1.本发明涉及热处理技术领域，尤其是一种涡轮轴热处理方法。
背景技术：
2.涡轮轴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。涡轮轴运转是，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换。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。
3.现有的涡轮轴一般采用淬火+高温回火的热处理方法，淬火的主要目的是提高强度、硬度和耐磨性，结构钢通过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度和塑性、韧性的配合，现有的淬火+高温回火的热处理工艺还有待进一步改善，从而进一步提高涡轮轴的锻造质量，提高涡轮轴的抗拉强度以及弹性极限，提高其耐摩擦性和抗冲击韧性。
技术实现要素：
4.本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种涡轮轴的热处理方法，采用该热处理方法锻造的涡轮轴，具有优异的组织稳定性，具有较高的抗拉强度、接触疲劳强度以及弹性极限，具有较高的耐磨性、冲击韧性和必要的抗化学腐蚀性等。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种涡轮轴热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理；3）水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火；6）机械精加工。
6.进一步的，所述球化球化退火处理具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上20～30℃，保温10
‑
15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷。
7.进一步的，所述固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
‑
1060℃，转速为转速为400
‑
500r/min。
8.进一步的，所述第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时。
9.进一步的，所述第二次空冷为时效712℃空冷24小时。
10.进一步的，所述去应力退火的温度为ac1以下20
‑
30℃。
11.进一步的，所述涡轮轴的直径为20
‑
36mm。
12.进一步的，所述步骤3）中的清洗为超声波清洗。
13.进一步的，所述步骤3）中固溶时效处理中的渗碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至220℃～280℃后保温1.8～3.2h进行等温淬火热处理。
14.进一步的，所述盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
15.采用本发明的技术方案的有益效果是：本发明中的涡轮轴的热处理工艺，实施例1
‑
实施例5中的疲劳强度分别提高32%、35%、36%、34%和33%，耐磨性以及抗拉强度增强，使用寿命显著延长。
16.本发明中去应力退火的温度为ac1以下20
‑
30℃，部分或完全去除内部的应力，减小形变和开裂倾向，从而显著提高涡轮轴的抗拉强度、接触疲劳强度以及弹性极限，具有较高的耐磨性、冲击韧性和必要的抗化学腐蚀性等。
17.本发明中的水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶处理后进行两次时效空冷处理，可以使得合金中各种分布不均匀的析出相充分溶解至基体相中，从而实现强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除残余应力的作用，以便继续加工成型，并为后续时效处理析出均匀分布的强化相做准备，使高温合金的强化相均匀地沉淀析出，碳化物等均匀分布，从而实现硬化合金和提高其强度的作用。
具体实施方式
18.现在结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但是这些实施例不是对本发明保护范围的限制。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
19.一种涡轮轴热处理方法，涡轮轴的直径为20
‑
36mm，所述热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理，球化退火处理的主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并未以后淬火做好准备，有利于塑性加工和切削加工，同时还能提高机械韧性，所述球化球化退火处理具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上20～30℃，保温10
‑
15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷；3）水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶处理后进行两次时效空冷处理，可以使得合金中各种分布不均匀的析出相充分溶解至基体相中，从而实现强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除残余应力的作用，以便继续加工成型，并为后续时效处理析出均匀分布的强化相做准备，使高温合金的强化相均匀地沉淀析出，碳化物等均匀分布，从而实现硬化合金和提高其强度的作用。所述固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
‑
1060℃，转速为转速为400
‑
500r/min，所述第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时，所述第二次空冷为时效712℃空冷24小时。清洗为超声波清洗，固溶时效处理中的渗
碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至220℃～280℃后保温1.8～3.2h进行等温淬火热处理。盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
20.4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火，部分或完全去除内部的应力，减小形变和开裂倾向，从而显著提高涡轮轴的抗拉强度、接触疲劳强度以及弹性极限，具有较高的耐磨性、冲击韧性和必要的抗化学腐蚀性等。去应力退火的温度为ac1以下20
‑
30℃。
21.6）机械精加工，机械精加工可以显著提高涡轮轴与其他结构之间的配合度，从而降低工作磨损。
22.实施例1一种涡轮轴热处理方法，涡轮轴的直径为20mm，热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理，具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上20～22℃，保温10
‑
15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷；3）采用超声波进行水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
‑
1060℃，转速为转速为400
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420r/min，第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时，第二次空冷为时效712℃空冷24小时，固溶时效处理中的渗碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至220℃～230℃后保温1.8～2.1h进行等温淬火热处理；盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
23.4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火，去应力退火的温度为ac1以下20
‑
30℃。
24.6）机械精加工，机械精加工可以显著提高涡轮轴与其他结构之间的配合度，从而降低工作磨损。
25.实施例2一种涡轮轴热处理方法，涡轮轴的直径为24mm，热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理，具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上22～25℃，保温10
‑
15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷；3）采用超声波进行水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
‑
1060℃，转速为转速为420
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450r/min，第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时，第二次空冷为时效712℃空冷24小时，固溶时效处理中的渗碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至230℃～240℃后保温2.1～2.4h进行等温淬火热处理；盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
26.4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火，去应力退火的温度为ac1以下20
‑
30℃。
27.6）机械精加工，机械精加工可以显著提高涡轮轴与其他结构之间的配合度，从而
降低工作磨损。
28.实施例3一种涡轮轴热处理方法，涡轮轴的直径为30mm，所述热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理，具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上24～36℃，保温10
‑
15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷；3）采用超声波进行水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
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1060℃，转速为转速为450
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460r/min，第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时，第二次空冷为时效712℃空冷24小时，固溶时效处理中的渗碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至240℃～260℃后保温2.4～2.8h进行等温淬火热处理；盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
29.4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火，去应力退火的温度为ac1以下20
‑
30℃。
30.6）机械精加工，机械精加工可以显著提高涡轮轴与其他结构之间的配合度，从而降低工作磨损。
31.实施例4一种涡轮轴热处理方法，涡轮轴的直径为32mm，所述热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理，具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上25～28℃，保温10
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15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷；3）采用超声波进行水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
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1060℃，转速为转速为400
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500r/min，第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时，第二次空冷为时效712℃空冷24小时，固溶时效处理中的渗碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至250℃～260℃后保温2.4～2.8h进行等温淬火热处理；盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
32.4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火，去应力退火的温度为ac1以下20
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30℃。
33.6）机械精加工，机械精加工可以显著提高涡轮轴与其他结构之间的配合度，从而降低工作磨损。
34.实施例5一种涡轮轴热处理方法，涡轮轴的直径为36mm，热处理方法包括以下步骤：1）选取0cr18ni12mo2型号的钢材，对钢材进行初步锻造、改锻、拔长和镦头加工成形处理，得到符合要求的涡轮轴；2）对其进行球化退火处理，具体包括以下步骤：将钢材加热到ac1以上28～30℃，保温10
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15min，然后随炉缓慢冷却，冷到450℃出炉空冷；
3）采用超声波进行水清洗后，依次进行固溶时效处理、第一次空冷和第二次空冷；固溶时效处理的工艺包括将锻件加热到1040
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1060℃，转速为转速为400
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500r/min，第一次空冷为时效770℃空冷3.5小时，第二次空冷为时效712℃空冷24小时，固溶时效处理中的渗碳工艺为将步骤2）中处理后得到的锻件转入硝酸盐盐槽中迅速降温至260℃～280℃后保温2.8～3.2h进行等温淬火热处理；盐槽中的硝酸盐为55wt%的硝酸钾和45wt%的亚硝酸钠。
35.4）对步骤3）中处理后的涡轮轴进行机械粗加工；5）去应力退火，去应力退火的温度为ac1以下20
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30℃。
36.6）机械精加工，机械精加工可以显著提高涡轮轴与其他结构之间的配合度，从而降低工作磨损。
37.试验方法：对实施例1
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5中的涡轮轴锻件成品，采用φ1.2mm平底孔进行超声波探伤检测，经检测：涡轮轴锻件各处反射信号相当，结论合格。
38.本发明中实施例1
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实施例5中的疲劳强度分别提高32%、35%、36%、34%和33%，耐磨性以及抗拉强度增强，使用寿命显著延长。
39.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。