毛雪芹 馬曉兵 康 兵 索緒燈 李炎鍇

(武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司技術(shù)中心，湖北430084)

我公司開展對34CrNiMo6等材料風(fēng)電主軸的工藝研究。按常規(guī)工藝進(jìn)行熱處理后，部分產(chǎn)品的沖擊吸收能量不能滿足要求。后開發(fā)研制了新的熱處理工藝方案，即采用降溫淬火、水冷+空冷+水冷+油冷、適當(dāng)提高回火溫度的熱處理工藝方案，產(chǎn)品的力學(xué)性能完全滿足技術(shù)要求。目前，采用新的工藝方案進(jìn)行熱處理的34CrNiMo6風(fēng)電主軸，產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能得到較大改善，低溫沖擊吸收能量得到很大提高。

下面以34CrNiMo6風(fēng)電主軸為例，分析比較采用常規(guī)熱處理工藝和改進(jìn)后的熱處理工藝產(chǎn)品的力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)差異。

1 34CrNiMo6風(fēng)電主軸的化學(xué)成分和性能指標(biāo)

我公司所承制的某型風(fēng)電主軸，重量約為9283 kg，材質(zhì)為34CrNiMo6，其基本尺寸見圖1，化學(xué)成分要求見表1，產(chǎn)品力學(xué)性能要求見表2。

2 常規(guī)熱處理工藝方案

34CrNiMo6風(fēng)電主軸的常規(guī)熱處理工藝見圖2。

圖1 34CrNiMo6風(fēng)電主軸的基本尺寸Figure 1 The basic dimension of the 34CrNiMo6 wind power spindle

表1 34CrNiMo6風(fēng)電主軸內(nèi)控化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Internal control chemical compositionrequirements of 34CrNiMo6 wind power spindle(mass fraction,%)

表2 34CrNiMo6風(fēng)電主軸的力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirementsof 34CrNiMo6 wind power spindle

在同類產(chǎn)品中我們?nèi)t號為204-1905和204-1893(化學(xué)成分見表3)兩件風(fēng)電主軸按常規(guī)工藝(如圖2所示)進(jìn)行熱處理。試驗結(jié)果顯示低溫沖擊吸收能量不能滿足技術(shù)要求。我們又對該兩件產(chǎn)品采用同樣的熱處理方案進(jìn)行第二次熱處理后，效果仍舊不理想。表4是爐號為204-1905和204-1893風(fēng)電主軸采用前后兩次常規(guī)熱處理工藝后(分別簡記為“Ⅰ”和“Ⅱ”)的性能試驗結(jié)果。

圖2 34CrNiMo6風(fēng)電主軸的常規(guī)熱處理工藝Figure 2 The normal heat treatment process for 34CrNiMo6 wind power spindle

表3 部分34CrNiMo6風(fēng)電主軸化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 The chemical composition of partial34CrNiMo6 wind power spindles (mass fraction, %)

表4 采用常規(guī)熱處理工藝后204-1905和204-1893風(fēng)電主軸的性能試驗結(jié)果Table 4 The mechanical properties test resultsof 204-1905 and 204-1893 wind power spindlesafter normal heat treatment process

圖3 改進(jìn)后的熱處理工藝Figure 3 The improved heat treatment process

表5 部分34CrNiMo6風(fēng)電主軸采用改進(jìn)后熱處理工藝的力學(xué)性能試驗結(jié)果Table 5 The mechanical properties test resultsof partial 34CrNiMo6 wind power spindlesafter improved heat treatment process

由表4可見，采用兩次常規(guī)熱處理工藝后，這兩件風(fēng)電主軸均不能滿足技術(shù)要求，其低溫沖擊吸收能量達(dá)不到驗收標(biāo)準(zhǔn)。通過大量的工藝試驗研究，制定了新的熱處理工藝方案。

3 改進(jìn)后的熱處理工藝及力學(xué)性能試驗結(jié)果

改進(jìn)后的熱處理工藝見圖3。

表5是34CrNiMo6風(fēng)電主軸采用改進(jìn)熱處理工藝后的力學(xué)性能試驗結(jié)果。實踐證明，采用改進(jìn)的熱處理工藝后，我公司生產(chǎn)的34CrNiMo6風(fēng)電主軸綜合力學(xué)性能得到較大改善，低溫沖擊吸收能量完全滿足技術(shù)要求。

4 比較與分析

對比前后兩種熱處理工藝，主要是淬火溫度和淬火介質(zhì)，以及回火溫度的變化。

34CrNiMo6風(fēng)電主軸淬火加熱溫度是根據(jù)鋼的臨界點Ac3來確定的，根據(jù)臨界點的經(jīng)驗計算公式，可以計算出該類產(chǎn)品的臨界點Ac3約為770℃。根據(jù)大型鍛件加熱溫度的選擇原則，我們在常規(guī)熱處理工藝中選定淬火加熱溫度為860℃。此次工藝改進(jìn)主要是在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低了淬火加熱溫度(采用800℃)，以盡可能地避免奧氏體晶粒粗化和淬火后馬氏體組織粗大，防止鋼的脆化，以達(dá)到提高沖擊吸收能量的目的。

淬火后要得到馬氏體組織，淬火冷卻速度須大于臨界冷卻速度。但冷卻過快，工件的體積收縮和組織轉(zhuǎn)變都很劇烈，從而不可避免地引起很大的內(nèi)應(yīng)力，容易造成工件變形和開裂，因此淬火介質(zhì)的選擇是個極其重要的問題。

采用水作為淬火介質(zhì)可大大提高工件的冷卻速度，特別是心部的冷卻速度，使工件表面得到馬氏體和下貝氏體組織、心部得到下貝氏體組織或下貝氏體加少量的上貝氏體組織，以提高產(chǎn)品的低溫沖擊吸收能量和綜合力學(xué)性能。但由于水冷過程中馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷卻速度太大，工件的體積收縮和組織轉(zhuǎn)變都很劇烈，會引起很大的內(nèi)應(yīng)力，

易使工件產(chǎn)生變形和開裂；油的冷卻能力雖比水小，但比較穩(wěn)定，尤其是低溫區(qū)冷卻緩慢，可大大降低產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力，因此我們在改進(jìn)后的熱處理工藝中考慮采取水冷+油冷的冷卻方式。依據(jù)鋼的等溫轉(zhuǎn)變規(guī)律，為了抑制非馬氏體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生，在C曲線“鼻尖”附近(550℃左右)需要快冷，而在650℃以上或400℃以下溫度范圍，并不需要快冷，特別是在Ms線附近發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時，尤其不應(yīng)快冷，否則容易造成變形和開裂。由于水冷、油冷的冷卻能力都局限在一定的范圍之內(nèi)，在改進(jìn)后的工藝中優(yōu)化了冷卻方式，采用了水冷+空冷+水冷+油冷的間隙冷卻方式，以獲得接近于理想的淬火介質(zhì)，既可以在過冷奧氏體分解最快的溫度范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的冷卻能力，又可以在接近馬氏體點具有緩和的冷卻能力，這樣實現(xiàn)了既可以保持較高的淬火冷卻速度，又不會形成太大的淬火應(yīng)力，有利于綜合力學(xué)性能的改善和沖擊吸收能量的提高。

另外，考慮到回火溫度對產(chǎn)品力學(xué)性能的影響規(guī)律以及34CrNiMo6材質(zhì)中Cr、Ni、Mo等元素的含量，在改進(jìn)后的熱處理工藝中采用了比常規(guī)工藝稍高的回火溫度(620℃)，以進(jìn)一步提高這類產(chǎn)品的低溫沖擊吸收能量。

5 結(jié)論

綜上所述，改進(jìn)后的熱處理工藝改善了34CrNiMo6風(fēng)電主軸的綜合力學(xué)性能，提高了該類產(chǎn)品的低溫沖擊吸收能量，也為我公司生產(chǎn)其他材質(zhì)的風(fēng)電主軸起到了很好的借鑒作用。