全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，包括原材料冶煉質(zhì)量控制、加熱、第一火次兩次墩粗和拔長(zhǎng)、號(hào)印、制坯，第二火次終鍛成型至鍛件工藝尺寸；雙法蘭電機(jī)主軸鍛件鍛后采用一次過(guò)冷，正火+回火熱處理；粗車加工、超聲波探傷、力學(xué)性能檢驗(yàn)；半精車加工、鉆深孔、穩(wěn)定熱處理、包裝。本發(fā)明的全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛件加工方法鍛造出的雙法蘭電機(jī)主軸具有全纖維組織結(jié)構(gòu)，完全消除了切削形成的法蘭易變形、結(jié)構(gòu)平衡性差和根部易斷裂的先天不足，增強(qiáng)了根部的抗沖擊力學(xué)性能，降低了材料消耗，滿足了大型電機(jī)對(duì)主軸設(shè)計(jì)要求。且總的鍛造過(guò)程比傳統(tǒng)鍛造方法減少了一個(gè)火次，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鍛造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前電力、石化、船舶等領(lǐng)域裝備大型化發(fā)展非常迅速，發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組建設(shè)也不斷在增加。大型發(fā)電機(jī)組制造過(guò)程中，主軸質(zhì)量的好壞很大程度地決定了發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。
[0003]現(xiàn)有的大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法是用三角剁刀剁切方法鍛壓法蘭臺(tái)階并用車刀切屑出法蘭臺(tái)階部位，是直接將材料的纖維組織切斷強(qiáng)制加工成形，主軸鍛件成型后其整體纖維組織沒有連續(xù)性，影響其法蘭根部抗沖擊力學(xué)性能，容易使根部斷裂，出現(xiàn)事故，降低發(fā)電機(jī)使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益差，生產(chǎn)成本高。隨著大型雙法蘭發(fā)電機(jī)主軸需求不斷增加，對(duì)雙法蘭電機(jī)主軸的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造就提出了更高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，解決現(xiàn)有大型雙法蘭電機(jī)主軸生產(chǎn)過(guò)程中直接將材料的纖維組織切斷強(qiáng)制加工成型,從而使主軸鍛件成型后其整體纖維組織沒有連續(xù)性，法蘭根部抗沖擊力學(xué)性能差，法蘭容易變形、平衡性差、運(yùn)行容易產(chǎn)生抖動(dòng)、噪音甚至從法蘭根部發(fā)生斷裂的缺陷。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，包括以下步驟:
[0006]步驟a:原材料質(zhì)量控制:采用電弧爐冶煉+爐外精煉+真空脫氣冶煉的鋼錠作為原材料；
[0007]步驟b:將鋼錠進(jìn)加熱爐加熱至始鍛溫度1250±10°C，均溫保溫12小時(shí)；
[0008]步驟c:第一火次須兩次墩粗和拔長(zhǎng)，號(hào)印，成坯；
[0009]將加熱好的鋼錠立放在墩粗臺(tái)上，用大墩粗板放在上端進(jìn)行強(qiáng)壓墩粗，墩粗鍛造比> 2時(shí)停鍛，取出坯料順徑向放在墩粗臺(tái)上，將大墩粗板放在上端用寬砧徑向壓實(shí)法(WRF)沿鋼錠徑向強(qiáng)壓，壓下量25%，停鍛180秒后將坯料旋轉(zhuǎn)90°，同樣方法強(qiáng)壓，壓下量25 %，停鍛180秒，用上下寬砧拔長(zhǎng)至八方，完成后用同樣方法進(jìn)行二次強(qiáng)壓墩粗、徑向強(qiáng)壓并拔長(zhǎng)至初坯尺寸，兩次墩粗總鍛比> 4，拔長(zhǎng)鍛造比> 4.5，用圓號(hào)印棍在法蘭位置號(hào)印后入爐加熱至1100°C保溫；
[0010]步驟d:第二火次鍛造成型；
[0011]將加熱保溫好的坯料出爐，用上下平砧先從兩個(gè)法蘭位置之間的區(qū)域壓下拔長(zhǎng)，壓下量18%，再旋轉(zhuǎn)90°壓下拔長(zhǎng)，壓下量相同，壓至八方后形成雙法蘭之間的凹檔結(jié)構(gòu)，再將初坯雙法蘭結(jié)構(gòu)兩側(cè)冒口一端軸體進(jìn)行拔長(zhǎng)，拔長(zhǎng)時(shí)上下平砧緊靠法蘭號(hào)印處壓至八方，掉頭后再將法蘭結(jié)構(gòu)另一端軸體緊靠法蘭號(hào)印處壓至八方，隨后用圓號(hào)印棍在該段軸體靠近端部進(jìn)行號(hào)印留出水口端，隨后將水口端部軸體緊靠號(hào)印處進(jìn)行拔長(zhǎng)，最后滾圓，精整至工藝尺寸。切除冒口、水口及余料，校直，終鍛溫度850°C時(shí)完成鍛造；
[0012]步驟e:鍛件過(guò)冷至450°C，裝爐進(jìn)行正火+回火鍛后熱處理；
[0013]步驟f:進(jìn)行粗車加工、超聲波探傷，取本體試樣作力學(xué)性能、金相檢驗(yàn)；
[0014]步驟g:檢驗(yàn)合格后半精加工、鉆深孔、穩(wěn)定熱處理、標(biāo)識(shí)、包裝。
[0015]本發(fā)明的特征還在于，步驟a中進(jìn)行原材料質(zhì)量控制時(shí)，需要嚴(yán)格控制有害元素和有害氣體的含量:s ( 0.020，P 彡 0.015，H 彡 2ppm，O 彡 30ppmm，N 彡 65ppm, Cu ( 0.20。
[0016]步驟b中鋼錠加熱采用三段加熱法，具體加熱工藝過(guò)程為:將常溫鋼錠裝入溫度低于450°C的加熱爐保溫5小時(shí)，隨后按每小時(shí)60°C升溫至650°C保溫4小時(shí)，再按每小時(shí)60V升溫至850°C后保溫5小時(shí)，最后按每小時(shí)80V升溫速度升溫至1250°C均溫2小時(shí)，保溫10小時(shí)。
[0017]步驟e中的鍛件過(guò)冷具體過(guò)程為:將終鍛溫度850°C的鍛件用雙鼓電機(jī)快速均勻強(qiáng)冷至450°C，鍛件正火+回火過(guò)程為:將過(guò)冷至450°C的鍛件裝入熱處理爐，保溫5小時(shí)，按每小時(shí)80°C升溫至880°C均溫8小時(shí)，出爐至熱處理工區(qū)強(qiáng)制均勻快冷至320°C，入爐保溫7小時(shí)，再按每小時(shí)60°C升溫至650°C，保溫60小時(shí)停爐，最后按每小時(shí)不大于30°C速度冷卻至200°C以下出爐，入坑堆冷至常溫結(jié)束。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明的全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，首先在選用材料時(shí)預(yù)先控制了材料中的有害元素和氣體，保證了鋼錠的純凈度和晶粒細(xì)化，在第一火次兩次墩粗和拔長(zhǎng)過(guò)程中控制了壓下量和鍛造比，初坯完成時(shí)，已使坯料完全均勻的形成了全纖維組織方向。由于既控制了壓下量，又控制了溫度場(chǎng)和砧寬比，完全壓實(shí)和焊合了材料本身存在的縮孔、疏松等原始缺陷。第二火次直接整體鍛造法蘭臺(tái)階，避免了傳統(tǒng)方式切斷根部法蘭纖維組織的缺陷，同時(shí)控制溫度場(chǎng)和壓下量，既保證了材料內(nèi)部缺陷的焊合，又避免了大壓下量超過(guò)金屬塑性變形極限而造成組織內(nèi)部微裂紋的出現(xiàn)?？偟腻懺爝^(guò)程比傳統(tǒng)鍛造方法減少了一個(gè)火次，經(jīng)濟(jì)效益可觀，鍛造出的法蘭主軸具有全纖維組織結(jié)構(gòu)，完全消除了由切削加工形成法蘭根部抗沖擊力學(xué)性能差、易變形、平衡性差和根部易斷裂的先天不足，滿足了大型電機(jī)對(duì)主軸設(shè)計(jì)要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸的加熱工藝圖；
[0021]圖2是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸鋼錠鐓粗前結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸的鍛造工藝鋼錠鐓粗后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸鋼錠拔長(zhǎng)至八方后號(hào)印結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸法蘭結(jié)構(gòu)初步鍛造結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸成型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是采用本發(fā)明方法鍛造45A大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛后熱處理工藝圖；
[0027]圖8是采用本發(fā)明方法鍛造成型的45A大型雙法蘭電機(jī)主軸內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]45A大型雙法蘭電機(jī)主軸的鍛造工藝，包括以下步驟:
[0030]a、按原材料質(zhì)量控制要求，選用經(jīng)電弧爐冶煉+爐外精煉+真空脫氣冶煉的45A鋼錠作為原材料，符合Q/HWG-QW07009-2000，化學(xué)成分中有害元素和氣體含量控制為S彡0.020，P彡0.015，H彡2ppm，O彡30ppm，N彡65ppm, Cu彡0.20，保證鋼的純凈度和晶粒細(xì)化；
[0031]b、如圖1所示，將鋼錠裝入溫度低于450°C的加熱爐進(jìn)行預(yù)熱保溫5小時(shí)，隨后按每小時(shí)60°C升溫至650°C保溫4小時(shí)，之后按每小時(shí)60°C升溫至850°C保溫5小時(shí)，最后按每小時(shí)80°C升溫至1250°C均溫2小時(shí)，保溫10小時(shí)后始鍛。
[0032]C、如圖2及圖3所示，將加熱保溫好的鋼錠出爐立放在墩粗臺(tái)上，初始鋼錠尺寸為L(zhǎng) = 1800、D = 950,用大墩粗板放在上端強(qiáng)壓墩粗至L = 860mm、D = 1500mm,繳粗鍛造比> 2時(shí)停鍛，取出坯料順徑向放在墩粗臺(tái)上，將大墩粗板放在上端用WRF法徑向強(qiáng)壓，壓下量25%，停鍛180秒后將坯料旋轉(zhuǎn)90°，再用WRF法強(qiáng)壓，壓下量同樣為25%，溫度場(chǎng)控制在1050°C以上，停鍛180秒。再將坯料旋轉(zhuǎn)45°用上下寬砧拔長(zhǎng)至八方L = 2280mm、D =900mm。隨后重復(fù)上述過(guò)程進(jìn)行二次墩粗、徑向強(qiáng)壓,拔長(zhǎng)至八方L = 3680mm、D = 700mm,初坯結(jié)構(gòu)如圖4所示，用圓號(hào)印棍號(hào)印A、B、C、D、E區(qū)后入爐加熱至1100°C保溫3小時(shí)。兩次強(qiáng)壓墩粗、拔長(zhǎng)、每次鍛造比>2，主要是為了使鋼錠芯部形成三向壓應(yīng)力狀態(tài)，打碎粗大柱狀晶粒并預(yù)防和改善錠型偏析。不斷增加坯料雙法蘭部位的鍛造比，為下一步拔長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)，充分保證了雙法蘭大截面部位的完全纖維組織。采用WRF鍛造法，控制壓下量25%，溫度場(chǎng)1050°C以上，利用三向壓應(yīng)力原理，焊合鋼錠內(nèi)部的殘余縮孔和疏松，壓碎超標(biāo)夾雜物。停鍛180秒能夠使鍛合后坯料內(nèi)部組織更充分、愈合更完全。
[0033]d、將加熱好的初坯出爐，用上下平砧先從圖4所示的C區(qū)壓下拔長(zhǎng)，壓下量18%，再旋轉(zhuǎn)90°壓下拔長(zhǎng)，壓下量同樣為18%，最后旋轉(zhuǎn)45°壓下拔長(zhǎng)至八方L = 900、D =360。如圖5和圖6所示，用同樣方法將A區(qū)拔長(zhǎng)至L = 2500、D = 400mm八方，E區(qū)拔長(zhǎng)至L = 6685,D = 380mm八方，在E區(qū)4000mm處用圓棍號(hào)印F區(qū)，將E區(qū)拔長(zhǎng)至L = 4200、D = 380_，用上下平砧拔長(zhǎng)F區(qū)至八方，L = 4500、D = 350mm，終鍛溫度為850°C，在A區(qū)2500mm處緊靠法蘭根部切除冒口、在F區(qū)距軸末端800mm位置切除水口，滾圓、精整、校直至工藝尺寸，鍛造完成。在采用平砧壓下時(shí)，壓下量控制在18%，是根據(jù)塑性變形原理，避免了在金屬滑移時(shí)將法蘭根部組織拉裂，旋轉(zhuǎn)90°和45°壓下，拔長(zhǎng)主要是保證拔長(zhǎng)過(guò)程中纖維組織的均勻性。
[0034]e、鍛件完成后，吊至熱處理工區(qū)進(jìn)行鍛后熱處理，首先將鍛件從850°C的終鍛溫度快速過(guò)冷至450°C，利用鍛件的鍛造余熱，增加一次細(xì)化晶粒的熱處理過(guò)程，既節(jié)約了能源消耗，又使組織更均勻。隨后按照?qǐng)D7所示的熱處理工藝圖進(jìn)行正火+回火熱處理，將熱處理工區(qū)過(guò)冷至450°C的鍛件裝入熱處理爐保溫5小時(shí)，按每小時(shí)80°C升溫至880°C均溫2小時(shí)，保溫6小時(shí)，然后出爐強(qiáng)制快冷至320°C時(shí)進(jìn)保溫爐保溫7小時(shí)，再按每小時(shí)60°C升溫至650°C后保溫60小時(shí)，停爐，隨爐按每小時(shí)低于30°C的降溫速度降溫至200°C時(shí)出爐入坑堆冷至常溫。此過(guò)程中在650°C保溫時(shí)間比傳統(tǒng)保溫時(shí)間增加了 30小時(shí)，首先使鋼錠再結(jié)晶時(shí)間增長(zhǎng)，組織更加均勻，同時(shí)增加了對(duì)殘余氫的擴(kuò)散時(shí)間，徹底清除了微量氫在鍛件中的存在，預(yù)防和避免了微白點(diǎn)的產(chǎn)生。
[0035]f、對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理后初檢合格的鍛件進(jìn)行粗車加工，粗車后進(jìn)行100%超聲波探傷檢驗(yàn)，切取本體試樣進(jìn)行力學(xué)性能、金相檢驗(yàn)。
[0036]g、經(jīng)檢驗(yàn)完全合格后的鍛件進(jìn)行半精加工、鉆深孔、穩(wěn)定熱處理、標(biāo)識(shí)、包裝。
[0037]本發(fā)明全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛件成品內(nèi)部纖維組織結(jié)構(gòu)如圖8所示。
[0038]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，上述實(shí)施方式和說(shuō)明書只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟a:原材料質(zhì)量控制:采用電弧爐冶煉+爐外精煉+真空脫氣冶煉的鋼錠作為原材料； 步驟b:將鋼錠進(jìn)加熱爐加熱至始鍛溫度1250±10°C，均溫保溫12小時(shí)； 步驟c:第一火次須兩次墩粗和拔長(zhǎng)，號(hào)印，成坯； 將加熱好的鋼錠立放在墩粗臺(tái)上，用大墩粗板放在上端進(jìn)行強(qiáng)壓墩粗，墩粗鍛造比> 2時(shí)停鍛，取出坯料順徑向放在墩粗臺(tái)上，將大墩粗板放在上端用WRF法沿鋼錠徑向強(qiáng)壓，壓下量25%，停鍛180秒后將坯料旋轉(zhuǎn)90°，同樣方法強(qiáng)壓，壓下量25%，停鍛180秒。用上下寬砧拔長(zhǎng)至八方，完成后用同樣方法進(jìn)行二次強(qiáng)壓墩粗、徑向強(qiáng)壓并拔長(zhǎng)至初坯尺寸，兩次墩粗總鍛比> 4，拔長(zhǎng)鍛造比> 4.5，用圓號(hào)印棍在法蘭位置號(hào)印后入爐加熱至1100°C保溫； 步驟d:第二火次鍛造成型； 將加熱保溫好的坯料出爐，用上下平砧先從兩個(gè)法蘭位置之間的區(qū)域壓下拔長(zhǎng)，壓下量18%，再旋轉(zhuǎn)90°壓下拔長(zhǎng)，壓下量相同，壓至八方后形成雙法蘭之間的凹檔結(jié)構(gòu)，再將初坯雙法蘭結(jié)構(gòu)兩側(cè)冒口一端軸體進(jìn)行拔長(zhǎng)，拔長(zhǎng)時(shí)上下平砧緊靠法蘭號(hào)印處壓至八方，掉頭后再將法蘭結(jié)構(gòu)另一端軸體緊靠法蘭號(hào)印處壓至八方，隨后用圓號(hào)印棍在該段軸體靠近端部進(jìn)行號(hào)印留出水口端，隨后將水口端部軸體緊靠號(hào)印處進(jìn)行拔長(zhǎng)，最后滾圓，精整至工藝尺寸。切除冒口、水口及余料，校直，終鍛溫度850°C時(shí)完成鍛造； 步驟e:鍛件過(guò)冷至450°C，裝爐進(jìn)行正火+回火鍛后熱處理； 步驟f:進(jìn)行粗車加工、超聲波探傷，取本體試樣作力學(xué)性能、金相檢驗(yàn)； 步驟g:檢驗(yàn)合格后半精加工、鉆深孔、穩(wěn)定熱處理、標(biāo)識(shí)、包裝。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，其特征在于，所述步驟a中進(jìn)行原材料質(zhì)量控制時(shí)，需要嚴(yán)格控制有害元素和有害氣體的含量:S^0.020, P^0.015, H ^ 2ppm, O ^ 30ppmm, N ^ 65ppm, Cu ^ 0.20。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，其特征在于，所述步驟b中鋼錠加熱采用三段加熱法，具體加熱工藝過(guò)程為:將常溫鋼錠裝入溫度低于450°C的加熱爐保溫5小時(shí)，隨后按每小時(shí)60°C升溫至650°C保溫4小時(shí)，再按每小時(shí)60°C升溫至850°C后保溫5小時(shí)，最后按每小時(shí)80°C升溫速度升溫至1250°C均溫2小時(shí)，保溫10小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種全纖維組織大型雙法蘭電機(jī)主軸鍛造方法，其特征在于，所述步驟e中的鍛件過(guò)冷具體過(guò)程為:將終鍛溫度850°C的鍛件用雙鼓電機(jī)快速均勻強(qiáng)冷至450°C，鍛件正火+回火過(guò)程為:將過(guò)冷至450°C的鍛件裝入熱處理爐，保溫5小時(shí)，按每小時(shí)80°C升溫至880°C均溫8小時(shí)，出爐至熱處理工區(qū)強(qiáng)制均勻快冷至320°C，入爐保溫7小時(shí)，再按每小時(shí)60V升溫至650°C，保溫60小時(shí)停爐，最后按每小時(shí)不大于30°C速度冷卻至200°C以下出爐，入坑堆冷至常溫結(jié)束。
【文檔編號(hào)】B21J1/06GK104175062SQ201310202086
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】王璋 申請(qǐng)人:陜西華威鍛壓有限公司