無法獲得室溫下的超細(xì)珠光體+鐵素體組織。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)熱處理工藝不能使低碳低合金黑皮鍛鋼軸獲得超細(xì)珠光體組織的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種獲得低碳低合金黑皮鍛鋼軸超細(xì)珠光體的方法，在不增加工藝成本的前提下，實(shí)現(xiàn)有效提高鍛鋼軸機(jī)械性能的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種獲得低碳低合金黑皮鍛鋼軸超細(xì)珠光體的方法，其特征在于：利用低碳低合金黑皮鍛鋼軸表面3～4mm的脫碳層作為保護(hù)層，將高溫黑皮鍛鋼軸置入冷卻液中進(jìn)行短暫熱交換，通過保護(hù)層減緩冷卻速度，獲得比直接冷卻液冷卻的速度慢，比通常正火冷卻方式速度快的冷卻效果，使脫碳層以下不出現(xiàn)馬氏體組織，而獲得室溫下片層間距僅為0.2～0.25μm的超細(xì)珠光體組織。

所述的方法包括以下步驟：

a、將黑皮鍛鋼軸置入熱處理爐中，加熱到臨界溫度以上30～50°C，保溫t時(shí)間，t=akh（式中：t單位為分鐘，a為保溫系數(shù)， k為工件裝爐方式系數(shù)，h為鍛件有效厚度）；

b、出爐預(yù)冷，預(yù)冷t₁時(shí)間，t₁=1.5h/100（t₁單位為分鐘，h為鍛件有效厚度）；

c、將黑皮鍛鋼軸置入冷卻液中冷卻t₂時(shí)間，t₂=1.6h/100（t₂單位為秒，h為鍛件有效厚度）；

d、取出黑皮鍛鋼軸空冷，待冷卻后取樣，在800倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行金相檢測(cè)，要求內(nèi)部珠光體片層間距為0.2～0.25μm。

優(yōu)選地，步驟c所述的冷卻液為水，水溫設(shè)置在18～30°C之間，且水池內(nèi)設(shè)置多點(diǎn)強(qiáng)烈攪拌。

本發(fā)明適合碳當(dāng)量不大于0.6％且碳含量低于0.3％的低合金鋼，它利用黑皮鍛鋼軸表面具有3～4mm厚脫碳保護(hù)層的特性，從而將黑皮鍛鋼軸加熱后整體短暫水冷再空冷，使脫碳層以下不易出現(xiàn)淬火后的馬氏體組織，而在室溫下仍然可以獲得珠光體+鐵素體組織，這種組織與傳統(tǒng)熱處理工藝獲得的珠光體組織相比，珠光體片層間距僅為0.2～0.25μm，為超細(xì)珠光體組織，其只有在800倍光學(xué)顯微鏡下才可清晰分辨片層。因而，通過本發(fā)明所獲得的超細(xì)珠光體組織，能使低碳低合金黑皮鍛鋼軸具有良好的機(jī)械性能，尤其屈服強(qiáng)度能夠提高25％～35％，而工藝成本卻沒有增加。

具體實(shí)施方式

以下通過兩實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解釋說明：

實(shí)施例一

以直徑為Φ300mm的16MnD黑皮鍛鋼軸為例，工藝步驟如下：

（1）將16MnD黑皮鍛鋼軸置入熱處理爐中，加熱到910°C，保溫11.3小時(shí)；

（2）出爐預(yù)冷，預(yù)冷時(shí)間為4.5分鐘；

（3）將黑皮鍛鋼軸置入水溫18～30°C，且設(shè)置有多點(diǎn)強(qiáng)烈攪拌的水池中冷卻5秒鐘；

（4）將黑皮鍛鋼軸從水池中取出空冷，常溫下取樣，在800倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行金相檢測(cè)，內(nèi)部珠光體片層間距為0.2～0.25μm視為合格。

實(shí)施例二

以直徑為Φ500mm的20MnMo黑皮鍛鋼軸為例，工藝步驟如下：

（1）將20MnMo黑皮鍛鋼軸置入熱處理爐中加熱到900°C，保溫20小時(shí)；

（2）出爐預(yù)冷，預(yù)冷時(shí)間為7.5分鐘；

（3）將黑皮鍛鋼軸置入水溫18～30°C,且設(shè)置有多點(diǎn)強(qiáng)烈攪拌的水池中冷卻8秒鐘；

（4）將黑皮鍛鋼軸從水池中取出空冷，常溫下取樣，在800倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行金相檢測(cè)，內(nèi)部珠光體片層間距為0.2～0.25μm視為合格。

本發(fā)明利用黑皮鍛鋼軸表面具有3～4mm厚脫碳保護(hù)層的特性，即使將加熱后的黑皮鍛鋼軸整體短暫水冷，脫碳層以下也不會(huì)出現(xiàn)淬火后的馬氏體組織，室溫下卻可獲得珠光體+鐵素體組織。這種組織與傳統(tǒng)熱處理工藝獲得的珠光體組織相比，珠光體片層間距僅為0.2～0.25μm，為超細(xì)珠光體組織，其只有在800倍光學(xué)顯微鏡下才可清晰分辨片層。因而，通過本發(fā)明所獲得的超細(xì)珠光體組織，能使低碳低合金黑皮鍛鋼軸具有良好的機(jī)械性能，尤其屈服強(qiáng)度能夠提高25％～35％，而工藝成本卻沒有增加。