CN113151660A - 一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，具体按照以下步骤实施：步骤1、将风机叶轮焊接接头在热处理炉中进行固溶处理，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；步骤2、将步骤1的固溶合金钢焊接接头从热处理炉中取出，然后进行水淬处理，得到水淬合金钢焊接接头；步骤3、将步骤2的水淬合金钢风机叶轮焊接接头进行双级时效处理，随后冷却至室温，得到热处理的合金钢风机叶轮焊接接头。本发明热处理工艺处理后的材料能够得到逆变奥氏体与析出强化相，组织分布均匀细小；本发明热处理工艺方法简单，操作方便，适用于大型工厂批量生产，具有较高的生产效率。

Description

一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺
技术领域
本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺。
背景技术
大型鼓风机的核心部件是风机叶轮，风机叶轮的好坏直接关系到整个风机的使用年限，如何才能将叶轮的寿命提高，是生产者关心的重点，也是使用者的关注点。
在风机高速旋转的过程中，风机叶轮承受较高的离心力和受到硬物冲击、气流和振动等交变载荷的作用，叶轮叶片会在远低于材料的屈服强度的应力水平下发生疲劳失效，造成极大的潜在危险。因此，需要进一步优化风机叶轮的热处理工艺，从而提高风机叶轮的屈服强度。
风机叶轮所使用的钢种多为马氏体钢，马氏体钢的的热处理工艺大多为沉淀硬化。沉淀硬化马氏体钢的热处理工艺对其组织和性能起着决定性作用。一般地，其高强度主要通过Cu、Nb、Mo等强化元素在时效过程中析出ε-Cu、NbC、Mo2C、M7C3、M23C6等强化相来获得。目前该类钢所采用的热处理制度为淬火加回火的工艺方法，回火制度主要有两种，一是在400-470C(Ac1以下)进行低温回火，得到马氏体+弥散细小的强化相组织，获得较高的强度；一是在580-650℃(Ac1以上)进行较高温度回火，这时由于回火温度在Ac1(约580℃)以上，室温下组织中可以得到少量逆变奥氏体，逆变奥氏体的存在大幅度提高钢的韧性，但是高温下，析出相尺寸长大，降低合沉淀硬化。因此，一般而言，各用户根据需求，只能选择其中一种回火制度，获得高强度或高韧性而牺牲另一性能。根据文献报道，目前没有一种热处理制度可以同时使得该钢获得高强度和高韧性。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，解决了现有技术中存在的风机叶轮的屈服强度低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将风机叶轮焊接接头在热处理炉中进行固溶处理，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将步骤1的固溶合金钢焊接接头从热处理炉中取出，然后进行水淬处理，得到水淬合金钢焊接接头；
步骤3、将步骤2的水淬合金钢风机叶轮焊接接头进行双级时效处理，随后冷却至室温，得到热处理的合金钢风机叶轮焊接接头。
本发明的特点还在于：
步骤1中风机叶轮焊接接头所用的焊材为自研制焊丝，焊丝按照以下方法制备：
按照质量百分比分别称取：C：0.02％～0.05％、Si：0.1％～0.2％、Mn：1.1％～1.6％、P≤0.003％、S≤0.003％、Ni：8％～10％、Cr：9％～15％、Cu：0.6％～1.0％、Nb：0.1％～0.5％、V：0.15％～0.35％、Ti：0.35％～0.60％、B≤0.007％，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100％；将称取的各个原料粉末在惰性气体氛围中加热并保温一段时间，再在混料机中进行干混，混合均匀；然后将混合均匀的原料药粉加入适量的黏结剂进行造粒，造粒的粒径控制在124～420μm，造粒完成后药粉颗粒在700℃烧结并保温2h，然后冷却、进行破碎、筛分并选取150～250μm的药粉颗粒，通过焊丝制丝机把筛分后药粉颗粒包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，拉拔至直径为1.2mm的实芯焊丝。
步骤1中固溶处理温度为900～1100℃，保温时间为1h。
步骤3中一级时效处理温度为600-700℃，保温时间为5～25min；二级时效处理温度为500～600℃，保温时间为3h。
步骤3中一级时效的冷却方式为随炉冷却，二级时效的冷却方式是空冷。
本发明的有益效果是：本发明热处理工艺在一次时效后材料能够得到逆变奥氏体组织，组织分布均匀细小；二次时效处理后可以析出强化相。本发明热处理工艺处理后的风机叶轮屈服强度较热处理前有了相当大的提升；本发明热处理工艺方法简单，操作方便，适用于大型工厂批量生产，具有较高的生产效率。
附图说明
图1是本发明一种提高风机叶轮焊接接头强度的热处理方法的实施例1中一次时效时间为5min的金相组织图；
图2是本发明一种提高风机叶轮焊接接头强度的热处理方法的实施例2中一次时效时间为10min的金相组织图；
图3是本发明一种提高风机叶轮焊接接头强度的热处理方法的实施例3中一次时效时间为15min的金相组织图；
图4是本发明一种提高风机叶轮焊接接头强度的热处理方法的实施例4中一次时效时间为20min的金相组织图；
图5是本发明一种提高风机叶轮焊接接头强度的热处理方法的实施例5中一次时效时间为25min的金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将风机叶轮焊接接头在热处理炉中加热至900～1100℃进行固溶处理，保温时间为1h，然后进行水淬处理，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将步骤1的固溶合金钢风机叶轮焊接接头加热至600～700℃进行一级时效处理，保温温度为5～25min，之后随炉冷却。
步骤3、将步骤2中一级时效处理后的风机叶轮焊接接头加热至500～600℃进行二级时效处理，保温时间为3h，随后采用空冷方式冷却至室温，得到热处理的合金钢风机叶轮焊接接头。
步骤1中风机叶轮焊接接头所用的焊材为自研制焊丝，焊丝按照以下方法制备：
按照质量百分比分别称取：C：0.02％～0.05％、Si：0.1％～0.2％、Mn：1.1％～1.6％、P≤0.003％、S≤0.003％、Ni：8％～10％、Cr：9％～15％、Cu：0.6％～1.0％、Nb：0.1％～0.5％、V：0.15％～0.35％、Ti：0.35％～0.60％、B≤0.007％，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100％；将称取的各个原料粉末在惰性气体氛围中加热并保温一段时间，再在混料机中进行干混，混合均匀；然后将混合均匀的原料药粉加入适量的黏结剂进行造粒，造粒的粒径控制在124～420μm，造粒完成后药粉颗粒在700℃烧结并保温2h，然后冷却、进行破碎、筛分并选取150～250μm的药粉颗粒，通过焊丝制丝机把筛分后药粉颗粒包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，拉拔至直径为1.2mm的实芯焊丝。
本发明的科学原理是：本发明固溶处理能够溶解过剩相以形成过饱和固溶体，从而改善接头塑性和韧性，获得稳定的基体组织，为后续热加工作好准备，以期待能达到最佳效果。水淬处理和时效处理能够改善焊后材料的强度降低问题，得到均匀的、具有优良综合性能的逆变奥氏体组织，同时提高风机叶轮焊接接头的抗拉强度和屈服强度，使其满足风机叶轮焊接接头的使用要求。
风机叶轮所使用的钢种多为马氏体钢，马氏体钢的的热处理工艺大多为沉淀硬化。沉淀硬化马氏体钢的热处理工艺对其组织和性能起着决定性作用。一般地，其高强度主要通过Cu、Nb、Mo等强化元素在时效过程中析出ε-Cu、NbC、Mo2C、M7C3、M23C6等强化相来获得。目前该类钢所采用的热处理制度为淬火加回火的工艺方法，回火制度主要有两种，一是在400`470C(Ac1以下)进行低温回火，得到马氏体+弥散细小的强化相组织，获得较高的强度；一是在580～650℃(Ac1以上)进行较高温度回火，这时由于回火温度在Ac1(约580℃)以上，室温下组织中可以得到少量逆变奥氏体，逆变奥氏体的存在大幅度提高钢的韧性，但是高温下，析出相尺寸长大，降低合沉淀硬化。因此，一般而言，各用户根据需求，只能选择其中一种回火制度，获得高强度或高韧性而牺牲另一性能。根据文献报道，目前没有一种热处理制度可以同时使得该钢获得高强度和高韧性。
本发明选择较高温短时回火，即回火温度选择Ac1以上20～50℃，由于该钢的逆变奥氏体是以切变形式形成，因此形成速度较快；而其强化相的析出和长大需要时间进行扩散。这样的高温短时处理，既可以获得逆变奥氏体组织，同时在回火又不会造成强化相的大量析出。强化相主要在缓冷过程中析出，由于温度较低，不会发生异常长大，保证了强化效果。
本发明具有以下突出优点：
(1)本发明的双级时效风机叶轮焊接接头的热处理方法，产生一定量的逆变奥氏体组织生成和一定量的强化相析出，使钢强度和韧性同时获得了提高。
(2)由于材料时效时间较短，避免了因析出的强化相长大而产生材料强度下降，而且逆变奥氏体组织含量在时效过程中稳定。
(3)本发明回火选择短时时效，即透烧后保温5～25分，节能省时。而以往文献给出马氏体不锈钢钢时效是长时间时效，时间为1～2小时。
实施例1
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至1050℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至630℃进行时效处理，保温时间为5min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至550℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例1得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1038MPa，抗拉强度Rm为1112.85MPa，伸长率A为8.5％，在焊缝处断裂。其金相组织图见图1。从图1中可以观察到逆变奥氏体与强化相析出，强化相主要在缓冷过程中析出，由于温度较低不会发生异常长大，保证了强化效果。
实施例2
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至900℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至630℃进行时效处理，保温时间为10min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头在此加热至550℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例2得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1069MPa，抗拉强度Rm为1098.74MPa，伸长率A为8.8％，在焊缝处断裂。其金相组织图见图2。
实施例3
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至1050℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至630℃进行时效处理，保温时间为15min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至550℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例3得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1009MPa，抗拉强度Rm为1094.31MPa，伸长率A为9.1％，在焊缝处断裂。其金相组织图见图3。
实施例4
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至1050℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至630℃进行时效处理，保温时间为20min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至550℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例4得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1009MPa，抗拉强度Rm为1094.32MPa，伸长率A为9.1％，在焊缝处断裂。其金相组织图见图4。
实施例5
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至1050℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至630℃进行时效处理，保温时间为25min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至550℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例5得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1009MPa，抗拉强度Rm为1090.74MPa，伸长率A为12％，在焊缝处断裂。其金相组织图见图5。
实施例6
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至900℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至650℃进行时效处理，保温时间为15min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至500℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例6得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1055MPa，抗拉强度Rm为1103.47MPa，伸长率A为15％，在焊缝处断裂。
实施例7
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至950℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至630℃进行时效处理，保温时间为5min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至570℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例7得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1010MPa，抗拉强度Rm为1100.74MPa，伸长率A为14％，在焊缝处断裂。
实施例8
步骤1、将风机叶轮的焊接接头加热至1100℃进行固溶处理，保温时间为1h，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将固溶合金钢风机叶轮从热处理炉中取出，在水中进行水淬处理，采用水冷方式将焊接接头冷却至室温得到水淬合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤3、将水淬合金钢风机叶轮焊接接头加热至700℃进行时效处理，保温时间为25min，随后采用随炉冷方式冷却至室温，得到一级时效处理的风机叶轮焊接接头。
步骤4、将经过一级时效处理的焊接接头再次加热至600℃进行二级时效处理，保温时间为3h，最后采用空冷的方式冷却至室温。
实施例8得到的热处理风机叶轮焊接接头，测得其屈服强度Rp0.2为1062MPa，抗拉强度Rm为1065.74MPa，伸长率A为15％，在焊缝处断裂。

Claims (5)

1.一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将风机叶轮焊接接头在热处理炉中进行固溶处理，得到固溶合金钢风机叶轮焊接接头；
步骤2、将步骤1的固溶合金钢焊接接头从热处理炉中取出，然后进行水淬处理，得到水淬合金钢焊接接头；
步骤3、将步骤2的水淬合金钢风机叶轮焊接接头进行双级时效处理，随后冷却至室温，得到热处理的合金钢风机叶轮焊接接头。
2.根据权利要求1所述的一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，其特征在于，所述步骤1中风机叶轮焊接接头所用的焊材为自研制焊丝，所述焊丝按照以下方法制备：
按照质量百分比分别称取：C：0.02％～0.05％、Si：0.1％～0.2％、Mn：1.1％～1.6％、P≤0.003％、S≤0.003％、Ni：8％～10％、Cr：9％～15％、Cu：0.6％～1.0％、Nb：0.1％～0.5％、V：0.15％～0.35％、Ti：0.35％～0.60％、B≤0.007％，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100％；将称取的各个原料粉末在惰性气体氛围中加热并保温一段时间，再在混料机中进行干混，混合均匀；然后将混合均匀的原料药粉加入适量的黏结剂进行造粒，造粒的粒径控制在124～420μm，造粒完成后药粉颗粒在700℃烧结并保温2h，然后冷却、进行破碎、筛分并选取150～250μm的药粉颗粒，通过焊丝制丝机把筛分后药粉颗粒包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，拉拔至直径为1.2mm的实芯焊丝。
3.根据权利要求1所述的一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，其特征在于，所述步骤1中固溶处理温度为900～1100℃，保温时间为1h。
4.根据权利要求1所述的一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，其特征在于，所述步骤3中一级时效处理温度为600-700℃，保温时间为5～25min；二级时效处理温度为500～600℃，保温时间为3h。
5.根据权利要求4所述的一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺，其特征在于，所述步骤3中一级时效的冷却方式为随炉冷却，二级时效的冷却方式是空冷。
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