秦 斌　李雅范　曲兆國（哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江　哈爾濱　150066）

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熱等靜壓技術(shù)制造的核主泵屏蔽電機(jī)推力盤的性能分析

秦 斌李雅范曲兆國
（哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150066）

摘要：采用熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤，其表面層硬度值高于50HRC且分布均勻，表面質(zhì)量良好，表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，結(jié)合界面實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。

關(guān)鍵詞：熱等靜壓技術(shù)；核主泵；屏蔽電機(jī)；推力盤

1 引言

推力盤是核主泵屏蔽電機(jī)中的重要部件，其與石墨瓦塊組成軸承的摩擦配對(duì)副，從設(shè)計(jì)角度來考慮，要求推力盤的工作面必須具備耐磨的特點(diǎn)。單一材料的性能難以滿足推力盤工作面耐磨的要求，通常采用在鍛件上堆敷一層硬質(zhì)合金粉末來實(shí)現(xiàn)耐磨的技術(shù)要求。常規(guī)屏蔽電機(jī)的推力盤是采用堆焊法來制造的，但堆焊法存在熱影響區(qū)大、堆焊層硬度不均勻且易開裂的缺點(diǎn)，不適合用于制造對(duì)于大尺寸的推力盤。對(duì)于三代核主泵屏蔽電機(jī)用大尺寸推力盤，通過技術(shù)引進(jìn)擬采用熱等靜壓新技術(shù)來制造。但在技術(shù)引進(jìn)中，缺少熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的性能分析數(shù)據(jù)，不利于核主泵屏蔽電機(jī)的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)和制造。本文完成了熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的性能分析，對(duì)核主泵屏蔽電機(jī)的國產(chǎn)化可起到促進(jìn)作用。

2 試驗(yàn)過程及討論

采用N06600鎳基合金鍛件和Stellite12鈷基粉末為原料，在100MPa、1130℃的熱等靜壓工藝參數(shù)下，試制核主泵推力盤不同尺寸的模擬件，并對(duì)模擬件進(jìn)行檢測，獲得了表面硬度、表面質(zhì)量、殘余應(yīng)力、界面力學(xué)性能和和界面冶金性能的數(shù)據(jù)。

2.1 表面硬度。表面硬度是推力盤的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)制造的φ600、φ960、φ1080不同直徑的推力盤模擬件進(jìn)行了洛氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)按照ASTM A370進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果顯示，表面硬度值高于50HRC，且硬度值分布均勻。

2.2 表面質(zhì)量。采用目視和表面液體滲透探傷的方法對(duì)上述所有推力盤模擬件的表面質(zhì)量進(jìn)行檢測，沒有發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，表面質(zhì)量優(yōu)于堆焊制造的小尺寸推力盤。

2.3 殘余應(yīng)力。在熱等靜壓過程中，推力盤的粉末和鍛件的熱膨脹系數(shù)不同，且在高壓的環(huán)境下成型，因此熱等靜壓后推力盤的表面會(huì)有殘余應(yīng)力存在。壓應(yīng)力會(huì)提高耐磨性能，拉應(yīng)力會(huì)降低耐磨性能，所以有必要對(duì)推力盤表面的殘余應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。殘余應(yīng)力的測試通過解剖φ600模擬件進(jìn)行，測試采用盲孔法。測試采用的主要參數(shù)有：A系數(shù)0.07255； B系數(shù)0.1512；彈性模量207GPa；附加應(yīng)變-39με。圖1為測試分布示意圖。左側(cè)圖中的1～5#平臺(tái)為Stellite 鈷基合金，6#平臺(tái)為鎳基合金，且5#平臺(tái)鈷基層厚度約1.2mm，測試的殘余應(yīng)力同時(shí)包含鈷基合金、鎳基合金及其界面。右側(cè)圖中的3-1、5-1、5-2、6-1、6-2為熱處理前測量的5個(gè)點(diǎn)，3-1*、5-1*、5-2*、6-1*、6-2*為熱處理后相似位置的5個(gè)點(diǎn)，其中3-1和3-1*的對(duì)比可以看出熱處理對(duì)鈷基合金的影響，5-1、5-2和5-1*、5-2*的對(duì)比反應(yīng)了熱處理對(duì)界面殘余應(yīng)力的影響，6-1、6-2和6-1*、6-2*的對(duì)比可以看出熱處理對(duì)鎳基合金的影響。測試結(jié)果顯示，熱等靜壓后的推力盤在表面至接近界面深度處，表現(xiàn)為壓應(yīng)力；在經(jīng)過熱處理后，在其表面至接近界面深度處仍為壓應(yīng)力。

2.4 硬質(zhì)合金粉末層力學(xué)性能。解剖φ600模擬件后取樣進(jìn)行硬質(zhì)合金粉末層力學(xué)性能的測試，測試顯示抗拉強(qiáng)度為1407MPa，屈服強(qiáng)度為1105MPa，抗彎強(qiáng)度為1735MPa，斷裂韌性為23 MPa·m1/2。測試結(jié)果顯示硬質(zhì)合金層能承受很大的拉力，粉末顆粒與粉末顆粒之間實(shí)現(xiàn)了良好的結(jié)合。

2.5 接頭拉伸試驗(yàn)。接頭拉伸性能是熱等靜壓擴(kuò)散連接的一個(gè)重要參數(shù)。從φ600模擬件上切取4個(gè)小拉伸試樣，按GB/T228進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測試的抗拉強(qiáng)度平均值為434MPa。測試結(jié)果顯示經(jīng)過熱等靜壓處理后，鍛件與粉末的結(jié)合層能承受較大的拉力，結(jié)合效果很好。

2.6 界面微觀檢測。對(duì)界面處及其附近進(jìn)行掃描電鏡及能譜微觀檢測，分析元素?cái)U(kuò)散情況，如圖2所示，擴(kuò)散區(qū)寬度為60μm左右，鈷基層與鎳基合金界面過渡層中發(fā)生了合金元素的擴(kuò)散遷移，界面實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。

結(jié)語

（1）熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的表面硬度在50HRC以上，且硬度值分布均勻；（2）熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的表面質(zhì)量良好；（3）熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，有利于推力盤耐磨的設(shè)計(jì)要求；（4）熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的粉末與粉末之間、粉末層與鍛件結(jié)合層都實(shí)現(xiàn)了良好的結(jié)合；（5）熱等靜壓技術(shù)制造的推力盤的界面結(jié)合層實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1]孟繁東.核主泵屏蔽電機(jī)溫度場分析與研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2013.

中圖分類號(hào)：TF124

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A