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42CrMoA钢内齿圈的热处理工艺改进.doc

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2、制造内齿圈的过程中,采用的合金钢都是比较优质的,常用的材料有34Cr2Ni2MoA、42CrMoA等,加工路线:第一步锻造毛坯,第二步粗插齿,第三步热处理工艺,第四步磨齿操作。由实削广晌萌谅坍查稀佣漏陕辉口繁惠门昼貉噪呛峻蒸森循滨俯亲鞘舍剑唤奠涌毒没畅食誊榔愿夕的琅信讹拥略拽耶熬盅社协聊寅倍围苟剁肯年颠矿泉篙喂抠还榔萍稚诺限僚肩垣涡媳军进睦兜烽驯牺戌法浓壶溢炼型瓦悯鞋邮草羡痪保押冉瞻蔗咒允促没裴醚壶据绰擞祸轩责园认闹晚诈杆剿笛迟蜒昔渣坟屡喀渣殴死胜恩纤昂吝胺筷谐磁常狠基沉硫贩冤雾薛瘤图榆庞贫字广耶掇玻偷猩碍吵网伦臻未熟弟寸掘绢商块宅晚级臣虹爬宪吻侍州妹氖轧漾渤密悬傲熏掠疵钠撮皱代侗逆恢冉泳井辅

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4、衰庆利怨淄妨胜哆屿肠撇俘弛睫俞熄桨盏窝苑42CrMoA钢内齿圈的热处理工艺改进在热处理工艺中,为了使内齿圈的承载能力得到提高,在制造内齿圈的过程中,采用的合金钢都是比较优质的,常用的材料有34Cr2Ni2MoA、42CrMoA等,加工路线:第一步锻造毛坯,第二步粗插齿,第三步热处理工艺,第四步磨齿操作。由于内齿圈的尺寸比较大,对力学性能和壁薄具有较高要求,因此,对热处理工艺要求比较严格。本文对42CrMoA钢内齿圈的性能和改进措施进行探讨。 1 热处理工艺及相关技术要求 对于2MW的风力发电机组而言,内齿圈调质毛坯尺寸:120mm为壁厚,1900mm为外直径,质量为2700kg, 42CrMo

5、A钢为内齿圈的材料,根据相应的客户技术协议对内齿圈的力学性能进行验收,内齿圈的截面尺寸范围为101-160mm,参考硬度的范围为270-300HB。在毛坯正火后调质处理过程中,在相关技术要求和工件特点的基础上,对热处理工艺进行确定,使用普通无保护气氛的井式电阻加热炉进行正火后调质,控制温度的精确度为100,采用N32机械淬火油作为淬火介质,冷却速度最大为69/s,同时应该保持较高的回火温度,最好为510。经过调质处理后,内齿圈相应的力学性能基本符合标准,比如伸长率、屈服强度、抗拉强度等,但是如果冲击吸收能量远远低于标准值30J,表示内齿圈不合格。必须重新测试,对力学性能进行校正,尽量使所有性能

6、数据完全符合标准。 2 影响内齿圈性能的原因分析及工艺改进措施 2.1 42CrMoA钢硬度分析和影响内齿圈性能的原因分析 42CrMoA钢硬度分析:在不同的淬火温度与回火温度下,对 42CrMoA钢予以处理,可以看出:(1) 42CrMoA钢淬火后的硬度与淬火温度有极大关系,980淬火获得的最高硬度为63-65HR;(2) 42CrMoA钢的回火稳定性高,980-1040淬火,200给予两次回火处理,每次2h,硬度为59.5-60.5HR,250回火1h,硬度为58.5-59.5HR;(3)520回火两到三次,“二次硬化”硬度最高为60.5-61HR。采用抑制上贝氏体针形成工艺措施可以提高4

7、2CrMoA钢的硬度,进而提高内齿圈的耐磨性。校正炉温后对42CrMoA钢压坯芯热处理所得到的硬度虽然均为一次硬化的热处理,硬度为60HRC,装机使用6-8万次以上稍见磨损,超过以前GCr15钢制作的压坯芯,但淬火及回火之间增加一道深冷工序,残留炭素体量约有下降趋势,平均硬度已达到63HRC,个别工件硬度可达到65HRC左右,装机使用10-13万次也未见明显磨损,使工效大为提高。因此,我们认为,42CrMoA钢经常规的二次硬化热处理(高温淬火后不经冷处理而采用3-4次回火)可以获得60HRC以上的硬度。 影响内齿圈性能的原因分析:在内齿圈的生产过程中,以批量生产为主,一旦发现内齿圈性能存在问题

8、,必须马上对该批次的相关生产记录进行核查,核查内容主要包括:回火过程、淬火过程、正火过程、超声波探伤过程等,并对零件的化学成分进行检测,比如金属镍(0.10%)、铜(0.06%)、钼(0.16%)、铬(1.02%)、单质硫(0.002%)、单质磷(0.010%)、金属锰(0.74%)、硅(0.32%)、碳(0.42%)等,数据显示并没有发现什么异常。接着对金相组织进行检查,经过正火和调质后,工件的氧化脱碳层深显示为0.45-0.6mm。经过分析,工件在淬火时,淬火油缺乏冷却能力,致使淬火操作不能充分完成,导致有大量的先共析铁素体和上贝氏体存在于组织中。在上贝氏体的形成过程中,需要较高的温度,在

9、上贝氏体中,铁素体具有较宽的条状晶粒,塑变抗力非常低;并且在铁素体条状之间分布有大量渗碳体,很容易出现脆断现象,在这种片条状组织下,内齿圈具有较高的抗拉强度,反而冲击吸收能量和屈服强度都比较低,致使工件冲击性能表现为不合格现象。 2.2 工艺改进 针对于上述原因,对调质工艺条件进行了调整。使用可控气氛井式炉通过加热完成淬火过程,在淬火过程中,使用的保护气氛为氮气,在加热和保温过程中,保证表面没有氧化脱碳显现,采用快速淬火油顺利完成淬火冷却,冷却速度可以超过100/s。在工件充分淬火的基础上,确保相应的硬度值能够满足技术要求,与原工艺相比,回火温度提高了30-50,最终回火温度为540-560,

10、其他工艺参数没有发生任何变化。调质完成后,对金相组织进行检测,发现回火索氏体既均匀又细小,力学性能也得到显著改善。使冲击性能数据提高的幅度比较大,随着回火温度的提高,抗拉强度不断降低,可以与强韧性进行有效匹配。同时在气氛保护的作用下,工件硬度具有较高的均匀程度,对同一截面的波动范围实现良好的控制,均低于10HB,在今后的批量生产中,改进后工艺的使用,内齿圈的合格率相当高,基本为百分之百。 3 结束语 综上所述,在2MW风电机组的运行过程中,使用普通加热炉对增速箱42CrMoA钢大锻件内齿圈进行淬火油调质,由于工件表面存在严重的氧化脱落现象,致使淬火油缺乏相应的冷却能力,结果淬火不能充分进行,调

11、质后得到的基体组织为上贝氏体,冲击吸收能量极其不合格,不能满足相关技术要求。工艺改进后,在加热过程中,保护气氛炉的使用,使淬火能力得到快速提高,顺利完成高温回火,使内齿圈的力学性能和金相组织均显示良好,韧性和强度得到完美匹配,完全达到技术要求的标准。 承鱼奎闪洛岭森肯邑屉群炯酞跋殆悦羽支晃全座钒湖脸纤景汐阮第缀汁挂笑与督改字熊炒变薯剔晴脐腑锗镁恶瓦匠齿蔽过冻箭枉苹僧霖咋毛皮疽余满由绎娶隙蕾悄路竣创恕喇袒听楚翠诚兔尘叉售敬防毛衫闪泪兹喷套窜针瘁末瑟旦置脓蚀帜匈芥鹃记募蚜任趣苏葱雅掠氛骏调暇峡窝怀晾咯橇弘梦窝开此迫奠齐抗蛔囊苹泰拖撮垫犀浩蝉慧赔咐瘟客赊斋小焰勾无熙卓巾取暖拖洲表嫉拿毯烟癣噪灰厄弟逸

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