張旭東　謝　斌　鄒　穎　張福生　曲　聰　魏慶亮

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

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電動(dòng)機(jī)護(hù)環(huán)鍛件的制造工藝

張旭東謝斌鄒穎張福生曲聰魏慶亮

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

研究了1Mn18Cr18N電動(dòng)機(jī)護(hù)環(huán)的熱鍛工藝、固溶處理工藝、冷變形液壓脹形強(qiáng)化工藝等，確定了工藝技術(shù)參數(shù)，最終生產(chǎn)出符合要求的護(hù)環(huán)鍛件。

1Mn18Cr18N；護(hù)環(huán)鍛件；固溶處理

超高轉(zhuǎn)數(shù)的20MW高強(qiáng)度電動(dòng)機(jī)護(hù)環(huán)是國(guó)家重點(diǎn)成套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目——西氣東輸工程加壓泵上帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵構(gòu)件，國(guó)內(nèi)能否批量制造生產(chǎn)，是解決該電動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的關(guān)鍵。由于該規(guī)格護(hù)環(huán)技術(shù)指標(biāo)要求高，制造難度大，裝機(jī)使用的都是進(jìn)口鍛件，價(jià)格高，整機(jī)成本負(fù)擔(dān)重，制約了該規(guī)格電動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。為替代進(jìn)口，消除技術(shù)壁壘，我公司對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行研制，并取得了成功，形成批量制造能力。

隨著轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)(5 200r/min)的護(hù)環(huán)，需要承受轉(zhuǎn)子端部較大的離心力，并且要防止其對(duì)轉(zhuǎn)子線圈端部的破壞，要求護(hù)環(huán)具有良好的力學(xué)性能(Rp0.2>1 070MPa)。用1Mn18Cr18N這種材料來(lái)生產(chǎn)護(hù)環(huán)，既可以避免因電磁感應(yīng)使電機(jī)護(hù)環(huán)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱，又可以有效的提高電動(dòng)機(jī)工作效率和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的安全性。普通的熱處理方法無(wú)法提高這種在常溫下是無(wú)相變的奧氏體材料的力學(xué)性能，只能用液壓冷變形強(qiáng)化的方法提升這種材料的力學(xué)性能[1-5]。

1　20 MW 1Mn18Cr18N電動(dòng)機(jī)護(hù)環(huán)的技術(shù)指標(biāo)

護(hù)環(huán)成品交貨時(shí)需要滿足客戶對(duì)其性能指標(biāo)及內(nèi)部質(zhì)量的要求。客戶要求護(hù)環(huán)鍛件的成品化學(xué)成分滿足表1，力學(xué)性能滿足表2，并且要求在磁場(chǎng)強(qiáng)度為8 000A/m時(shí)，其磁導(dǎo)率應(yīng)不大于13.2×10-7H/m，殘余應(yīng)力要小于屈服強(qiáng)度的10%。護(hù)環(huán)成品按照?800mm×?670mm×585mm尺寸交貨，并且按JB/T7030—2002中無(wú)損檢測(cè)要求檢測(cè)其內(nèi)部，保證無(wú)超標(biāo)缺陷存在。

表1　1Mn18Cr18N化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　The requirements of chemical compositionfor 1Mn18Cr18N retaining ring (mass fraction, %)

表2　力學(xué)性能要求Table 2　The requirements of mechanical property

2　護(hù)環(huán)熱鍛工藝的研制

根據(jù)客戶對(duì)護(hù)環(huán)工件試驗(yàn)環(huán)的力學(xué)性能要求，并且結(jié)合多年的生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)和材料自身的性能特性，得出相關(guān)數(shù)據(jù)，給出護(hù)環(huán)鍛件的粗車尺寸和鍛造工藝尺寸。這是與常規(guī)鍛件工藝設(shè)置的最大區(qū)別。

護(hù)環(huán)的生產(chǎn)工藝流程為：冶煉→鑄錠→加熱→鍛造→粗車→固溶處理→強(qiáng)化前精加工→冷變形液壓脹形強(qiáng)化→消除殘余應(yīng)力熱處理→理化檢測(cè)→精加工后無(wú)損檢測(cè)→包裝交貨。護(hù)環(huán)的毛坯鍛件尺寸見(jiàn)圖1，熱鍛工藝步驟見(jiàn)表3，采用電渣重熔鋼錠鍛造。

圖1　護(hù)環(huán)毛坯鍛件尺寸Figure 1　The dimension sketch ofretaining ring forging blank表3　熱鍛工藝方案Table 3　The hot forging process program

火次溫度/℃變形過(guò)程說(shuō)明第1火第2火第3火第4火第5火1000～12001000～12001000～12001000～1200950～1200鐓粗至高400mm沖孔直徑為?300mm擴(kuò)孔直徑為?470mm把芯棒拔長(zhǎng)至600mm拔長(zhǎng)、平整端面滿足工藝要求后水冷

圖2　固溶處理工藝曲線Figure 2　The curve of solution treatment

在熱鍛護(hù)環(huán)鍛件的過(guò)程中，由于1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)鋼屬于無(wú)磁高錳奧氏體不銹鋼，其中的錳、鉻含量達(dá)18%，氮含量高達(dá)0.5%以上，在鍛造過(guò)程中極易產(chǎn)生表面裂紋。為防止表面裂紋的產(chǎn)生，鍛造時(shí)要輕打，合理采用小壓下量，控制送進(jìn)量。

3　固溶處理

固溶處理是指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使碳化物充分溶解到奧氏體基體中后快速冷卻，以得到均勻、穩(wěn)定的奧氏體組織，并提高韌性及抗蝕性能，提高材料冷變形強(qiáng)化的性能。1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)粗加工后坯料固溶處理曲線如圖2所示。

4　冷變形強(qiáng)化

(1)為了達(dá)到客戶對(duì)護(hù)環(huán)鍛件的力學(xué)性能及零件的尺寸要求，需要通過(guò)液壓脹形冷變形的方法進(jìn)行強(qiáng)化。

(2)在護(hù)環(huán)與模具形成的封閉空間內(nèi)用高壓泵把水打入，使粗車后的護(hù)環(huán)發(fā)生塑性變形，這樣可以方便控制護(hù)環(huán)的外形尺寸及變形速度。

(3)與常規(guī)護(hù)環(huán)相比，此護(hù)環(huán)脹形前細(xì)長(zhǎng)，高徑比大，在液壓脹形過(guò)程中，非常容易造成母線凹形(俗稱喇叭口)。我們制造了護(hù)環(huán)脹形前的定位裝置及限位裝置，確定了能夠保證護(hù)環(huán)液壓脹形過(guò)程中與脹形所需要的液體超高壓相匹配的瞬時(shí)低壓參數(shù)值。經(jīng)過(guò)精心控制，不斷完善控制參數(shù)，護(hù)環(huán)從脹形前尺寸?660mm變形至?810mm，其公差控制在±2mm。

5　消除應(yīng)力熱處理

護(hù)環(huán)鍛件在強(qiáng)化后為了穩(wěn)定組織，減少殘余應(yīng)力，需要進(jìn)行熱處理。護(hù)環(huán)消除應(yīng)力曲線圖如圖3所示。

6　檢測(cè)結(jié)果

制造廠家分別在護(hù)環(huán)兩端取中環(huán)，切取試環(huán)做力學(xué)性能試驗(yàn)，每個(gè)試環(huán)的拉伸和沖擊試樣數(shù)量及位置如圖4所示。以爐次T1205271為例，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，超聲檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。金相組織檢測(cè)結(jié)果為晶粒度徑向4級(jí)，縱向4級(jí)，金相組織為奧氏體+微量點(diǎn)狀碳化物。磁導(dǎo)率檢測(cè)按照《西氣東輸電機(jī)護(hù)環(huán)鍛造制造技術(shù)協(xié)議》規(guī)定進(jìn)行，檢測(cè)結(jié)果低于用戶要求一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖3　消除應(yīng)力曲線圖Figure 3　The curve of stress relief heat treatment

圖4　取樣位置和取樣數(shù)量Figure 4　The sampling position and sampling quantity表4　力學(xué)性能實(shí)際檢測(cè)結(jié)果Table 4　The actual tested resultsof mechanical property

Rp0.2/MPaRm/MPaA(%)Z(%)KV2/J112010831103108511301130110311361124109911171098114311451113114723.524.524.524.022.523.022.524.06062646262636662115.0129.0133.0130.5144.0137.5145.0156.0

表5　超聲檢測(cè)結(jié)果Table 5　The results of ultrasonic testing

7　結(jié)論

電機(jī)護(hù)環(huán)的制造工藝包括熱鍛工藝、固溶處理工藝、冷變形液壓脹形強(qiáng)化工藝等，確定的工藝技術(shù)參數(shù)保證了對(duì)實(shí)際制造過(guò)程的質(zhì)量控制，滿足用戶對(duì)該規(guī)格護(hù)環(huán)鍛件各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)超高轉(zhuǎn)數(shù)1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)制造的空白。

[1]張旭東，王樹(shù)立，魏慶亮，等.電動(dòng)機(jī)護(hù)環(huán)溫鍛強(qiáng)化工藝研究[J]. 大型鑄鍛件，2014(6):48-49.

[2]康大韜，葉國(guó)斌.大型鍛件材料及熱處理.北京：龍門書(shū)局.

[3]張志文. 鍛造工藝學(xué). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]趙俊民. 1Mn18Cr18N鋼無(wú)磁性護(hù)環(huán)鍛件的試制[J].大型鑄鍛件，2010(1):27-29.

[5]禹興勝，田繼紅，何文武，等.護(hù)環(huán)熱成形短流程工藝的研究[J].大型鑄鍛件，2012(4):7-9.

編輯杜青泉

ManufacturingProcessofRetainingRingForgingforElectricMotor

ZhangXudong,XieBin,ZhouYing,ZhangFusheng,QuCong,WeiQingliang

Thehotforgingprocess,thesolutionheattreatmentprocess,andthestrengtheningprocessesofcolddeformationandhydro-formingfor1Mn18Cr18Nretainingringofelectricmotorhavebeenstudied.Meanwhile,theparametersofprocesstechnologyhavebeendetermined.Eventually,thequalifiedretainingforgingshavebeenmanufactured.

1Mn18Cr18N;retainingringforging;solutionheattreatment

2016—01—13

張旭東(1982—)，本科，工程師，從事大型鍛件自由鍛工藝、護(hù)環(huán)冷變形液壓脹形強(qiáng)化工藝研究。電話：15840170597，E-mail：15840170597@139.com

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