劉賀，趙艷敏

我公司是國內(nèi)汽輪發(fā)電機護環(huán)制造的專業(yè)廠家，品種有50Mn18Cr5、50Mn18Cr4WN和1Mn18Cr18N等，對于常規(guī)護環(huán)具有成熟的制造技術(shù)，可以說在國內(nèi)處于技術(shù)的領(lǐng)先地位，制造技術(shù)原理都是通過冷變形強化，達到提高金屬強度的目的。

制造方法有機械楔塊脹形法和液壓脹形法，而我公司的外補液液壓脹形法，在國內(nèi)屬于首創(chuàng)技術(shù)，在國際上也處于先進水平。但在生產(chǎn)中出現(xiàn)以下幾個現(xiàn)象：①大壁厚、小高度的特殊護環(huán)制造技術(shù)經(jīng)驗不足。②多年來在生產(chǎn)常規(guī)護環(huán)的過程中產(chǎn)生廢料積壓。

1. 特殊護環(huán)與常規(guī)護環(huán)的區(qū)別及工藝策劃

我們要進行產(chǎn)品開發(fā)的是圖1所示特殊護環(huán)，原常規(guī)護環(huán)如圖2所示。

50Mn18Cr5是我國最常見的無磁專用護環(huán)鋼，該材料用于小規(guī)格電動機護環(huán)的強度指標要求高，屈服性能指標要求σs≥640MPa，而普通熱鍛的屈服性能指標只能達到σs＜400MPa，無法滿足要求，且用戶需求數(shù)量較大。

該類護環(huán)尺寸規(guī)格特點屬于大壁厚、小高度的圈類鍛件，不能通過常規(guī)汽輪發(fā)電機護環(huán)的冷變形強化工藝來制造，高于再結(jié)晶溫度熱鍛不能滿足其較高強度要求，低于再結(jié)晶溫度的溫鍛技術(shù)，我公司歷史上沒有開發(fā)過。

為適應(yīng)市場需求，我公司針對此課題決定開發(fā)溫鍛技術(shù)（也稱半熱鍛技術(shù)），確定合適的變形率及鍛造技術(shù)參數(shù)，來滿足用戶要求較高的力學(xué)性能指標，以材料硬化曲線為依據(jù)，通過在確定合理的變形率、始鍛溫度、控制鍛造技術(shù)、固溶處理工藝等基礎(chǔ)上進行研究和創(chuàng)新，在水壓機上進行半熱鍛馬杠擴孔來達到提高護環(huán)強度的目的。為將來我廠批量生產(chǎn)特殊尺寸規(guī)格電機護環(huán)品種打下技術(shù)基礎(chǔ)。

2. 工藝實施流程

確定變形率→確定始鍛溫度→編制變形前毛坯尺寸工藝→編制坯料熱鍛工藝（采用真空精煉鋼錠）→熱鍛→固溶（水韌）處理→按變形前尺寸粗加工→溫鍛→消除應(yīng)力→切取試樣測力學(xué)性能→精加工→無損檢測→成品發(fā)貨。

圖1 特殊護環(huán)

圖2 常規(guī)護環(huán)

3. 工藝實施主要做法與要點

（1）確定變形率 根據(jù)圖樣力學(xué)性能指標要求，確定變形率。圖樣對應(yīng)指標J B/T7 029—2004Ⅰ級性能指標，我們提高一個級別，按J B/T7029—2004 Ⅱ級制造。由于隨著溫鍛過程，溫度的逐漸降低，護環(huán)冷變形強化與常規(guī)不同，常規(guī)護環(huán)硬化曲線只與變形率有關(guān)系，而溫鍛強化又多個溫度變化參數(shù)，在此過程中，護環(huán)材料內(nèi)部出現(xiàn)相變復(fù)雜因素。因此，確定不同溫度下的不同變形率對力學(xué)性能與金相組織的影響程度是最大難點，也是創(chuàng)新點。

（2）確定始鍛溫度 通過試驗確定始鍛溫度。如果溫度偏高，導(dǎo)致塑性變形的護環(huán)發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶，導(dǎo)致護環(huán)強度下降，強度不合格護環(huán)報廢；如果溫度偏低，造成護環(huán)終鍛溫度過低，變形抗力迅速增大，造成水壓機能力相對不足，工具損壞無法繼續(xù)成形，重新加熱后，由于終鍛溫度過高，降低強度，導(dǎo)致護環(huán)力學(xué)性能仍然不合格。對于半熱鍛護環(huán)始鍛溫度確定，根據(jù)我們掌握的溫鍛技術(shù)資料，國內(nèi)其他廠家普遍采用550～600℃，為此我們進行材料試驗，將經(jīng)過固溶處理的試料進行試驗室模擬，根據(jù)可能的半熱鍛時間水壓機臺時，我們加長一倍處理時間，經(jīng)材料金相檢驗，護環(huán)的奧氏體有輕微碳化物析出，與我們正常材料組織對比，仍在可控范圍內(nèi)，因此我們確定始鍛溫度上限600℃，最大可能保證護環(huán)一火鍛出。

（3）確定部件尺寸 根據(jù)變形率，計算半熱鍛變形前毛坯尺寸（鍛件1 交貨尺寸：φ 1106mm×φ 800mm× 163mm；鍛件2 交貨尺寸：φ 1450mm×φ 1290mm× 156mm）。

（4）編制坯料熱鍛工藝 根據(jù)半熱鍛變形前毛坯尺寸，編制坯料熱鍛工藝。鍛件1熱鍛工藝操作方法：

采用3t鋼錠壓鉗口，下料：1170kg（φ 460mm×900mm）2 塊；鐓粗高300mm，沖孔φ 300mm，擴孔平整至尺寸φ 950mm×φ 447mm×235mm入爐加熱30mi n（必須嚴格保證尺寸要求）水冷至300℃。

溫鍛：入爐加熱至600℃，保溫3h，小角度均勻擴孔，平整至工藝尺寸。

鍛件2熱鍛工藝操作方法：用庫里余料，下料：1070kg（φ 480mm×760mm）1塊；鐓粗高300mm，沖孔φ300mm，平整至高240mm；擴孔平整至尺寸φ1220mm×φ930mm×240mm入爐加熱30mi n（必須嚴格保證尺寸要求）水冷至300℃。

溫鍛：入待料爐加熱至600℃，保溫2h，小角度均勻擴孔，平整至工藝尺寸。

鍛件1、鍛件2具體尺寸如圖3、圖4所示。

（5）護環(huán)毛坯熱鍛成形 護環(huán)制坯采用控制鍛造技術(shù)，確定好每一火次的鍛造比、溫度、變形參數(shù)，提高鍛后護環(huán)的晶粒度級別，提高材料初始強度，保證超聲波檢測效果。

（6）熱鍛毛坯后的固溶處理 熱鍛毛坯，鍛后高溫返爐短時加熱至1100℃以上，然后使出爐后坯料表面達到固溶處理溫度進行快速水冷，進行固溶處理，處理后經(jīng)試驗室金相組織檢驗，與常規(guī)護環(huán)內(nèi)部金相組織基本相同，達到了固溶處理目的。

（7）按變形前尺寸粗加工 提高變形均勻性，降低殘余應(yīng)力，留量可以縮小，允許局部漏黑皮，從而減輕坯料重量，降低制造成本。

圖3 鍛件1尺寸

圖4 鍛件2尺寸

性能檢測結(jié)果

（8）溫鍛護環(huán)時控制鍛造技術(shù) 即實施操作的核心?？刂茐合铝考安僮鳈C旋轉(zhuǎn)角度及旋轉(zhuǎn)方向，最大限度使護環(huán)變形均勻，對于任一位置總體溫度補償均勻，從而保證護環(huán)的性能均勻，最大程度降低殘余應(yīng)力。

（9）消除殘余應(yīng)力熱處理。

4. 試驗結(jié)果

（1）切取內(nèi)環(huán)試樣做常溫力學(xué)性能檢驗，鍛件1做四組，鍛件2做兩組，性能檢測結(jié)果完全符合用戶要求，如附表所示。

(2)精加工后進行超聲波檢測，內(nèi)部質(zhì)量完全符合標準要求。

5. 結(jié)語

此產(chǎn)品開發(fā)實現(xiàn)了大壁厚、小高度護環(huán)的成功制造，并獲得了大量的技術(shù)資料與生產(chǎn)經(jīng)驗，豐富了護環(huán)產(chǎn)品，增強了技術(shù)儲備。同時，使多年來在生產(chǎn)常規(guī)護環(huán)的過程中積壓的工藝余料得到了合理利用，進一步降低成本，符合國家節(jié)能減排的要求。