CN101515743A - 大型高速电机用薄壁护环的制造方法 - Google Patents

大型高速电机用薄壁护环的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大型高速电机用薄壁护环的制造方法。该护环的制造方法，包括精炼钢坯步骤、热段制坯步骤、固溶热处理及冷变形步骤和粗加工步骤，其中，所述固溶热处理及冷变形步骤为：钢锭热锻成型后再入炉加热到950－1100℃并保温以保证碳化物充分固溶得到均匀奥氏体组织，再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形。由于采用了上述的技术解决方案，完全解决了大型高速电机用薄壁护环制造材料昂贵、制造方法复杂、制造成本高的问题，制造护环不再需要特殊的配套设备，不再需要使用昂贵的材料，制造方法简单方便，有效地节约了镍资源，显著地降低了护环的制造成本，而且使用该方法制造的护环塑性高、质量可靠。

Description

大型高速电机用薄壁护环的制造方法
技术领域
本发明涉及大型高速电机用薄壁护环，特别涉及一种大型高速电机用薄壁护环的制造方法。
背景技术
大直径薄壁护环是高速电机的关键零件。大型高速电机用薄壁护环起保护高速电机转子端部导条、导电端环在高速运转时由于巨大离心力作用而不致甩出。当电机转子高速旋转、停机和启动时，承受交变作用的离心力、弯曲应力、装配应力，受力繁重复杂，同时还须防止端部因漏磁造成损耗而影响电机效率，因而要求护环具有高强度、高韧性、低磁性、最小的残余应力。
具备以上条件的只有奥氏体钢变形强化后才能保证，日本TMEIC选用0Cr18Ni9，制造方法为：铸钢钢锭-开坯轧型-粗加工-弯圆形-焊接口-固溶热处理-冷涨形-性能测试。该材料的钢锭价格昂贵，而且我国属贫镍国家，该资源紧张。上述材料的制造方法较复杂，方法环节多，且需用配套的加工设备，因而制造成本很高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述大型高速电机用薄壁护环制造材料昂贵、制造方法复杂、制造成本高的问题，提供一种利用国产常用材料制造大型高速电机用薄壁护环的方法。
实现本发明目的技术方案是：一种大型高速电机用薄壁护环的制造方法，包括精炼钢坯步骤、热锻制坯步骤、固溶热处理及变形步骤和粗加工步骤，其特征在于，所述固溶热处理及变形步骤为：钢锭热锻成型后再入炉加热到950-1100℃并保温以保证碳化物充分固溶得到均匀奥氏体组织，再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形。
上述再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形的温度为610-650℃，最佳为630℃。
可选地，如钢锭终锻温度较高，锻后可立即放入水中冷却，变形量为10-15％。
优选地，所述精炼钢坯步骤采用电渣重熔钢包精炼、真空浇铸的八棱钢锭。
优选地，所述热锻制坯步骤中锻造温度在850-1100℃。
进一步地，锻造前应以小压30-50mm下量到棱以锻合皮下缺陷、提高表层金属的塑性和强度，防止大变形时产生裂纹。
进一步地，所述热锻制坯步骤还包括镦粗、冲孔、拔长和扩孔工序，所述镦粗与冲孔工序分别在两火次进行，所述拔长和扩孔工序也在不同火次进行。
进一步地，进行所述拔长工序时采用上下圆弧砧以保证有较大的接触面，不至于应力集中开裂，扩孔时壁厚受力均匀。
可选地，所述粗加工步骤为：剥皮后超声波探伤，合格后再测试机械性能、磁性能、晶粒度。
由于采用了上述的技术解决方案，完全解决了大型高速电机用薄壁护环制造材料昂贵、制造方法复杂、制造成本高的问题，制造护环不再需要特殊的配套设备，不再需要使用昂贵的材料，制造方法简单方便。本发明有效地节约了镍资源，显著地降低了护环的制造成本，而且使用该方法制造的护环塑性高、质量可靠。具体效果见表1-3。
表1：化学成分
  产品名   牌号   C   Si   Mn   Cr   Ni   S   P
  TMEIC   0Cr18Ni9   ≤0.08   ≤1   ≤2   18-20   8-10.5   ≤0.03   ≤0.045
  本发明   40Mn18Cr4   0.3-0.5   0.3-0.8   17-19   3-5   0   ≤0.025   ≤0.025
表2：价格
  产品名   牌号   钢锭单价   材料利用率   备注
  TMEIC   0Cr18Ni9   2万元/吨   60％   须有批量
  本发明   40Mn18Cr4   0.9万元/吨   50％
表3：热加工主要设备
  产品名   锻造   热处理   焊接   备注
  TMEIC   轧机、弯圆机、液压涨形机   电炉   焊机   方法环节多
  本发明   电炉   无
具体实施方式
下面结合对本发明作进一步的详细说明。
一种大型高速电机用薄壁护环的制造方法，包括精炼钢坯步骤、热锻制坯步骤、固溶热处理及变形步骤和粗加工步骤，其特征在于，所述固溶热处理及变形步骤为：钢锭热锻成型后再入炉加热到950-1100℃并保温以保证碳化物充分固溶得到均匀奥氏体组织，再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形。
上述再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形的温度为610-650℃，最佳为630℃。
可选地，如钢锭终锻温度较高，锻后可立即放入水中冷却，变形量为10-15％。
优选地，所述精炼钢坯步骤采用电渣重熔钢包精炼、真空浇铸的八棱钢锭。
优选地，所述热锻制坯步骤中锻造温度在850-1100℃。
进一步地，锻造前应以小压30-50mm下量到棱以锻合皮下缺陷、提高表层金属的塑性和强度，防止大变形时产生裂纹。
进一步地，所述热锻制坯步骤还包括镦粗、冲孔、拔长和扩孔工序，所述镦粗与冲孔工序分别在两火次进行，所述拔长和扩孔工序也在不同火次进行。
进一步地，进行所述拔长工序时采用上下圆弧砧以保证有较大的接触面，不至于应力集中开裂，扩孔时壁厚受力均匀。
可选地，所述粗加工步骤为：剥皮后超声波探伤，合格后再测试机械性能、磁性能、晶粒度。
实施例
1、精炼钢坯：采用电渣重熔钢包精炼、真空浇铸的八棱钢锭。
2、热锻制坯：
由于铸锭晶粒粗大柱状晶带扩展而且加热时对过热敏感，可锻性较差，热锻时容易开裂，在660-800℃范围内材料塑性显著下降，锻造温度一般选择在850-1100℃。
钢锭大变形锻造前应以小压下量(30-50mm)到棱，以锻合皮下缺陷，提高表层金属的塑性和强度，防止大变形时产生裂纹；Mn-Cr型奥氏体钢系本质粗晶粒钢，钢锭中偏析发达，粗晶严重，须几次镦粗拔长，充分击碎内部组织，还要变形均匀；镦粗时坯料上下端面金属温度降低很快，当较大的变形后，金属硬化得不到恢复，如马上冲孔，由于端面塑性低，又处于拉应力状态，孔口易产生裂纹，所以镦粗与冲孔分别在两火次进行，芯棒拔长、马架扩孔同样如此在不同火次进行，拔长时采用上下圆弧砧，保证有较大的接触面，不至于应力集中开裂，扩孔时壁厚受力均匀，整个热锻过程中发现裂纹必须及时清理，以防裂纹扩大。
3.固溶热处理及变形：
热锻成型后由于有碳化物析出使塑性降低，而且固溶体中碳含量的下降，也降低了强化效果；再入炉加热到950-1100℃并保温，保证碳化物充分固溶得到均匀奥氏体组织，再快速水冷至看不出红时出水即快速水冷至610-650℃时出水，最佳快速水冷温度为630℃。这也是再结晶温度下，同时也避开了该材料的脆性温度(660-800℃，碳化物析出，降低塑性)，变形强化。如终锻温度较高，锻后可立即放入水中冷却；变形量为10-15％。
4.粗加工：
剥皮后超声波探伤，合格后再割机械性能试环，测试机械性能、磁性能、晶粒度。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (9)

1、一种大型高速电机用薄壁护环的制造方法，包括精炼钢坯步骤、热锻制坯步骤、固溶热处理及变形步骤和粗加工步骤，其特征在于，所述固溶热处理及变形步骤为：钢锭热锻成型后再入炉加热到950-1100℃并保温以保证碳化物充分固溶得到均匀奥氏体组织，再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形。
2、如权利要求1所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，如钢锭终锻温度较高，锻后可立即放入水中冷却，变形量为10-15％。
3、如权利要求1或2所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，所述精炼钢坯步骤采用电渣重熔钢包精炼、真空浇铸的八棱钢锭。
4、如权利要求1或2所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，所述热锻制坯步骤中锻造温度在850-1100℃。
5、如权利要求4所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，锻造前应以小压30-50mm下量到棱以锻合皮下缺陷、提高表层金属的塑性和强度，防止大变形时产生裂纹。
6、如权利要求4所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，所述热锻制坯步骤包括镦粗、冲孔、拔长和扩孔工序，所述镦粗与冲孔工序分别在两火次进行，所述拔长和扩孔工序也在不同火次进行。
7、如权利要求6所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，进行所述拔长工序时采用上下圆弧砧以保证有较大的接触面，不至于应力集中开裂，进行扩孔工序时壁厚受力均匀。
8、如权利要求1或2所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，所述粗加工步骤为：剥皮后超声波探伤，合格后再测试机械性能、磁性能、晶粒度。
9、如权利要求1所述的大型高速电机用薄壁护环的制造方法，其特征在于，所述再快速水冷至看不出红色时出水半热锻变形的温度为610-650℃，最佳为630℃。
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