CN103451402A - 一种大型轴类件的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了材质为34CrNiMo6的一种大型轴类件的热处理方法。其包含调质处理和局部表面硬化处理，首先将粗加工后的轴进行调质处理，调质处理完成后进行精加工，精加工后再进行局部表面硬化处理。通过采用本发明的工艺方法，保证了轴具备良好稳定的综合性能，且轴的局部具备良好的耐磨性；同时本发明能有效降低设备的投入成本，并且有效提高了生产效率和安全性。

Description

一种大型轴类件的热处理方法
技术领域
本发明涉及表面热处理技术领域，更具体的说，特别涉及材质为34CrNiMo6的一种大型轴类件调质处理及局部表面硬化处理的热处理方法。 
背景技术
风力发电机转轴是双馈风力发电机的重要部件，而双馈风力发电机又是风力发电机组的一个部件，风力发电机组用于风力发电，一般安装在偏远及风力较大的地区。风力发电机发生故障或损坏时更换难度较大，且成本昂贵；因此双馈风力发电机对转轴的强韧性、表面硬度及耐磨性要求比较高。当风力发电机的功率由千瓦级提升到兆瓦级后，随着设备的重量、尺寸、成本的增加，其拆装难度及拆装成本进一步增加；因此，为了节约成本只能通过保证使用寿命来实现。而为了保证上述的要求，原有的风力发电机转轴的材料多为35CrMo、42CrMo等合金钢材料，热处理要求也为常规的调质处理；当风力发电机功率提高到兆瓦级后，为了更好的实现转轴综合性能及表面性能更佳，一般选择采用34CrNiMo6钢。 
目前关于34CrNiMo6钢的热处理工艺，在EN10083标准中有调质工艺参数的简单说明，相关的文献和报道也仅仅局限于较小规格试棒的调质工艺，且没有调质后再进行表面硬化工艺的相关资料和报道。如：许业钢发表的《34CrNiMo6钢调质工艺优化》采用Φ120mm试样，采用的热处理冷却方式是水淬油冷；马佳明、叶检、王丽莲发表的《高铁车轴用结构钢的热处理和力学性能》针对的34CrNiMo6材料是针对试棒为Φ25mm试样，采用的热处理冷却方式是喷水淬火；蔡红、叶检、王丽莲、李响妹发表的《高铁车轴用34CrNiMo6钢的热处理工艺》采用试棒Φ50mm。而对于34CrNiMo6钢调质后表面硬化的工艺方法，目前还没有相关的报道。 
对于现有的风电转轴，主要材质为35CrMo、42CrMo，一般采用的是传统调质热处理工艺，而无局部表面硬化工艺的要求。 
发明内容
本发明的目的在于解决新型的材质为34CrNiMo6的大型轴类件的综合性能提升、生产成本降低和安全可靠性等技术问题，提供一种大型轴类件的热处理方法。 
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：一种大型轴类件的热处理方法，该热处理方法包括调质处理和局部表面硬化处理，具体步骤如下： 
（1）首先将粗加工的轴进行淬火，淬火温度为830~880℃，保温时间4~7h，采用油冷却，油温≤80℃，油中冷却时间为45±15min；
（2）将淬火后的轴进行回火，回火温度为500~640℃，保温时间6~10h，回火后采用水冷，水温≤60℃，在水中冷却时间≥5min；
（3）将回火完工后的轴进行精加工处理；
（4）将精加工完成的轴进行局部表面硬化处理，即将轴水平放置在高频淬火专用工装上，设置轴的旋转速度1~3mm/s，高频感应加热电压9~11KV，阳极电流5~7A，感应器与轴间隙1~3mm，再采用L型喷水型感应器连续加热喷水淬火；
（5）将淬火后的轴放入热处理炉进行回火处理，回火温度为180~300℃，回火保温时间3~5h，回火后在空气中冷却。
根据本发明的一优选实施例：所述调质处理采用的检测试样尺寸为Φ120mm~Φ200mm。 
根据本发明的一优选实施例：所述淬火介质为油。 
根据本发明的一优选实施例：所述“L” 型喷水型感应器的长度等于或小于轴类件需要表面硬化区域宽度。 
在本发明中，用于水平放置风力发电机转轴的专用工装可以卧式机床，或专门设计的卧式工装。 
本发明为了提高风电转轴的总体性能及降低使用维护成本，兆瓦级风电转轴采用材质为34CrNiMo6，其化学成分为C 0.30~0.38%，Mn 0.50~0.80%，Ni 1.30~1.70%，Cr1.30~1.70%，Mo 0.15~0.30%，Si ≤0.40%。 
本发明采用的34CrNiMo6转轴经调质后的机械性能要优于现有技术中采用35CrMo、42CrMo两种材料的转轴，而且采用了调质后再局部表面硬化的工艺方法，综合性能和使用寿命都得到有效的提升，具体的性能对比情况见下表1。 
Figure 2013103882517100002DEST_PATH_IMAGE001
且采用本发明的方法热处理后产品1/2R处机械性能指标如下： 
1）抗拉强度≥900MPa；
2）屈服强度≥700MPa；
3）伸长率≥15%；
4）断面收缩率≥55%；
5）冲击功AKV（-40℃）≥45J。
同时采用本发明的局部表面硬化后的产品性能如下： 
6）表面硬度HRC≥55HRC；
7）淬硬层深度≥1.3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：相对于传统的风电转轴，本发明中的轴类件其综合性能明显得到提升，且特别是需要安装轴承的部位，其表面有更加良好的硬度和耐磨性，大大延长了其使用寿命；同时与传统的感应热处理工艺对比，降低了采用大型的立式淬火机床的设备成本费用，避免了传统采用立式淬火机床进行生产加工时产品上下装卸过程繁杂及存在的安全隐患，进一步提高了生产效率。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 
本发明总的构思是提供材质为34CrNiMo6的一种大型轴类件的热处理方法，其包括调质处理、表面硬化处理步骤，且表面硬化处理采用卧式（即将轴水平放置）的表面硬化处理；这样，保证了产品具备良好稳定的综合性能，且可使局部具备良好的耐磨性；并且在进行表面硬化处理时，有效的降低了设备的投入成本，并降低了产品在装卸过程中的安全风险。 
实施例一。
1、调质处理：淬火温度为830℃，保温4小时后淬火，淬火介质为油，油温为80℃，冷却时间为45min，而后进行回火，回火温度为500℃，回火保温时间为6小时，回火冷却介质为水，水温为45℃，水中冷却时间为5min，经检测机械性能参数见表2。 
Figure 2013103882517100002DEST_PATH_IMAGE002
2、表面硬化处理：将上述加工后的风力发电机转轴水平放置在专用工装上（即卧式表面硬化处理），采用“L”型加热冷却感应器进行高频淬火，设置机床旋转速度为1mm/s，感应器与工件之间的间隙为1mm，同时设置高频参数为：阳极电压10KV，阳极电流6A，按连续加热喷水淬火，淬火后进行回火，回火温度为180℃，回火保温时间为3h，回火后采用空气冷却。 
上述的用于水平放置风力发电机转轴的专用工装可以卧式机床，或专门设计的卧式工装。 
经检测后，经过表面硬化处理后的部位的硬度值为：55HRC~56HRC，且有效淬硬层深度约1.5mm。 
同时采用以上工艺进行热处理后，产品整体获得良好的综合性能，局部表面具有良好的耐磨性。 
实施例二。
1、调质处理：淬火温度为850℃，保温7小时后淬火，淬火介质为油，油温为45℃，冷却时间为30min，而后进行回火，回火温度为600℃，回火保温时间6小时，回火冷却介质为水，水温为20℃，水中冷却时间为10min，经检测机械性能参数见表3。 
Figure 2013103882517100002DEST_PATH_IMAGE003
2、表面硬化处理：将上述加工后的风力发电机转轴水平放置在专用工装上（即卧式表面硬化处理），采用“L”型加热冷却感应器进行高频淬火，设置机床旋转速度为3mm/s，感应器与工件之间的间隙为3mm，同时设置高频参数为：阳极电压11KV，阳极电流7A，按连续加热喷水淬火，淬火后进行回火，回火温度为300℃，回火保温时间为5h，回火后采用空气冷却。 
经检测后，经过表面硬化处理后的部位的硬度值为：55HRC~58HRC，且有效淬硬层深度约1.6mm。 
实施例三。
1、调质处理：淬火温度为880℃，保温7小时后淬火，淬火介质为油，油温为30℃，冷却时间为60min，而后进行回火，回火温度为640℃，回火保温时间为10小时，回火冷却介质为水，水温为60℃，水中冷却时间为15min，经检测机械性能参数见表4。 
Figure 2013103882517100002DEST_PATH_IMAGE004
2、表面硬化处理：将上述加工后的风力发电机转轴水平放置在专用工装上（即卧式表面硬化处理），采用“L”型加热冷却感应器进行高频淬火，设置机床旋转速度为2mm/s，感应器与工件之间的间隙为3mm，同时设置高频参数为：阳极电压9KV，阳极电流5A，按连续加热喷水淬火，淬火后进行回火，回火温度为300℃，回火保温时间为5h，回火后采用空气冷却。 
经检测后，经过表面硬化处理后的部位的硬度值为：55HRC~57HRC，且有效淬硬层深度约1.5mm。 
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种大型轴类件的热处理方法，其特征在于：该热处理方法包括调质处理和局部表面硬化处理，具体步骤如下：
（1）首先将粗加工的轴进行淬火，淬火温度为830~880℃，保温时间4~7h，采用油冷却，油温≤80℃，油中冷却时间为45±15min；
（2）将淬火后的轴进行回火，回火温度为500~640℃，保温时间6~10h，回火后采用水冷，水温≤60℃，在水中冷却时间≥5min；
（3）将回火完工后的轴进行精加工处理；
（4）将精加工完成的轴进行局部表面硬化处理，即将轴水平放置在高频淬火专用工装上，设置轴的旋转速度1~3mm/s，高频感应加热电压9~11KV，阳极电流5~7A，感应器与轴间隙1~3mm，再采用L型喷水型感应器连续加热喷水淬火；
（5）将淬火后的轴放入热处理炉进行回火处理，回火温度为180~300℃，回火保温时间3~5h，回火后在空气中冷却。
2.根据权利要求1所述的大型轴类件的热处理方法，其特征在于：所述调质处理采用的检测试样尺寸为Φ120mm~Φ200mm。
3.根据权利要求1所述的大型轴类件的热处理方法，其特征在于：所述淬火介质为油。
4.根据权利要求1所述的大型轴类件的热处理方法，其特征在于：所述“L” 型喷水型感应器的长度等于或小于轴类件需要表面硬化区域宽度。
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