CN105543684B

CN105543684B - 可调桨桨叶左右旋底座锻件及制造工艺

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Publication number: CN105543684B
Application number: CN201510977460.4A
Authority: CN
Inventors: 余来东; 冷怡恺; 马建强
Original assignee: Baoding Technology Co Ltd
Current assignee: Baoding Technology Co Ltd
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2035-12-23
Also published as: CN105543684A

Abstract

本发明涉及一种材料成本低、加工周期短、能够满足底座锻件的高强度、耐低温要求、能够有效地避免凸台与大外圆连接处断裂现象产生的可调桨桨叶左右旋底座锻件及制造工艺，质量百分数：C:0.40～0.45、Mn:0.60～0.90、Si：≤0.40、P:≤0.020、S:≤0.020、Cr:1.00～1.20、Ni:≤0.25、Mo:0.20～0.30、V:0.03～0.05，其余是Fe。优点：一是材料成本低、加工周期短、能够满足底座锻件的高强度、耐低温要求；二是能够有效地避免凸台与大外圆连接处断裂现象。

Description

可调桨桨叶左右旋底座锻件及制造工艺

技术领域

本发明涉及一种材料成本低、加工周期短、能够满足底座锻件的高强度、耐低温要求、能够有效地避免凸台与大外圆连接处断裂现象产生的可调桨桨叶左右旋底座锻件及制造工艺，属可调桨桨叶左右旋底座锻件制造领域。

背景技术

可调螺距螺旋桨CPP（简称可调桨或调距桨）通过设置于桨毂中的操纵机构使桨叶能够相对于桨毂转动调节螺距的螺旋桨，它是通过转动桨叶来改变螺距，从而改变船舶航速或正车、倒车，调距桨装置由桨叶、桨毂机构、轴系（艉轴、艉管、中间轴等）、配油器、液压系统和电子遥控系统等几大部件或系统组成。

调距桨结构形式可以分为毂内油缸式和推拉杆式，毂内油缸式CPP其伺服油缸布置在桨毂内部，而推拉杆式CPP其伺服油缸布置在轴系上，前者一般用于大马力船舶，但油缸维修不方便，后者一般用于小马力船舶，油缸维修方便。左右旋底座锻件是桨叶机构中不可或缺的重要组成部分，直接关乎着船舶海上的正常高速航行，因此对于此锻件的内在质量要求极其严格。

目前厂家制造的可调桨桨叶左右旋底座是一种带偏心小凸台的盘类锻件，锻件生产厂家往往锻造成形为实心圆饼状，凸台需要通过切削加工成形，造成材料成本大，加工周期长的局面。其可调桨桨叶左右旋底座锻件的材质为42CrMo4,其化学成分要求（质量分数%）：C0.38～0.45、Mn0.60～0.90、Si≤0.40、P≤0.025、S≤0.035、Cr0.90～1.20、Ni≤0.25、Mo0.15～0.30，其余是Fe；机械性能要求：抗拉强度Rm （MPa）740～890、屈服强度Re（MPa）≥510、伸长率A5（%）≥14、收缩率Z（%）≥55、冲击功（AKv）（J）≥20(-10℃)，并且可调桨桨叶左右旋底座锻件尺寸为大外圆直径达Φ933mm，小凸台外径Φ210mm；小凸台中心与大外圆中心偏心321mm，总厚度达359mm，锻件单重达1.85t，材料锭重10t锭锻肆件，总锻造比≥5。

其技术难点：（1）由于可调桨桨叶左右旋底座锻件与桨叶、桨毂及螺旋桨轴等零部件构成了船舶的推进系统且与海水接触，故受力比较复杂。随着造船行业的不断发展，船舶向大型化高速化发展，要求船舶航行环境也越来越复杂，因此对船舶推进系统中涉及的锻件产品的要求也越来越高。因此，底座锻件不仅需要有足够的机械强度，还必须具有良好的低温韧性。常规的42CrMo材质成分要求已经无法同时满足底座锻件的高强度、耐低温要求。（2）可调桨桨叶左右旋底座锻件传统的锻造生产工艺方案为钢锭镦粗后拔长下料，坯料镦粗、滚圆后平整出成品，再通过后续的机械加工将小凸台加工出来。此方案的缺点在于：其一，虽然传统工艺使整个锻造过程方便快捷，但每个锻件的原材料损耗是新工艺方案的1.2倍。其二，底座锻件的小凸台通过机械加工手段代替直接锻造成形大大延长了生产周期，增加了生产成本。其三，底座锻件的小凸台直接机械加工成形使凸台部分缺少足够的锻造比，在零件使用过程中很容易在凸台与大外圆连接处产生断裂现象，从而导致产品报废。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种材料成本低、加工周期短、能够满足底座锻件的高强度、耐低温要求、能够有效地避免凸台与大外圆连接处断裂现象产生的可调桨桨叶左右旋底座锻件及制造工艺。

设计方案：为了实现上述设计目的。本申请在材料元素的构成上：（1）在遵循标准要求的前提下，优化材料元素，控制C、Cr、Mo三大主要元素的区间，并添加微合金元素V，通过细化晶粒，提高材料的强度、低温韧性和塑性。首先，钢中含C量增加，屈服点和抗拉强度就升高，因此控制含碳量：0.40～0.45%；其次，Cr具有许多有价值的性能：高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性且对塑性、韧性又好，Cr与Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相且能大大提高结构钢的强度和塑性，因此控制含铬量：1.00～1.20%；再次，Mo具有细化晶粒的作用，可降低钢的过热倾向性，提高强度、硬度、热稳定性。Mo含量达0.2%即有提高M体回火稳定性，与Cr、Ni结合可大大提高淬透性，可细化晶粒，提高韧性，使锻造加工容易等良好作用，因此控制含钼量：0.20～0.30%。最后，在合金结构钢中添加微合金元素V,V细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性；V亦是强碳化物元素，一般VC的弥散度很高，且极稳定，所以它既利脱氧、脱气得到致密细晶组织，提高塑性、韧性及高强度，其冲击性能都较无V钢高，因此钒元素添入量：0.03～0.05%；同时对有害元素P、S控制在0.020以下。优化后的化学成分（质量分数%），如下表：

（2）根据底座小凸台的直径尺寸用Φ25mm圆钢制作圆环专用号印工装。目的在于利用圆环专用号印工装锻出小凸台并控制好小凸台外圆的锻造圆整度，防止因偏心过大而无加工余量，导致产品报废。设计专用的镦粗、平整工序用漏盘，漏盘内孔呈偏心状。目的在于底座小凸台锻造成形后如果无专用工装是无法平整大外圆平面的，产品在外观上就会出现凹凸不平，高度方向锻造余量大，造成原材料浪费。相反在专用平整漏盘上进行平整处理后的底座锻件外观规整，平整度好，且减少了机械加工余量，缩短了加工工时。（3）通过钢锭镦粗、坯料镦粗以及平整漏盘上的局部镦粗三合为一的锻造新工艺，加大了产品的镦粗锻造比，改善了锻件的内部组织，大大提高了产品的内在质量，从而延长零件的使用寿命。（4）通过对充分锻透的底座锻件制定水淬油冷的专用调质热处理工艺，来有效保证材料的高强度及低温-10℃冲击韧性要求。

技术方案1：一种可调桨桨叶左右旋底座锻件，质量百分数（%）：C:0.40～0.45、Mn:0.60～0.90、Si:0.40、P:≤0.020、S:≤0.020、Cr:1.00～1.20、Ni:≤0.25、Mo:0.20～0.30、V:0.03～0.05,其余是Fe。

技术方案2：一种可调桨桨叶左右旋底座锻件制造工艺，（1）可调桨桨叶左右旋底座锻件采用42CrMo4材料锻造成形，锻件重量1.85t，材料规格为10t梅花锭，一锭锻制四件；镦粗锻造比6.0，拔长锻造比5.9；锻造温度：1180℃～850℃；

（2）第I火次：在3150t水压机上钢锭压钳口，倒棱，去锭尾后镦粗至Φ1220mm；砧子拔长坯料至500mm八角约4920mm长；坯料锻造完毕冷却后进行锯床下料，下料尺寸为：500mm八角x1220mm长，并加热坯料至1180℃；

第Ⅱ火次：坯料镦粗至约410mm高，滚圆坯料，Φ25mm圆环工装号印，砧子锻出小凸台，再次滚圆，翻面，凸台朝下在专用漏盘内镦粗、平整至工艺尺寸后完工；

（2）锻后热处理：随炉升温至890±10℃，保温8小时后空冷；再随炉升温至650±10℃，保温14小时后空冷出炉的正火+回火工艺；锻后热处理后，进行粗车，再UT探伤,确保锻件内部无超标缺陷。

（4）性能热处理：随炉升温至840±10℃，保温5小时后水冷15分钟并油冷20分钟的水淬油冷淬火工艺；再随炉升温至640±10℃，保温8小时后空冷出炉的回火工艺。

本发明与背景技术相比，一是材料成本低、加工周期短、能够满足底座锻件的高强度、耐低温要求；二是能够有效地避免凸台与大外圆连接处断裂现象；三是机械性抗拉强度分别为Rm（MPa）813、810，屈服强度分别为ReL（MPa）695、688，伸长率分别为A%22.0、23.5，断面收缩率分别为Z%70.0、70.0，冲击吸收能量分别为 Kv₂（J）160.0、161.0、166.0、168.0、178.0，取得了意想不到的技术效果。

附图说明

图1是可调桨桨叶左右旋底座锻件图。

图2可调桨桨叶左右旋底座锻件锻后正火+回火工艺曲线图。

图3是可调桨桨叶左右旋底座锻件调质工艺曲线图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-3。一种可调桨桨叶左右旋底座锻件，质量百分数（%）：C:0.40～0.45、Mn:0.60～0.90、Si: ≤0.40、P:≤0.020、S:≤0.020、Cr:1.00～1.20、Ni:≤0.25、Mo:0.20～0.30、V:0.03～0.05，其余是Fe。

实施例2：在实施例1的基础上，C:0.42%、Mn:0.70%、Si:0.25%、P:0.018%、S:0.004%、Cr:1.16%、Ni:0.10%、Mo:0.27%、V:0.042%，其余是Fe。其抗拉强度Rm（MPa）813、屈服强度ReL（MPa）695、伸长率A%22.0、断面收缩率Z%70.0、冲击吸收能量 Kv₂（J）166.0、168.0、178.0。

实施例3：在实施例1的基础上，C:0.43%、Mn:0.65%、Si:0.30%、P：0.015%、S：0.006%、Cr:1.13%、Ni:0.12%、Mo:0.26%、V:0.038%，其余是Fe。其抗拉强度Rm（MPa）810、屈服强度ReL（MPa）688、伸长率A%23.5、断面收缩率Z%70.0、冲击吸收能量 Kv₂（J）160.0、168.0、161.0。

实施例4：在上述实施例的基础上，一种可调桨桨叶左右旋底座锻件制造工艺，（1）可调桨桨叶左右旋底座锻件采用42CrMo4材料锻造成形，锻件重量1.85t，材料规格为10t梅花锭，一锭锻制四件；镦粗锻造比6.0，拔长锻造比5.9；锻造温度：1180℃～850℃；（2）第I火次：在3150t水压机上钢锭压钳口，倒棱，去锭尾后镦粗至Φ1220mm；砧子拔长坯料至500mm八角约4920mm长；坯料锻造完毕冷却后进行锯床下料，下料尺寸为：500mm八角x1220mm长，并加热坯料至1180℃；第Ⅱ火次：坯料镦粗至约410mm高，滚圆坯料，Φ25mm圆环工装号印，砧子锻出小凸台，再次滚圆，翻面，凸台朝下在专用漏盘内镦粗、平整至工艺尺寸后完工；（2）锻后热处理：随炉升温至890±10℃，保温8小时后空冷；再随炉升温至650±10℃，保温14小时后空冷出炉的正火+回火工艺；锻后热处理后，进行粗车，再UT探伤,确保锻件内部无超标缺陷。（4）性能热处理：随炉升温至840±10℃，保温5小时后水冷15分钟并油冷20分钟的水淬油冷淬火工艺；再随炉升温至640±10℃，保温8小时后空冷出炉的回火工艺。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种可调桨桨叶左右旋底座锻件，其特征是质量百分数(%)：42CrMo4材料中C:0.40%～0.45%、Mn:0.60%～0.90%、Si: ≤0.40%、P:≤0.020%、S:≤0.020%、Cr:1.00%～1.20%、Ni:≤0.25%、Mo:0.20%～0.30%、V:0.03%～0.05%,其余是Fe；其制造工艺：

（1）可调桨桨叶左右旋底座锻件采用42CrMo4材料锻造成形，锻件重量1.85t，材料规格为10t梅花锭，一锭锻制四件；镦粗锻造比6.0，拔长锻造比5.9；锻造温度：1180℃～850℃；

（2）第I火次：在3150t水压机上钢锭压钳口，倒棱，去锭尾后镦粗至Φ1220mm；砧子拔长坯料至500mm八角4920mm长；坯料锻造完毕冷却后进行锯床下料，下料尺寸为：500mm八角x1220mm长，并加热坯料至1180℃；

第Ⅱ火次：坯料镦粗至410mm高，滚圆坯料，Φ25mm圆环工装号印，砧子锻出小凸台，再次滚圆，翻面，凸台朝下在专用漏盘内镦粗、平整至工艺尺寸后完工；

（3）锻后热处理：随炉升温至890±10℃，保温8小时后空冷；再随炉升温至650±10℃，保温14小时后空冷出炉的正火+回火工艺；锻后热处理后，进行粗车，再UT探伤,确保锻件内部无超标缺陷；

2.根据权利要求1所述的可调桨桨叶左右旋底座锻件，其特征是底座锻件的机械性能要求如下：

抗拉强度Rm 为740～890MPa、屈服强度Re ≥510 MPa、伸长率A5 ≥14%、断面收缩率Z≥55%、-10℃冲击功AKv≥20 J。

3.根据权利要求1所述的可调桨桨叶左右旋底座锻件，其特征是质量百分数%：C:0.42%、Mn:0.70%、Si:0.25%、P:0.018%、S:0.004%、Cr:1.16%、Ni:0.10%、Mo:0.27%、V:0.042%,其余是Fe。

4.根据权利要求1所述的可调桨桨叶左右旋底座锻件，其特征是质量百分数%：C:0.43%、Mn:0.65%、Si:0.30%、P：0.015%、S：0.006%、Cr:1.13%、Ni:0.12%、Mo:0.26%、V:0.038%，其余是Fe。

5.根据权利要求3所述的可调桨桨叶左右旋底座锻件，其特征是：抗拉强度

Rm为 813 MPa、屈服强度ReL为695 MPa、伸长率A为22.0%、断面收缩率Z为70.0%、冲击吸收能量 Kv₂ 为166.0J、168.0J、178.0 J。

6.根据权利要求4所述的可调桨桨叶左右旋底座锻件，其特征是：抗拉强度

Rm MPa810、屈服强度ReL为688 MPa、伸长率A为23.5%、断面收缩率Z为70.0%、冲击吸收能量 Kv₂ 为160.0J、168.0J、161.0 J。