CN107685129B - 一种重型电动机轴的锻件制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种重型电动机轴的锻件制备方法，该方法包括以下步骤：(1)熔炼步骤；(2)锻造步骤；(3)热处理步骤：将步骤(2)锻造步骤制备的重型电动机轴的锻件毛坯进行热处理，整个热处理过程分为正火和回火两步，正火温度为910‑920℃，正火过程在均温后保温330秒，正火结束后，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃；回火温度为600℃，回火过程在均温后保温660秒，回火结束后自然冷却至常温。本发明热处理过程中采用鼓风+喷雾冷却的工艺。其机械性能为：Rp0.2达到320‑330MPa，Rm达到520‑540MPa，A(L0＝5d)达到28‑29％，Z达到69‑71％，KV2达到115‑135J。
Description
技术领域
本发明涉及一种重型电动机轴的锻件制备方法。
背景技术
轴类锻件是电动机转子部分的核心部件，保证了整个机组的安全运行。随着电动机制造业的不断进步，目前世界上重型电动机行业已广泛采用低合金高强度16Mn材料，保证了重型电动机正常的工作要求和安全要求。由于按照日本三菱重工标准制造的16Mn轴锻件技术要求高、工艺复杂、材料性能特殊，包括：
1.轴类零件的材料选用16Mn材料，然而性能要求却与Q345接近，尤其是屈服强度Rp0.2更是高于Q345。(Q345指标为≥265MPa，而电机轴零件却要求≥295MPa，这个指标对应16Mn材料的厚度仅为36～50mm)；
2.为保证焊接性能，最终性能热处理不允许采用淬火+回火，而必须采用正火+回火，且回火温度必须≥600℃；
3.上述热处理条件下，金相显微组织为铁素体+珠光体；
因以上技术关键点未被我国企业完全掌握，导致16Mn轴锻件产生机械性能、金相组织不符合要求等技术缺陷，此项制造技术一直被国外公司垄断，只能依靠国外进口，严重影响了我国重型电动机行业的发展和走国产化的进程，本发明针对16Mn轴锻件研究出一种性能热处理方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简便有效、锻件屈服强度≥295Mpa，采用正火+回火性能热处理工艺，金相显微组织为铁素体+珠光体，具有优良的焊接性能的重型电动机轴的锻件制备方法。
本发明目的可以通过以下技术方案来实现：
一种重型电动机轴的锻件制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)熔炼步骤：选取16Mn钢锭采用的熔炼方式为EAF(电弧炉)+LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)制备重型电动机轴的钢锭；
(2)锻造步骤:
取8吨电液锤自由锻造方式将重型电动机轴的钢锭锻造成制备重型电动机轴的锻件毛坯，所述制备重型电动机轴的锻件毛坯由三段轴段依次连接而成，第一轴段外径为330±5mm，长度为805mm，第二轴段外径为360±7mm，长度为310±10mm，第三轴段外径为325±5mm，长度为3405mm，其中在第一轴段的端部留有30mm试样；所述重型电动机轴的钢锭按一定的温度曲线进行二级保温加热，始锻温度1160℃，终锻温度800℃，总锻造比为6.2，所述一定的温度曲线为:在500±20℃待炉4小时,接着升温至850±20℃,升温时间为4小时,升温至850±20℃后进行第一次保温，第一次保温时间为6小时；接着从 850±20℃升温至1160±20℃，升温时间为6小时，升温至1160±20℃后进行第二次保温，第二次保温时间为5小时；
(3)热处理步骤：
将步骤(2)锻造步骤制备的重型电动机轴的锻件毛坯进行热处理，整个热处理过程分为正火和回火两步，正火温度为910-920℃，正火过程在均温后保温330秒，正火结束后，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃；回火温度为600℃，回火过程在均温后保温660秒，回火结束后自然冷却至常温。
在本发明的一个优选实施例中，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃时，冷却速度≥10℃/S。
在本发明的一个优选实施例中，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃时，风量≥14093m3,风扇转速≥1450r/min，全压650pa，功率5.5kw。
由于采用了如上的技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)选取16Mn钢锭采用的熔炼方式为EAF(电弧炉)+LF(炉外精炼) +VD(真空脱气)制备重型电动机轴的钢锭，从而在原材料步骤保证了最终轴锻件的材质纯净度，使其具有低非金属夹杂物，低氢氧气体含量的特点。
(2)一般屈服强度≥295Mpa，抗拉强度≥500Mpa的高强度轴锻件均采用淬火+回火工艺，其冷却速度快，淬透性好，最终屈服强度可达到320-370Mpa，金相显微组织为马氏体+索氏体。但是为保证重型电动机轴的焊接性能，在技术条件要求性能热处理不允许采用淬火工艺，只能采用正火+回火工艺，且回火温度必须大于600℃，性能试样取自距轴外圆表面1/3半径处，即距表面约 45mm处，且要求材料表面的金相组织为铁素体+珠光体。本发明采用鼓风+喷雾冷却的工艺。其机械性能为：Rp0.2达到320-330MPa，Rm达到520-540MPa， A(L0＝5d)达到28-29％，Z达到69-71％，KV2达到115-135J。
(3)本发明合规的金相微观组织：性能热处理后，工件表面组织为铁素体 +珠光体+粒状贝氏体，由于鼓风+喷雾冷却的工艺冷速较快，故表面组织中出现了少量贝氏体组织。观察16Mn材料的奥氏体连续冷却转变参见图5可见， 16Mn材料若奥氏体化后冷却速度大于10℃/S，组织中即会出现贝氏体，此时材料硬度约为169Hv(163HB)。因此要使1/3半径处性能达到要求，表面组织中出现贝氏体组织是正常的。
参见图6，根据金相观察，工件表面组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏体。粒状贝氏体是低、中碳合金钢在正火后、热轧空冷后或在焊缝热影响区中由于连续冷却得到的贝氏体组织。电机轴组织中的贝氏体属于已分解为铁素体和碳化物及残余奥氏体。
粒状贝氏体对性能的影响：低碳粒状贝氏体钢比铁素体一珠光体钢具有更高的强度和冲击韧性，而且粒状贝氏体组织对钢的强化方式不仅仅是细晶强化和位错强化，弥散强化也是强化方式之一，并且低碳粒状贝氏体组织还具有高的低温冲击韧性。
粒状贝氏体对疲劳性能的影响：疲劳性能与显微组织密切相关，粒状贝氏体中的(M-A)岛对疲劳裂纹扩展有阻碍作用，对提高疲劳寿命有利。粒状贝氏体组织的低周疲劳寿命和冲击疲劳寿命优于等强度下的回火马氏体组织。
粒状贝氏体对焊接性能的影响：16Mn材料焊接性能与碳当量(CEV)或焊接裂纹敏感性指数(Pcm)的关系，国标GB/T 1591已有描述，总之，低碳贝氏体钢是高强度、高韧性且焊接性能良好的钢种。
附图说明
图1为本发明的锻造后的制备重型电动机轴的锻件毛坯示意图。
图2为本发明锻造过程中的加热曲线示意图。
图3为本发明制备重型电动机轴的锻件毛坯热处理工艺曲线图。
图4为本发明的热处理后的制备重型电动机轴的锻件示意图。
图5为16MnR钢奥氏体连续冷却转变曲线示意图。
图6为本发明的热处理后的制备重型电动机轴的锻件金相示意图。
具体实施方式
一种重型电动机轴的锻件制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)熔炼步骤：选取16Mn钢锭采用的熔炼方式为EAF(电弧炉)+LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)制备重型电动机轴的钢锭；
(2)锻造步骤
取8吨电液锤自由锻造方式将重型电动机轴的钢锭锻造成制备重型电动机轴的锻件毛坯。
参见图1，制备重型电动机轴的锻件毛坯由三段轴段依次连接而成，第一轴段10的外径为330±5mm，长度为805mm，第二轴段20的外径为360±7mm，长度为310±10mm，第三轴段30的外径为325±5mm，长度为3405mm，其中在第一轴段10的端部留有30mm试样11。
参见图2，重型电动机轴的钢锭按一定的温度曲线进行二级保温加热，始锻温度1160℃，终锻温度800℃，总锻造比为6.2，所述一定的温度曲线为；在500±20℃待炉4小时,接着升温至850±20℃,升温时间为4小时,升温至 850±20℃后进行第一次保温，第一次保温时间为6小时；接着从850±20℃升温至1160±20℃，升温时间为6小时，升温至1160±20℃后进行第二次保温，第二次保温时间为5小时；
(3)热处理步骤：
参见图3，将步骤(2)锻造步骤制备的重型电动机轴的锻件毛坯进行热处理，整个热处理过程分为正火和回火两步，正火温度为910-920℃，正火过程在均温后保温330秒，正火结束后，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃；回火温度为600℃，回火过程在均温后保温660秒，回火结束后自然冷却至常温。采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃时，冷却速度≥10℃/S。采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃时，风量≥14093m3,风扇转速≥1450r/min，全压650pa，功率5.5kw。
参见图4，热处理后的重型电动机轴的锻件由三段轴段依次连接而成，第一轴段10a的外径为310mm，长度为775mm，第二轴段20a的外径为335mm，长度为280mm，第三轴段30a的外径为305mm，长度为3405mm，其中在第一轴段 10a的端部留有50mm试样11a，第三轴段30a的端部留有50mm试样31a。
该实施例制备的重型电动机轴的锻件化学成分见表1
表1
| C | Si | Mn | P | S | |
| 标准值 | 0.12-0.20 | 0.20-0.60 | 1.20-1.60 | ≤0.025 | ≤0.025 |
| 实测值 | 0.19 | 0.30 | 1.31 | 0.014 | 0.006 |
该实施例制备的重型电动机轴的锻件机械性能见表2
表2
该实施例制备的重型电动机轴的锻件金相检验：
(1)锻件的微观组织均匀，无缩孔、气泡、折叠、裂纹和严重的偏析，表层显微组织为：铁素体+珠光体+粒状贝氏体，具有优良的焊接性能。
(2)锻件的平均晶粒度应优于6.0级，与平均晶粒度的偏差不超过2级。
(3)锻件的ABCD四种类型夹杂物均不应超过1.5级。
Claims (3)
1.一种重型电动机轴的锻件制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)熔炼步骤：选取16Mn钢锭采用的熔炼方式为EAF(电弧炉)+LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)制备重型电动机轴的钢锭；
(2)锻造步骤:
取8吨电液锤自由锻造方式将重型电动机轴的钢锭锻造成制备重型电动机轴的锻件毛坯，所述制备重型电动机轴的锻件毛坯由三段轴段依次连接而成，第一轴段外径为330±5mm，长度为805mm，第二轴段外径为360±7mm，长度为310±10mm，第三轴段外径为325±5mm，长度为3405mm，其中在第一轴段的端部留有30mm试样；所述重型电动机轴的钢锭按一定的温度曲线进行二级保温加热，始锻温度1160℃，终锻温度800℃，总锻造比为6.2，所述一定的温度曲线为:在500±20℃待炉4小时,接着升温至850±20℃,升温时间为4小时,升温至850±20℃后进行第一次保温，第一次保温时间为6小时；接着从850±20℃升温至1160±20℃，升温时间为6小时，升温至1160±20℃后进行第二次保温，第二次保温时间为5小时；
(3)热处理步骤：
将步骤(2)锻造步骤制备的重型电动机轴的锻件毛坯进行热处理，整个热处理过程分为正火和回火两步，正火温度为910-920℃，正火过程在均温后保温330秒，正火结束后，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃；回火温度为600℃，回火过程在均温后保温660秒，回火结束后自然冷却至常温。
2.如权利要求1所述的一种重型电动机轴的锻件制备方法，其特征在于，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃时，冷却速度≥10℃/S。
3.如权利要求1所述的一种重型电动机轴的锻件制备方法，其特征在于，采用鼓风或喷雾冷却方式冷却至≤100℃时，风量≥14093m3,风扇转速≥1450r/min，全压650pa，功率5.5kw。
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Denomination of invention: A forging preparation method of heavy motor shaft Effective date of registration: 20211109 Granted publication date: 20190326 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Shizhong sub branch Pledgor: SHANGHAI TENGHUI FORGING Co.,Ltd. Registration number: Y2021980012168 |
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Denomination of invention: A method of forging heavy motor shaft Effective date of registration: 20221123 Granted publication date: 20190326 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Shizhong sub branch Pledgor: SHANGHAI TENGHUI FORGING Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000336 |
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Date of cancellation: 20231117 Granted publication date: 20190326 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Shizhong sub branch Pledgor: SHANGHAI TENGHUI FORGING Co.,Ltd.|SHANGHAI TENGHUI NONFERROUS CASTING CO.,LTD. Registration number: Y2022310000336 |
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Denomination of invention: A method for preparing forgings for heavy-duty motor shafts Effective date of registration: 20231123 Granted publication date: 20190326 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Shizhong sub branch Pledgor: SHANGHAI TENGHUI FORGING Co.,Ltd.|SHANGHAI TENGHUI NONFERROUS CASTING CO.,LTD. Registration number: Y2023310000768 |