CN103894792A - 全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法 - Google Patents

全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，具体步骤有：原材料冶炼、加热、第一火次两次镦粗和拔长、第二火次法兰及台阶轴锻造、锻后正火处理、毛坯检验、无损探伤、力学性能及金相检验、半精加工、稳定热处理等。采用本发明方法锻造的单法兰防爆电机主轴整体纤维组织均匀、法兰根部抗冲击力学性能强、运转平衡无噪音。同时本发明方法大大降低了生产成本，具有良好的经济效益。

Description

全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法
技术领域
本发明涉及一种电机主轴锻件加工方法，尤其涉及一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法。
背景技术
目前核电、石化、煤化工等领域在我国发展非常迅速，对于大型单法兰防爆电机主轴的需求、使用要求越来越高，尤其对其使用寿命、故障率的要求极为苛刻，继而对于锻造企业在大型单法兰防爆电机主轴的设计、生产和制造都提出了更高的要求。
传统的大型单法兰防爆电机主轴的锻造方法一般有两种：一种是分段锻造，即分别锻造主轴和法兰结构，完成后将法兰焊接在主轴的轴端。该加工方法焊接后的法兰结构无法和主轴成为整体锻件，更无法保证其纤维组织一致性，同时法兰部分焊接时残余应力不能完全清除，整体组织不均匀，致使在长期高速运转过程中出现法兰变形、平衡性差，产生抖动、噪音，甚至发生断裂事故；另一种是用三角剁刀在法兰位置剁切，再压出法兰台阶，留出较大余量，然后通过车床切削出法兰台阶部位。该加工方法是直接将材料的纤维组织切断强制加工成形，主轴锻件成型后其整体纤维组织没有连续性，影响其法兰根部抗冲击力学性能，容易使根部断裂，出现事故，降低发电机使用寿命。另外，以上两种加工方法还存在经济效益差、生产成本高的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，解决现有的分段锻造法和剁切锻造法制造的主轴锻件整体组织不均匀、纤维组织没有连续性、法兰根部抗冲击力学性能差、法兰容易变形、平衡性差、容易抖动产生噪音甚至出现根部断裂的缺陷。
为了实现发明目的，本发明所采用的技术方案是，一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，包括以下步骤：
步骤a、原材料质量控制，采用电弧炉冶炼+炉外精炼+真空脱气冶炼的钢锭作为原材料。
步骤b、将钢锭置入加热炉加热至始锻温度1250±10℃均保温8h。
步骤c、第一火次锻造：
第一步：将炉内加热好的钢锭出炉，立放在镦粗台上，用大镦粗板放在上端进行强压镦粗，镦粗比>2时停锻；
第二步：取出坯料顺径向放在镦粗台上，采用WRF法沿钢锭径向进行强压，压下量为28％，停锻180秒以上，随后将坯料旋转90°采用同样方法压至四方后停锻180秒以上；
第三步：将四方坯料采用上下宽砧拔长至八方轴体。
第四步：对八方轴体采用上述同样方法进行二次镦粗、强压，镦粗比>2，径向强压压下量为28％，温度场控制在1050℃以上，随后用上下宽砧拔长至初坯尺寸的八方轴体，用圆号印辊号印，最后入炉加热至1150±10℃，保温3小时。
步骤d、第二火锻造成型；
第一步：将加热保温好的坯料出炉，用上下平砧先从法兰号印处将主轴段压下拔长，压下量为20％，旋转90°后再以20％压下量将主轴段压下拔长至八方轴体，随后将号印处的另外一侧的法兰段也压下拔长至八方后滚圆；
第二步：用操作机夹持法兰段，将主轴段拔长至台阶轴，滚圆、精整、校直，锻造完成，终锻温度为850℃。
步骤e、将锻件吊至热处理工区采用快速均匀强制冷却至400℃，按工艺进热处理炉进行两次正火+回火处理。
步骤f、对经过锻后热处理的锻件进行毛坯检验，初次探伤合格后进行粗加工，而后进行100％超声无损探伤检验，切取本体试样进行力学性能、金相检验。
步骤g、经检验合格后，锻件进行半精加工、稳定热处理、标识、包装。
本发明的特征还在于，步骤a中材料选择时，化学成分中有害元素控制为：S≤0.025、P≤0.025、Cu≤0.20、H≤2p pm、0≤35ppm、N≤65p pm.
所述步骤b入炉加热采取三段加热法进行加热，具体的加热过程为：将钢锭装入温度低于450℃的加热炉保温4h，随后按60℃/h的升温速度升温至650±10℃后保温4h，再按60℃/h的升温速度升温至850±10℃后保温5h，最后按80℃/h的升温速度升温至1250±10℃后均温2h，保温6h，始锻。
所述步骤c两次镦粗比之和>4，两次拔长比之和>6。
所述步骤e中两次正火+回火处理具体过程是：首先将过冷至400±10℃的锻件装入热处理炉保温4h；按80℃/h的升温速度升温至900±10℃均保温6h；出炉至热处理工区采用水雾、空气合并法强制快冷至320±10℃，入炉保温6h；按60℃/h的升温速度升温至650±10℃，均保温2h；按80℃/h的升温速度升温至860±10℃C，均保温6h；出炉强制均匀快冷至320±10℃，入炉保温5h；按60℃/h的升温速度升温至650±10℃，保温50h；停炉，按每小时不大于30℃的速度冷却至200℃以下出炉，入坑堆冷至常温结束。
本发明的有益效果是：
本发明的全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法首先在材料冶炼时，预先控制了材料中的有害元素和有害气体含量，保证了材料的纯净度；在第一火次的两次镦粗和拔长时严格控制了镦粗比大于4和拔长比大于6，使其在初坯完成时能够形成完整、均匀的全纤维组织流线；特别是严格控制了压下量20％，能够完全压实坯料芯部并焊合材料本身容易存在的缩孔、疏松等原材料不可避免的冶金缺陷。第二火次用上下平砧直接锻造法兰台阶并控制压下量，完全避免了从法兰根部用剁刀切断纤维组织流线和拉裂的发生，既保证了全纤维组织的完整性，又避免了大压下量超过金属塑性变形极限容易造成组织内部微裂纹的出现；既提高了生产效率，又提高了产品质量和经济效益。使锻件整体力学性能提高30％以上，是节能、降耗、降低生产成本、提高产品质量的有效之路。
附图说明
图1是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴的材料冶炼流程图；
图2是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴的加热工艺图；
图3是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴镦粗前后结构示意图；
图4是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴强压拔长工艺示意图；
图5是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴拔长后的八方轴体工艺图；
图6是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴法兰成型工艺图；
图7是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴台阶轴成型工艺图；
图8是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴锻后两次正火工艺图；
图9是采用本发明方法锻造单法兰防爆电机主轴锻件回火工艺图；
图10是采用本发明方法锻造的单法兰防爆电机主轴成品工艺尺寸及内部纤维组织结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴(图号：Y13T156。1)锻件加工方法
步骤a、原材料质量控制，如图1所示，采用电弧炉冶炼+炉外精炼+真空脱气冶炼的钢锭作为原材料，材质采用45A，符合Q/HWG-QW07010-2000，并完全满足JB/T1271-2002I I类标准。化学成分中的有害元素控制为：S≤0.025、P≤0.025、Cu≤0.20、H≤2p pm、0≤35p pm、N≤65p pm；
步骤b、如图2所示，将钢锭入炉采取三段加热法进行加热，具体的加热过程为：将钢锭装入温度低于450℃的加热炉保温4h，随后按60℃/h的升温速度升温至650±10℃后保温4h，再按60℃/h的升温速度升温至850±10℃后保温5h，最后按80℃/h的升温速度升温至1250±10℃后均温2h，保温6h，始锻；
步骤c、第一火次锻造：
第一步：将炉内加热好的钢锭出炉，立放在镦粗台上，用大镦粗板放在上端强压镦粗，镦粗比>2时停锻；如图3(a)所示，原钢锭尺寸为H=2200mm、D=φ850mm，如图3(b)所示，镦粗至H=740mm、D=φ1450mm：
第二步：如图4(a)所示，取出坯料顺径向放在镦粗台上，采用WRF法沿钢锭径向进行强压，压下量为28％，如图4(b)所示，停锻180秒，随后将坯料旋转90°采用同样方法压至四方后停锻180秒；
第三步：将四方坯料采用上下宽砧拔长至八方轴体，L=1900mm、D=900mm。
第四步：对八方轴体采用上述同样方法进行二次镦粗、强压，镦粗比>2，径向强压压下量为28％，温度场控制在1050℃以上，如图5所示，随后用上下宽砧拔长至初坯尺寸(L=1900mm、D=900mm)的八方轴体，用圆号印辊号印，最后入炉加热至儿50±10℃，保温3小时。
第一火次锻造两次镦粗比之和>4，两次拔长比之和>6，镦粗比之和>4主要是为了解决打碎钢锭内部粗大柱状晶和锭型偏析，同时为下一步拔长时增加拔长比奠定基础，以充分保证法兰端和轴身部位完全形成全纤维流线。采用“WRF”锻造法并控制压下量28％，是利用“三向压应力”原理来锻合钢锭内部不可控制的残余缩孔和疏松及打碎超标夹杂物；停锻180秒以上，主要是为了使锻合后的组织更加愈合完全。
步骤d、第二火次锻造成型；
第一步：将加热保温好的坯料出炉，用上下平砧先从法兰号印处将主轴段压下拔长(图5中B区)，压下量为20％，旋转90°后再以20％压下量将主轴段压下拔长至四方，如图6所示，最后将将B区压下拔长至八方L=2600mm、D=600mm，随后将号印处的另外一侧的法兰段(图5中A区)也压下拔长至八方，L=700mm、D=900mm；
第二步：如图7所示，将A区的法兰段采用上下平砧拔长至毛坯尺寸L=750mm、D=870mm，随后用操作机夹持法兰段，将B区的主轴段拔长成台阶轴，最后进行滚圆、精整、校直，锻造完成，终锻温度为850℃。
本步骤的第一步采用上下平砧压下，压下量20％，是根据塑性变形原理，既保证芯部压实，又避免了将法兰根部组织拉裂；压下至八方主要是保证纤维组织流向更均匀。
步骤e、如图8所示，将终锻温度850℃的锻件吊至热处理工区采用快速均匀强制冷却至400±10℃，主要是利用锻件余热增加了一次细化晶粒过程，节约了能源。随后按工艺进热处理炉进行两次正火+回火处理，首先将过冷至400±10℃的锻件装入热处理炉保温4h；按80℃/h的升温速度升温至900±10℃均保温6h；出炉至热处理工区采用水雾、空气合并法强制快冷至320±10℃，入炉保温6h；按60℃/h的升温速度升温至650±10℃，均保温2h；按80℃/h的升温速度升温至860±10℃，均保温6h后出炉快速均匀冷却至320±10℃时，进行锻件回火工艺；如图9所示，首先将锻件强制均匀快冷至320±10℃，入炉保温6h；按60℃/h的升温速度升温至650±10℃，保温50h；停炉，按每小时不大于30℃的速度冷却至200℃以下出炉，入坑堆冷至常温结束。
采用900℃正火一次的目的是根据“契尔诺夫B点”原理制造均匀等轴晶粒，为下次重新结晶正火时创造组织条件、防止和消除组织遗传。最后采用860℃正火一次使锻件晶粒度达到6级以上，完全可以取代调质工艺中的力学性能。将650℃退火保温时间延长至50h，主要目的是使再结晶时间增长，让组织更加均匀；并且还可以扩散掉残余的氢分子，有效地降低了锻件中的氢含量，避免或预防了微白点的产生。
步骤f、对经过热处理后的锻件进行毛坯检验并初次探伤，合格后锯切两端和粗车加工，然后再进行100％的超声波无损探伤检验。合格后切下本体试样进行力学性能、金相检验。
步骤g、经检验合格后，锻件进行半精加工、稳定热处理、标识、包装，如图10所示为最终成品的工艺尺寸及内部纤维组织结构示意图。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，上述实施方式和说明书只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、原材料质量控制，采用电弧炉冶炼+炉外精炼+真空脱气冶炼的钢锭作为原材料。
步骤b、将钢锭置入加热炉加热至始锻温度1250±10℃均保温8h。
步骤c、第一火次锻造；
第一步：将炉内加热好的钢锭出炉，立放在镦粗台上，用大镦粗板放在上端进行强压镦粗，镦粗比>2时停锻；
第二步：取出坯料顺径向放在镦粗台上，采用WRF法沿钢锭径向进行强压，压下量为28％，停锻180秒以上，随后将坯料旋转90°采用同样方法压至四方后停锻180秒以上；
第三步：将四方坯料采用上下宽砧拔长至八方轴体。
第四步：对八方轴体采用上述同样方法进行二次镦粗、强压，镦粗比>2，径向强压压下量为28％，温度场控制在1050℃以上，随后用上下宽砧拔长至初坯尺寸的八方轴体，用圆号印辊号印，最后入炉加热至1150±10℃，保温3小时。
步骤d、第二火锻造成型；
第一步：将加热保温好的坯料出炉，用上下平砧先从法兰号印处将主轴段压下拔长，压下量为20％，旋转90°后再以20％压下量将主轴段压下拔长至八方轴体，随后将号印处的另外一侧的法兰段也压下拔长至八方后滚圆；
第二部：用操作机夹持法兰段，将主轴段拔长至台阶轴，滚圆、精整、校直，锻造完成，终锻温度为850℃。
步骤e、将锻件吊至热处理工区采用快速均匀强制冷却至400℃，按工艺进热处理炉进行两次正火+回火处理。
步骤f、对经过锻后热处理的锻件进行毛坯检验，初次探伤合格后进行粗加工，而后进行100％超声无损探伤检验，切取本体试样进行力学性能、金相检验。
步骤g、经检验合格后，锻件进行半精加工、稳定热处理、标识、包装。
2.如权利要求1所述的一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，其特征在于，所述步骤a中材料选择时，化学成分中有害元素控制为：S≤0。025、P≤0.025、Cu≤0。20、H≤2ppm、0≤35ppm、N≤65p pm。
3.如权利要求1所述的一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，其特征在于，所述步骤b入炉加热采取三段加热法进行加热，具体的加热过程为：将钢锭装入温度低于450℃的加热炉保温4h，随后按60℃/h的升温速度升温至650±10℃后保温4h，再按60℃/h的升温速度升温至850±10℃后保温5h，最后按80℃/h的升温速度升温至1250±10℃后均温2h，保温6h，始锻。
4.如权利要求1所述的一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，其特征在于，所述步骤c两次镦粗比之和>4，两次拔长比之和>6。
5.如权利要求1所述的一种全纤维组织大型单法兰防爆电机主轴锻件加工方法，其特征在于，所述步骤e中两次正火+回火处理具体过程是：首先将过冷至400±10℃的锻件装入热处理炉保温4h；按80℃/h的升温速度升温至900±10℃均保温6h；出炉至热处理工区采用水雾、空气合并法强制快冷至320±10℃，入炉保温6h；按60℃/h的升温速度升温至650±10℃，均保温2h；按80℃/h的升温速度升温至860±10℃，均保温6h；出炉强制均匀快冷至320±10℃，入炉保温5h；按60℃/h的升温速度升温至650±10℃，保温50h；停炉，按每小时不大于30℃的速度冷却至200℃以下出炉，入坑堆冷至常温结束。
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