用於將壓力內應力加入到軸尤其軸溝槽中的方法

2023-09-13 04:30:50 2

專利名稱：用於將壓力內應力加入到軸尤其軸溝槽中的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於將壓力內應力加入到軸的軸溝槽中的方法， 所述軸構造為分梯級的軸，該軸具有先後相隨的擁有不同直徑的梯級， 其中分別在相鄰的梯級之間布置了直徑過渡區域或者說溝槽區域。
背景技術：
這樣的軸是已知的並且比如用在具有低壓部分(ND)的流體機械 比如蒸汽渦輪機中，因而這些軸也可以稱為ND-軸。所述軸支撐著轉 子葉片，所述轉子葉片與所配屬的導向葉片一起構成葉柵，流動介質 比如蒸汽流動通過該葉柵。
尤其在流體機械的低壓部分中，存在著由具有冷韌性能的基材制 成的軸，比如將2-3.5-NiCrMoV-鋼用於製造ND-軸。
所述流動介質部分作為腐蝕性介質作用於所述流體機械的部件比
的軸的近表面的區域。由於這種腐蝕性的介質的影響，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。
為解決這個問題，已經公開在腐蝕性介質的影響下進行疲勞強度 試驗，其中在計算中(相對於空氣環境得到降低)編寫用於運用的相 應的設計參數。也已經公開降低工作應力，方法是比如在所述軸的加 工完畢的狀態中或者說在其最終的最終輪廓中通過滾壓處理或者球壓 噴丸將壓力內應力加入低壓爪(Niederdruckklaue)和槽區域中。不過 也可以通過合適的熱處理將壓應力加入到所述軸的無溝槽的區域中。 在製造所述軸時，必須遵守最高的公差，其中部件尤其所述軸的使用 壽命會因來自既有的直徑過渡區域或者說構槽區域的裂紋而降低。尤
命產生最不利的影響(部件失靈)。

發明內容
本發明的任務是，以筒單的手段對用於將壓力內應力加入到開頭 所述類型的軸的軸溝槽中的方法進行改進，從而顯著改善防止由於腐蝕及振動疲勞應力造成的部件失靈的穩定性。
按本發明，該任務通過以下方法得到解決，即在最後一次回火處 理比如調質熱處理之後在回火溫度和/或在回火溫度以下有控制地對所 述軸的直徑過渡區域或者說溝槽區域進行淬火。
由此，比如通過溼蒸汽尤其在所述軸的軸溝槽中對所述軸進行保 護以防止耐久性降低。在此有利的是，除了施加比如保護層之外按本 發明實施一種用於適宜地提高直徑過渡區域或者說溝槽區域中的壓力 內應力的方法。
有利的是，適宜地用冷卻液或者說淬火介質對所述直徑過渡區域 或者說溝槽區域進行噴射以進行淬火。不過，為進行受控制的淬火也 可以規定，將所述軸作為整體轉移到淬火槽中。
也可以在調質的回火處理之後實施單獨的熱處理，其唯一的目的 是加入壓力內應力。為了不影響已獲得的機械性能，在此有利地選擇 一種溫度，該溫度與最後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。
作為用於淬火的冷卻液或者說淬火介質，可以選擇每種合適的介 質，優選是水，不過也可以使用空氣-水-混合物、合適的聚合物或者油 或者說乳劑作為冷卻液或者說淬火介質。
為了保證在淬火(噴射或者浸漬)之後對所述部件或者說所述軸 的可能的翹曲進行補償，在本發明的意義上有利是，以具有關於最終 的最終輪廓設置的加工餘量的調質輪廓來製造所述直徑過渡區域或者 說溝槽區域，其中所述調質輪廓在製造所述最終的最終輪廓時在淬火 之後去除。在最後加工或者說製造所述最終的最終輪廓之後，通過設 置加工餘量在軸表面中尤其在具有指定的深度效應的過渡半徑(直徑 過渡區域或者說溝槽區域)中仍然得到足夠高的壓力內應力。
在本發明的意義上有利的是，所述加工餘量關於所述軸在最終使
用時的最終的輪廓具有最大10到40mm的數值。
有利的是，所述直徑過渡區域或者說溝槽區域在其調質輪廓中具 有數值R為25到50mm的半徑。所述軸的調質輪廓的半徑(直徑過渡 區域或者說溝槽區域)相應地專門設有指定的尺寸，作為在最終輪廓 中所需要的壓力內應力和深度分布的函數。
總之，用按本發明的方法在所述軸停止時以及在運行中減少局部的應力負荷。此外，降低在半徑或者說直徑過渡區域上的裂紋敏感性， 這就改善或者說延長所述軸或者按本發明處理的部件的使用壽命。通 過藉助於所述軸的適宜的淬火來適宜地在所述軸表面上尤其在所述直
徑過渡區域或者說過渡半徑上調節-100到-400MPa的壓力內應力，也 可以在受處理的部件或者說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製造所述軸，因為不再必須遵守用於來 自製造過程的可能的缺陷處的窄小的公差。


本發明的其它有利的設計方案在從屬權利要求和以下

中 得到公開。其中唯一的附圖示出
圖1是用於流體機械或者說蒸汽渦輪機的低壓部分的軸的原理示 意圖。
具體實施例方式
圖1示出了軸1的一個截取部分，該軸1構造為分梯級的軸，該 軸具有關於中軸線X先後相隨的擁有不同直徑D1到D4的梯級2，其 中示範性地示出了四個梯級2 。所示出的示範性的軸1是流體機械的低 壓部分比如蒸汽渦輪機的<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製成，比如用2-3.5-NiCrMoV-鋼來製造ND-軸。 然而，所述軸當然也可以由其它的材料或者材料組合來製成。
分別在兩個相鄰的梯級2之間布置了直徑過渡區域3或者說溝槽 區域。所述直徑過渡區域3關於中軸線X稍微朝所述中軸線X的方向 以半徑R拱起或者"i兌凸起地構成。
為了在所述軸表面上尤其在所述直徑過渡區域3或者說過渡半徑 上適宜地調節-100到-400MPa的壓力內應力，在所述軸的熱處理的範 圍內或者說在其加熱之後有控制地對所述溝槽區域進行淬火。
優選在最後一次回火處理之後在回火溫度有控制地對所述直徑過 渡區域3或者說溝槽區域進行淬火。當然也可以在回火之後作為單獨 的過程步驟進行後續的單獨的加熱和淬火。
在圖1所示的實施例中，為在最後一次回火處理之後在回火溫度 進行有控制的淬火，朝所述直徑過渡區域3噴射冷卻液或者說淬火介 質，這藉助於扇狀的射束4來示出。作為用於淬火的冷卻液或者說淬 火介質，可以選擇每種合適的介質，優選是水，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乳劑。然而所述軸l也可以整 體浸入所述介質中。
在圖1中以原理圖示出的實施例中，所述軸1設有熱處理輪廓6。 關於最終輪廓(虛線7，為說明誇大地示出)也就是關於加工完畢的具 有其為安裝在蒸汽渦輪機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在相應的軸半徑rl到r4 ( r=D/2 )中 具有最大10到40mm的加工餘量8。
因此所述軸1在熱處理輪廓6中的加工餘量8對於調質熱處理(回 火處理)來說適宜地優選在相應的軸半徑r或者說相應的直徑過渡區 域3中相對於最終的最終輪廓7擴大了最大10到40mm。由此保證， 在淬火(噴射或者浸漬)之後還可以對所述軸1的可能的翹曲進行補 償。
在比如二次回火處理時，也可以進行才幾械加工。在此，如果為了 緊接在回火處理之後從調質處理中產生(壓力)內應力而進行單獨的 熱處理，那麼可以調整所述加工餘量或者說也可以進行機械加工。
在最終加工(製造最終的最終輪廓)之後，通過這個最大的加工 餘量8在所述軸表面中並且尤其在所述具有指定的深度效應的過渡半 徑或者說直徑過渡區域3中仍然得到足夠高的壓力內應力。在所述熱 處理輪廓6中，所述半徑R具有大約等於25到50mm的數值R。
相應的從所述直徑過渡區域3到相應的梯級2的過渡區域在所述
示範性的實施例中以過度清晰的輪廓示出，並且當然至少要進行相應 的加工以製造最終的最終輪廓。
權利要求
1. 用於將壓力內應力加入到軸(1)的軸溝槽中的方法，所述軸(1)構造為分梯級的軸，該軸具有先後相隨的擁有不同直徑(D)的梯級(2)，其中，分別在相鄰的梯級(2)之間布置了直徑過渡區域(3)或者說溝槽區域，其特徵在於，在最後一次回火處理之後在調質熱處理的範圍內有控制地對所述直徑過渡區域(3)或者說溝槽區域進行淬火。
2. 按權利要求l所述的方法， 其特徵在於，為進行淬火適宜地用淬火介質對所述直徑過渡區域(3)或者說溝 槽區域進行噴射。
3. 按權利要求l所述的方法， 其特徵在於，為進行淬火通過浸漬過程對所述直徑過渡區域(3)或者說溝槽區 域進行冷卻。
4. 按前述權利要求中任一項所述的方法， 其特徵在於，製造具有關於最終的最終輪廓(7)設置的加工餘量(8)的直徑 過渡區域(3)或者說溝槽區域，其中，在製造所述最終的最終輪廓(7) 時或者在淬火之後去除熱處理輪廓(6)。
5. 按權利要求4所述的方法， 其特徵在於，所述加工餘量(8)關於所述軸(1)在最終使用時的最終的最終 輪廓(7 )具有最大10到40mm的數值。
6. 按前述權利要求中任一項所述的方法， 其特徵在於，所述直徑過渡區域(3)或者說溝槽區域在其調質輪廓(6)中具 有數值(R)為25到50mm的半徑。
全文摘要
本發明涉及一種用於將壓力內應力加入到軸(1)的軸溝槽中的方法，所述軸(1)構造為分梯級的軸，該軸具有先後相隨的擁有不同直徑(D)的梯級(2)。分別在兩個相鄰的梯級(2)之間布置了直徑過渡區域(3)或者說溝槽區域。在所述軸(1)的熱處理的範圍內有控制地對所述直徑過渡區域(3)或者說溝槽區域進行淬火。
文檔編號C21D9/28GK101460639SQ200780020827
公開日2009年6月17日 申請日期2007年2月23日 優先權日2006年6月6日
發明者C·裡克特, M·布蘭德爾, T·-U·克恩 申請人:西門子公司