本发明涉及金属热处理工艺技术领域，具体为一种获得低碳低合金黑皮锻钢轴内部超细珠光体组织的方法，特别适合碳当量不大于0.6％且碳含量低于0.3％的低合金钢，在特定环境下对综合机械性能的特殊要求。
背景技术：
珠光体：英文为（pearlite），是钢中常见组织，是由铁素体和渗碳体构成的机械混合物，在500倍光学显微镜下可以分辨，其片层间距为0.5～2.0µm。通常情况下，大型低碳低合金锻钢轴内部的珠光体组织是通过正火工艺获得的，即：将锻钢轴加热到临界温度线以上30～50°C，保温一定时间后进行空冷或喷水（喷雾），但这一传统工艺只能满足普通要求，却不能满足有特殊要求的锻钢轴，比如低温用16MnD黑皮锻钢轴，在一般情况下，力学性能要求屈服强度≥265MPa，而在特殊情况下则要求屈服强度≥320MPa，性能提高了20％，并要求轴在室温下的内部组织为珠光体+铁素体。在这种情况下，采用空冷或喷雾均不能达到上述要求；而采用喷水工艺，由于喷水的冷却速度和均匀性难以控制，使热处理工艺极不稳定，不能使整支锻钢轴各个部位全部达到要求，且无法避免局部出现淬火组织。因此，传统热处理工艺，不能满足低碳低合金黑皮锻钢轴屈服强度≥320MPa的性能要求，也无法获得室温下的超细珠光体+铁素体组织。
技术实现要素：
针对传统热处理工艺不能使低碳低合金黑皮锻钢轴获得超细珠光体组织的现状，本发明提供一种获得低碳低合金黑皮锻钢轴超细珠光体的方法，在不增加工艺成本的前提下，实现有效提高锻钢轴机械性能的目的。
本发明的技术方案是：一种获得低碳低合金黑皮锻钢轴超细珠光体的方法，其特征在于：利用低碳低合金黑皮锻钢轴表面3～4mm的脱碳层作为保护层，将高温黑皮锻钢轴置入冷却液中进行短暂热交换，通过保护层减缓冷却速度，获得比直接冷却液冷却的速度慢，比通常正火冷却方式速度快的冷却效果，使脱碳层以下不出现马氏体组织，而获得室温下片层间距仅为0.2～0.25µm的超细珠光体组织。
所述的方法包括以下步骤：
a、将黑皮锻钢轴置入热处理炉中，加热到临界温度以上30～50°C，保温t时间，t=akh（式中：t单位为分钟，a为保温系数， k为工件装炉方式系数，h为锻件有效厚度）；
b、出炉预冷，预冷t1时间，t1=1.5h/100（t1单位为分钟，h为锻件有效厚度）；
c、将黑皮锻钢轴置入冷却液中冷却t2时间，t2=1.6h/100（t2单位为秒，h为锻件有效厚度）；
d、取出黑皮锻钢轴空冷，待冷却后取样，在800倍光学显微镜下进行金相检测，要求内部珠光体片层间距为0.2～0.25µm。
优选地，步骤c所述的冷却液为水，水温设置在18～30°C之间，且水池内设置多点强烈搅拌。
本发明适合碳当量不大于0.6％且碳含量低于0.3％的低合金钢，它利用黑皮锻钢轴表面具有3～4mm厚脱碳保护层的特性，从而将黑皮锻钢轴加热后整体短暂水冷再空冷，使脱碳层以下不易出现淬火后的马氏体组织，而在室温下仍然可以获得珠光体+铁素体组织，这种组织与传统热处理工艺获得的珠光体组织相比，珠光体片层间距仅为0.2～0.25µm，为超细珠光体组织，其只有在800倍光学显微镜下才可清晰分辨片层。因而，通过本发明所获得的超细珠光体组织，能使低碳低合金黑皮锻钢轴具有良好的机械性能，尤其屈服强度能够提高25％～35％，而工艺成本却没有增加。
具体实施方式
以下通过两实施例对本发明作进一步解释说明：
实施例一
以直径为Φ300mm的16MnD黑皮锻钢轴为例，工艺步骤如下：
（1）将16MnD黑皮锻钢轴置入热处理炉中，加热到910°C，保温11.3小时；
（2）出炉预冷，预冷时间为4.5分钟；
（3）将黑皮锻钢轴置入水温18～30°C，且设置有多点强烈搅拌的水池中冷却5秒钟；
（4）将黑皮锻钢轴从水池中取出空冷，常温下取样，在800倍光学显微镜下进行金相检测，内部珠光体片层间距为0.2～0.25µm视为合格。
实施例二
以直径为Φ500mm的20MnMo黑皮锻钢轴为例，工艺步骤如下：
（1）将20MnMo黑皮锻钢轴置入热处理炉中加热到900°C，保温20小时；
（2）出炉预冷，预冷时间为7.5分钟；
（3）将黑皮锻钢轴置入水温18～30°C,且设置有多点强烈搅拌的水池中冷却8秒钟；
（4）将黑皮锻钢轴从水池中取出空冷，常温下取样，在800倍光学显微镜下进行金相检测，内部珠光体片层间距为0.2～0.25µm视为合格。
本发明利用黑皮锻钢轴表面具有3～4mm厚脱碳保护层的特性，即使将加热后的黑皮锻钢轴整体短暂水冷，脱碳层以下也不会出现淬火后的马氏体组织，室温下却可获得珠光体+铁素体组织。这种组织与传统热处理工艺获得的珠光体组织相比，珠光体片层间距仅为0.2～0.25µm，为超细珠光体组织，其只有在800倍光学显微镜下才可清晰分辨片层。因而，通过本发明所获得的超细珠光体组织，能使低碳低合金黑皮锻钢轴具有良好的机械性能，尤其屈服强度能够提高25％～35％，而工艺成本却没有增加。