張其國　劉明松　謝　彬(東方汽輪機(jī)有限公司制造技術(shù)處，四川618000)

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汽輪機(jī)主油泵34CrAlNi7-10材料鍛造性能研究

張其國劉明松謝彬
(東方汽輪機(jī)有限公司制造技術(shù)處，四川618000)

摘要:對某核電主油泵齒輪用34CrAlNi7-10材料進(jìn)行了分析。通過對比試驗(yàn)確定該材料的加熱溫度曲線、鍛造溫度區(qū)間，并對試樣鍛后性能進(jìn)行分析研究，形成最終的鍛造工藝規(guī)范，生產(chǎn)出合格的主油泵齒輪鍛件毛坯。

關(guān)鍵詞:34CrAlNi7-10;齒輪;鍛造工藝

根據(jù)汽輪機(jī)主油泵國產(chǎn)化研制工作需要，需加速汽輪機(jī)機(jī)組主油泵關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化進(jìn)程。主油泵中關(guān)鍵部件之一的齒輪材料采用全新牌號——34CrAlNi7-10。該材料在我公司還未生產(chǎn)過，為確定該材料加熱溫度及鍛造工藝參數(shù)，同時(shí)掌握主油泵中齒輪毛坯的鍛造工藝，我們對該材料的核電主油泵齒輪鍛件毛坯的制造進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1　研究目的

確定34CrAlNi7-10材料的加熱溫度曲線及鍛造工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)核電主油泵齒輪毛坯制造國產(chǎn)化，并指導(dǎo)今后同類材料的鍛造生產(chǎn)。

2　研究方案及參數(shù)制定

2．1材料規(guī)范要求

某核電主油泵齒輪要求按歐標(biāo)驗(yàn)收，對材料化學(xué)成分、力學(xué)性能及合金組織等控制都要求嚴(yán)格，其中鍛件晶粒度要求5級或更細(xì)。34CrAlNi7-10材料化學(xué)成分見表1。34CrAlNi7-10材料熱處理后力學(xué)性能見表2。

2．2試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程及步驟如圖1所示。

2．3試驗(yàn)方案

為盡可能貼近生產(chǎn)實(shí)際，驗(yàn)證鍛造工藝參數(shù)，保證最終能鍛造出合格的齒輪毛坯，本試驗(yàn)中采用最大齒輪軸做試樣。試樣尺寸見圖2?？梢钥闯?，齒輪軸中間輪盤大，兩端軸直徑小，臺(tái)階落差大。如何從鍛造工藝上保證鍛件鍛造比，從而保證齒輪毛坯(特別是輪盤)的力學(xué)性能并滿足規(guī)范要求成為此次研究的難點(diǎn)與目標(biāo)。因此，試驗(yàn)

表1　34CrAlNi7-10材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　Chemical composition of 34CrAlNi7-10 materials

表2　34CrAlNi7-10材料熱處理后力學(xué)性能Table 2　Mechanical properties of 34CrAlNi7-10 materials after heat treatment

圖1　試驗(yàn)流程圖Figure 1　 Flow chart of test

圖2　鍛造試樣尺寸圖Figure 2　Dimensional drawing of sample forging

圖3　加熱曲線Figure 3　 Heating curve

思路是在不同鍛造參數(shù)下鍛造同一試樣，然后取樣檢測兩軸端及中間輪盤處晶粒度。對比鍛造前后鍛件內(nèi)部組織情況，最后進(jìn)行鍛件調(diào)質(zhì)處理并檢驗(yàn)試樣力學(xué)性能。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取相應(yīng)鍛造工藝參數(shù)。

2．4鍛前加熱溫度

根據(jù)34CrAlNi7-10材料化學(xué)成分，該材料屬于中碳合金鋼。參照相近牌號中碳合金鋼38CrMoAlA加熱規(guī)范，初步確定?350 mm圓鋼的鍛前加熱曲線。加熱曲線如圖3所示。

2．5鍛造工藝參數(shù)

合金鋼始鍛溫度通常隨含碳量的增加而降低。在含碳量≤1．5 %的范圍內(nèi)，可近似歸納為以下線性表達(dá)式［1］:

T始= 1 250－1．33A式中，A為碳鋼含碳量的萬分?jǐn)?shù)。

34CrAlNi7-10材料的含碳量為0．37%以下，由上式初步計(jì)算得出T始=1 200℃?？紤]合金元素對始鍛溫度降低的影響，并參考相近牌號合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造工藝參數(shù)，初步確定該材料的始鍛溫度區(qū)間為1 100～1 180℃，試驗(yàn)中選用1 100℃、1 150℃、1 180℃三個(gè)溫度段作為試驗(yàn)始鍛溫度，鍛件終鍛溫度參照相近牌號合金結(jié)構(gòu)鋼，選850℃。

2．6試鍛工藝編制

根據(jù)齒輪軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鍛造工藝重點(diǎn)考慮合理利用廠內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備及原材料，保證齒輪兩端臺(tái)階軸的拔出，并保證中間齒輪盤的鍛造比，從而保證中間輪盤的力學(xué)性能滿足要求。所以在每個(gè)始鍛溫度下，分別鍛造兩組試樣。一個(gè)試樣采用直接拔長成型的方式鍛造，另一個(gè)試樣采用先拔長到小直徑后鐓粗然后再拔長的方式鍛造，以增加鍛造比來細(xì)化組織。

3　試驗(yàn)過程與結(jié)果分析

3．1試驗(yàn)過程

3．1．1原材料復(fù)驗(yàn)

原材料化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)結(jié)果見表3。金相組織和晶粒度見表4。原材料滿足規(guī)范及試驗(yàn)要求。

3．1．2鍛造試驗(yàn)過程

根據(jù)上述確定的試驗(yàn)方案，為了確定材料始鍛溫度，分別在1 100℃、1 150℃、1 180℃三個(gè)溫度下保溫進(jìn)行鍛造。每個(gè)始鍛溫度下鍛造2件試樣，試驗(yàn)過程記錄見表5。

3．2試驗(yàn)結(jié)果分析

3．2．1鍛后試樣晶粒度及組織檢測

通過鍛后解剖取樣進(jìn)行試樣內(nèi)部金相組織和晶粒度等級檢測與分析，檢測結(jié)果見表6和表7。從表中可以看出，隨著棒料加熱溫度增加，

表3　原材料化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3　Retest results of chemical composition of raw materials ( mass fraction，%)

表4　原材料金相組織和晶粒度Table 4　Microstructure and grain size of raw material

表5　試驗(yàn)過程記錄Table 5　Records during test

表6　鍛后端頭部位取樣金相組織和晶粒度檢測結(jié)果Table 6　Test results of microstructure and grain size at the end position after forging

表7　鍛后輪盤部位取樣金相組織和晶粒度檢測結(jié)果Table 7　Test results of microstructure and grain size at the disc position after forging

表8　試樣熱處理后金相組織和晶粒度檢測結(jié)果Table 8　Test results of microstructure and grain size of specimens after heat treatment

表9　試樣熱處理后力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 9　Test results of mechanical properties of specimens after heat treatment

34CrAlNi7-10圓鋼晶粒粗化不明顯，但加熱溫度超過1 200℃后，晶粒度粗化明顯，如試樣6。此外，對比同一試樣端頭與輪盤的晶粒度，鍛造比對鍛件晶粒度影響較小。為獲得高鍛比鍛造時(shí)需增加火次，棒料經(jīng)長時(shí)間高溫，晶粒更易粗化，如試樣1、3，而且增加鍛造火次嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。綜合表5～7，兼顧工藝要求與生產(chǎn)效率，初步確定34CrAlNi7-10齒輪相應(yīng)鍛造工藝參數(shù):始鍛溫度1 180℃(嚴(yán)格控制棒料加熱溫度不超過1 200℃)，終鍛溫度:≥850℃，直接拔長成型，鍛后灰冷。

3．2．2試樣熱處理后晶粒度及力學(xué)性能檢測

試樣經(jīng)870～890℃淬火+ 610～630℃回火處理后，試樣晶粒度及力學(xué)性能檢測見表8、表9。試樣晶粒度及力學(xué)性能皆滿足規(guī)范要求。

3．3正式生產(chǎn)

經(jīng)過以上分析驗(yàn)證，相應(yīng)的鍛造工藝參數(shù)可以用于實(shí)際生產(chǎn)。根據(jù)以上參數(shù)，成功鍛造出合格的主油泵齒輪毛坯。

4　結(jié)論

( 1)通過鍛造對比試驗(yàn)，分析了34CrAlNi7-10合金鋼鍛件鍛造成型過程中的主要影響因素，確定了該材料始鍛溫度1 180℃、終鍛溫度≥850℃、鍛后灰冷的鍛造工藝參數(shù)。另外，在鍛造過程中需嚴(yán)格控制坯料加熱溫度。

( 2)經(jīng)過試驗(yàn)、分析、檢驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)證明，所確定的工藝參數(shù)合理，鍛造的主油泵齒輪毛坯符合技術(shù)要求。對實(shí)現(xiàn)核電主油泵齒輪毛坯制造國產(chǎn)化具有重要指導(dǎo)意義，并為今后同類材料的鍛造生產(chǎn)提供了技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

［1］中國機(jī)械工程協(xié)會(huì)塑性工程學(xué)會(huì)編．鍛壓手冊(第一卷)．機(jī)械工出版社，2008．

［2］呂炎．鍛造工藝學(xué)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995．

編輯杜青泉

Research on Forging Properties of 34CrAlNi7-10 Material for Main Oil Pump of Steam Turbine

Zhang Qiguo，Liu Mingsong，Xie Bin

Abstract:34CrAlNi7-10 material used for nuclear power main oil pump gear is analyzed．Heating temperature curve and forging temperature interval of the material is confirmed by comparison tests，and the properties of specimens after forging is analyzed and researched so that the final forging process specification is prepared and the qualified forging blank of main oil pump gear is produced．

Key words:34CrAlNi7-10; gear; forging process

收稿日期:2014—11—25

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

中圖分類號:TG316