專(zhuān)利名稱(chēng)：用于將壓力內(nèi)應(yīng)力加入到軸尤其軸溝槽中的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將壓力內(nèi)應(yīng)力加入到軸的軸溝槽中的方法， 所述軸構(gòu)造為分梯級(jí)的軸，該軸具有先后相隨的擁有不同直徑的梯級(jí)， 其中分別在相鄰的梯級(jí)之間布置了直徑過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)溝槽區(qū)域。
背景技術(shù)：
這樣的軸是已知的并且比如用在具有低壓部分(ND)的流體機(jī)械 比如蒸汽渦輪機(jī)中，因而這些軸也可以稱(chēng)為ND-軸。所述軸支撐著轉(zhuǎn) 子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片與所配屬的導(dǎo)向葉片一起構(gòu)成葉柵，流動(dòng)介質(zhì) 比如蒸汽流動(dòng)通過(guò)該葉柵。
尤其在流體機(jī)械的低壓部分中，存在著由具有冷韌性能的基材制 成的軸，比如將2-3.5-NiCrMoV-鋼用于制造ND-軸。
所述流動(dòng)介質(zhì)部分作為腐蝕性介質(zhì)作用于所述流體機(jī)械的部件比
的軸的近表面的區(qū)域。由于這種腐蝕性的介質(zhì)的影響，所述基材的耐 久性顯著降低。然而，比如低壓部分渦輪機(jī)中的軸的基材的耐久性的 降低同樣不利地使所述軸的使用壽命減少。
為解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)公開(kāi)在腐蝕性介質(zhì)的影響下進(jìn)行疲勞強(qiáng)度 試驗(yàn)，其中在計(jì)算中(相對(duì)于空氣環(huán)境得到降低)編寫(xiě)用于運(yùn)用的相 應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。也已經(jīng)公開(kāi)降低工作應(yīng)力，方法是比如在所述軸的加 工完畢的狀態(tài)中或者說(shuō)在其最終的最終輪廓中通過(guò)滾壓處理或者球壓 噴丸將壓力內(nèi)應(yīng)力加入低壓爪(Niederdruckklaue)和槽區(qū)域中。不過(guò) 也可以通過(guò)合適的熱處理將壓應(yīng)力加入到所述軸的無(wú)溝槽的區(qū)域中。 在制造所述軸時(shí)，必須遵守最高的公差，其中部件尤其所述軸的使用 壽命會(huì)因來(lái)自既有的直徑過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)構(gòu)槽區(qū)域的裂紋而降低。尤
命產(chǎn)生最不利的影響(部件失靈)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，以筒單的手段對(duì)用于將壓力內(nèi)應(yīng)力加入到開(kāi)頭 所述類(lèi)型的軸的軸溝槽中的方法進(jìn)行改進(jìn)，從而顯著改善防止由于腐蝕及振動(dòng)疲勞應(yīng)力造成的部件失靈的穩(wěn)定性。
按本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)以下方法得到解決，即在最后一次回火處 理比如調(diào)質(zhì)熱處理之后在回火溫度和/或在回火溫度以下有控制地對(duì)所 述軸的直徑過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)溝槽區(qū)域進(jìn)行淬火。
由此，比如通過(guò)濕蒸汽尤其在所述軸的軸溝槽中對(duì)所述軸進(jìn)行保 護(hù)以防止耐久性降低。在此有利的是，除了施加比如保護(hù)層之外按本 發(fā)明實(shí)施一種用于適宜地提高直徑過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)溝槽區(qū)域中的壓力 內(nèi)應(yīng)力的方法。
有利的是，適宜地用冷卻液或者說(shuō)淬火介質(zhì)對(duì)所述直徑過(guò)渡區(qū)域 或者說(shuō)溝槽區(qū)域進(jìn)行噴射以進(jìn)行淬火。不過(guò)，為進(jìn)行受控制的淬火也 可以規(guī)定，將所述軸作為整體轉(zhuǎn)移到淬火槽中。
也可以在調(diào)質(zhì)的回火處理之后實(shí)施單獨(dú)的熱處理，其唯一的目的 是加入壓力內(nèi)應(yīng)力。為了不影響已獲得的機(jī)械性能，在此有利地選擇 一種溫度，該溫度與最后的熱處理溫度有足夠間距，但還是高得足以 獲得所期望的效果。
作為用于淬火的冷卻液或者說(shuō)淬火介質(zhì)，可以選擇每種合適的介 質(zhì)，優(yōu)選是水，不過(guò)也可以使用空氣-水-混合物、合適的聚合物或者油 或者說(shuō)乳劑作為冷卻液或者說(shuō)淬火介質(zhì)。
為了保證在淬火(噴射或者浸漬)之后對(duì)所述部件或者說(shuō)所述軸 的可能的翹曲進(jìn)行補(bǔ)償，在本發(fā)明的意義上有利是，以具有關(guān)于最終 的最終輪廓設(shè)置的加工余量的調(diào)質(zhì)輪廓來(lái)制造所述直徑過(guò)渡區(qū)域或者 說(shuō)溝槽區(qū)域，其中所述調(diào)質(zhì)輪廓在制造所述最終的最終輪廓時(shí)在淬火 之后去除。在最后加工或者說(shuō)制造所述最終的最終輪廓之后，通過(guò)設(shè) 置加工余量在軸表面中尤其在具有指定的深度效應(yīng)的過(guò)渡半徑(直徑 過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)溝槽區(qū)域)中仍然得到足夠高的壓力內(nèi)應(yīng)力。
在本發(fā)明的意義上有利的是，所述加工余量關(guān)于所述軸在最終使
用時(shí)的最終的輪廓具有最大10到40mm的數(shù)值。
有利的是，所述直徑過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)溝槽區(qū)域在其調(diào)質(zhì)輪廓中具 有數(shù)值R為25到50mm的半徑。所述軸的調(diào)質(zhì)輪廓的半徑(直徑過(guò)渡 區(qū)域或者說(shuō)溝槽區(qū)域)相應(yīng)地專(zhuān)門(mén)設(shè)有指定的尺寸，作為在最終輪廓 中所需要的壓力內(nèi)應(yīng)力和深度分布的函數(shù)。
總之，用按本發(fā)明的方法在所述軸停止時(shí)以及在運(yùn)行中減少局部的應(yīng)力負(fù)荷。此外，降低在半徑或者說(shuō)直徑過(guò)渡區(qū)域上的裂紋敏感性， 這就改善或者說(shuō)延長(zhǎng)所述軸或者按本發(fā)明處理的部件的使用壽命。通 過(guò)借助于所述軸的適宜的淬火來(lái)適宜地在所述軸表面上尤其在所述直
徑過(guò)渡區(qū)域或者說(shuō)過(guò)渡半徑上調(diào)節(jié)-100到-400MPa的壓力內(nèi)應(yīng)力，也 可以在受處理的部件或者說(shuō)軸中允許更大的近表面的缺陷處，從而可 以在總體上以更低廉的成本來(lái)制造所述軸，因?yàn)椴辉俦仨氉袷赜糜趤?lái) 自制造過(guò)程的可能的缺陷處的窄小的公差。


本發(fā)明的其它有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求和以下

中 得到公開(kāi)。其中唯一的附圖示出
圖1是用于流體機(jī)械或者說(shuō)蒸汽渦輪機(jī)的低壓部分的軸的原理示 意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了軸1的一個(gè)截取部分，該軸1構(gòu)造為分梯級(jí)的軸，該 軸具有關(guān)于中軸線X先后相隨的擁有不同直徑D1到D4的梯級(jí)2，其 中示范性地示出了四個(gè)梯級(jí)2 。所示出的示范性的軸1是流體機(jī)械的低 壓部分比如蒸汽渦輪機(jī)的<氐壓部分渦輪才幾的組成部分。所述軸1比如 由具有冷韌性能的材料制成，比如用2-3.5-NiCrMoV-鋼來(lái)制造ND-軸。 然而，所述軸當(dāng)然也可以由其它的材料或者材料組合來(lái)制成。
分別在兩個(gè)相鄰的梯級(jí)2之間布置了直徑過(guò)渡區(qū)域3或者說(shuō)溝槽 區(qū)域。所述直徑過(guò)渡區(qū)域3關(guān)于中軸線X稍微朝所述中軸線X的方向 以半徑R拱起或者"i兌凸起地構(gòu)成。
為了在所述軸表面上尤其在所述直徑過(guò)渡區(qū)域3或者說(shuō)過(guò)渡半徑 上適宜地調(diào)節(jié)-100到-400MPa的壓力內(nèi)應(yīng)力，在所述軸的熱處理的范 圍內(nèi)或者說(shuō)在其加熱之后有控制地對(duì)所述溝槽區(qū)域進(jìn)行淬火。
優(yōu)選在最后一次回火處理之后在回火溫度有控制地對(duì)所述直徑過(guò) 渡區(qū)域3或者說(shuō)溝槽區(qū)域進(jìn)行淬火。當(dāng)然也可以在回火之后作為單獨(dú) 的過(guò)程步驟進(jìn)行后續(xù)的單獨(dú)的加熱和淬火。
在圖1所示的實(shí)施例中，為在最后一次回火處理之后在回火溫度 進(jìn)行有控制的淬火，朝所述直徑過(guò)渡區(qū)域3噴射冷卻液或者說(shuō)淬火介 質(zhì)，這借助于扇狀的射束4來(lái)示出。作為用于淬火的冷卻液或者說(shuō)淬 火介質(zhì)，可以選擇每種合適的介質(zhì)，優(yōu)選是水，然而也可以使用空氣-
5水-混合物、合適的聚合物或者油或者說(shuō)乳劑。然而所述軸l也可以整 體浸入所述介質(zhì)中。
在圖1中以原理圖示出的實(shí)施例中，所述軸1設(shè)有熱處理輪廓6。 關(guān)于最終輪廓(虛線7，為說(shuō)明夸大地示出)也就是關(guān)于加工完畢的具 有其為安裝在蒸汽渦輪機(jī)的低壓部分中而加工完畢的最終輪廓的軸1 的最終輪廓，所述熱處理輪廓6在相應(yīng)的軸半徑rl到r4 ( r=D/2 )中 具有最大10到40mm的加工余量8。
因此所述軸1在熱處理輪廓6中的加工余量8對(duì)于調(diào)質(zhì)熱處理(回 火處理)來(lái)說(shuō)適宜地優(yōu)選在相應(yīng)的軸半徑r或者說(shuō)相應(yīng)的直徑過(guò)渡區(qū) 域3中相對(duì)于最終的最終輪廓7擴(kuò)大了最大10到40mm。由此保證， 在淬火(噴射或者浸漬)之后還可以對(duì)所述軸1的可能的翹曲進(jìn)行補(bǔ) 償。
在比如二次回火處理時(shí)，也可以進(jìn)行才幾械加工。在此，如果為了 緊接在回火處理之后從調(diào)質(zhì)處理中產(chǎn)生(壓力)內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行單獨(dú)的 熱處理，那么可以調(diào)整所述加工余量或者說(shuō)也可以進(jìn)行機(jī)械加工。
在最終加工(制造最終的最終輪廓)之后，通過(guò)這個(gè)最大的加工 余量8在所述軸表面中并且尤其在所述具有指定的深度效應(yīng)的過(guò)渡半 徑或者說(shuō)直徑過(guò)渡區(qū)域3中仍然得到足夠高的壓力內(nèi)應(yīng)力。在所述熱 處理輪廓6中，所述半徑R具有大約等于25到50mm的數(shù)值R。
相應(yīng)的從所述直徑過(guò)渡區(qū)域3到相應(yīng)的梯級(jí)2的過(guò)渡區(qū)域在所述
示范性的實(shí)施例中以過(guò)度清晰的輪廓示出，并且當(dāng)然至少要進(jìn)行相應(yīng) 的加工以制造最終的最終輪廓。
權(quán)利要求
1. 用于將壓力內(nèi)應(yīng)力加入到軸(1)的軸溝槽中的方法，所述軸(1)構(gòu)造為分梯級(jí)的軸，該軸具有先后相隨的擁有不同直徑(D)的梯級(jí)(2)，其中，分別在相鄰的梯級(jí)(2)之間布置了直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū)域，其特征在于，在最后一次回火處理之后在調(diào)質(zhì)熱處理的范圍內(nèi)有控制地對(duì)所述直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū)域進(jìn)行淬火。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，為進(jìn)行淬火適宜地用淬火介質(zhì)對(duì)所述直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝 槽區(qū)域進(jìn)行噴射。
3. 按權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，為進(jìn)行淬火通過(guò)浸漬過(guò)程對(duì)所述直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū) 域進(jìn)行冷卻。
4. 按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，制造具有關(guān)于最終的最終輪廓(7)設(shè)置的加工余量(8)的直徑 過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū)域，其中，在制造所述最終的最終輪廓(7) 時(shí)或者在淬火之后去除熱處理輪廓(6)。
5. 按權(quán)利要求4所述的方法， 其特征在于，所述加工余量(8)關(guān)于所述軸(1)在最終使用時(shí)的最終的最終 輪廓(7 )具有最大10到40mm的數(shù)值。
6. 按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū)域在其調(diào)質(zhì)輪廓(6)中具 有數(shù)值(R)為25到50mm的半徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將壓力內(nèi)應(yīng)力加入到軸(1)的軸溝槽中的方法，所述軸(1)構(gòu)造為分梯級(jí)的軸，該軸具有先后相隨的擁有不同直徑(D)的梯級(jí)(2)。分別在兩個(gè)相鄰的梯級(jí)(2)之間布置了直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū)域。在所述軸(1)的熱處理的范圍內(nèi)有控制地對(duì)所述直徑過(guò)渡區(qū)域(3)或者說(shuō)溝槽區(qū)域進(jìn)行淬火。
文檔編號(hào)C21D9/28GK101460639SQ200780020827
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者C·里克特, M·布蘭德?tīng)? T·-U·克恩 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司