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摘 要： 摘要:某大型水輪機(jī)主軸上法蘭鍛件，力學(xué)性能要求高，鍛造難度大。在傳統(tǒng)的鍛造工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合芯棒拔長(zhǎng)+臺(tái)階精擴(kuò)的鍛造方法，成功鍛出了端部帶法蘭的大型高圈鍛件，有效地降低了零件的毛凈比。 關(guān)鍵詞:水輪機(jī);主軸上法蘭鍛件;制造工藝 大型水輪機(jī)主軸鍛件是
摘要:某大型水輪機(jī)主軸上法蘭鍛件，力學(xué)性能要求高，鍛造難度大。在傳統(tǒng)的鍛造工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合芯棒拔長(zhǎng)+臺(tái)階精擴(kuò)的鍛造方法，成功鍛出了端部帶法蘭的大型高圈鍛件，有效地降低了零件的毛凈比。
關(guān)鍵詞:水輪機(jī);主軸上法蘭鍛件;制造工藝
大型水輪機(jī)主軸鍛件是水利發(fā)電機(jī)組中重要零部件，其工作環(huán)境差，技術(shù)要求十分嚴(yán)格。公司簽訂了1套大型水輪機(jī)主軸上、下法蘭鍛件，其中上法蘭鍛件零件重量37.7t，零件尺寸如圖1所示。該鍛件法蘭直徑3210mm，總高2305mm，屬于帶法蘭薄壁高圈，單一地按照傳統(tǒng)高圈鍛造，鍛件毛凈比非常大。因此，針對(duì)此件上法蘭鍛件尺寸，結(jié)合現(xiàn)有的工裝輔具，采用芯棒拔長(zhǎng)+臺(tái)階精擴(kuò)的鍛造方法，成功鍛造出端部帶法蘭的高圈鍛件，零件的毛凈比低至1.48。
1技術(shù)要求
水輪機(jī)主軸用上法蘭鍛件，材質(zhì)為20Mn5，化學(xué)成分及取樣要求均按照EN10250-2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。因此，主軸上法蘭鍛件需兩端取樣，法蘭端在螺栓孔套取縱向試棒，另一端套取切向試樣，距端面90mm處取一拉三沖試樣。其具體技術(shù)要求如下:
(1)化學(xué)成分要求見表1，為保證鍛件力學(xué)性能，同時(shí)結(jié)合其取樣深度，在材料的合金成分及碳當(dāng)量上進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。
(2)鍛件的超聲檢測(cè)按EN10228-3:2016標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)驗(yàn)收，鍛件不允許有裂紋、夾層、白點(diǎn)、疏松等缺陷。
(3)力學(xué)性能要求需符合表2規(guī)定。
2主軸上法蘭鍛件鍛造工藝分析及優(yōu)化
2.1傳統(tǒng)鍛造工藝方案
從圖1分析，主軸上法蘭鍛件的法蘭直徑較大，總高度低于法蘭直徑，根據(jù)環(huán)圈類鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通常采用包絡(luò)法鍛造，主要工序流程是:
熱送鋼錠、氣割下料→鐓粗沖孔→芯棒拔長(zhǎng)、平整端面→預(yù)擴(kuò)內(nèi)孔→精擴(kuò)、出成品。
采用包絡(luò)法鍛造，外徑3210mm法蘭處將鍛造成直段，大大的增大了零件毛凈比，且后續(xù)機(jī)械加工余量非常大。
2.2優(yōu)化后鍛造工藝方案
為減輕主軸上法蘭鍛件的毛坯重量，公司對(duì)鍛造工藝進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整鍛造工序，提出利用芯棒拔長(zhǎng)+精擴(kuò)內(nèi)孔相結(jié)合的鍛造方法，將端部帶法蘭的高圈鍛件鍛造出來，鍛件尺寸如圖2所示，工藝步驟如下:
第Ⅰ火次，鋼錠熱送車間后，氣割下料。保溫后，坯料出爐鐓粗，沖孔800mm。這時(shí)鐓粗高度應(yīng)盡量低，沖孔直徑適當(dāng)減小，以增大下一火次的變形量。
第Ⅱ火次，保溫后，坯料預(yù)擴(kuò)內(nèi)孔，平整端面，注意法蘭端(Ⅱ部)的起角，避免局部缺肉，此火次的鍛比約為1.3。前2火次變形主要是使得鋼錠內(nèi)部柱狀晶等鑄態(tài)組織經(jīng)變形后破碎成細(xì)小晶粒，同時(shí)為后面成型變形做好尺寸的鋪墊。
第ⅢⅣ火次，在這一火次中，考慮到兩端均取樣做性能檢測(cè)，各部均要有一定量的變形量，保溫后，采用芯棒按圖3所示卡臺(tái)拔長(zhǎng)I部至工藝尺寸。拔長(zhǎng)后，坯料返爐保溫，更換馬架工裝，出爐擴(kuò)孔，此時(shí)Ⅰ、Ⅱ部的壁厚不同，采用馬杠分部精擴(kuò)，出成品。
相關(guān)期刊推薦：《大型鑄鍛件》(雙月刊)創(chuàng)刊于1979年，由中國(guó)重型機(jī)械大型鑄鍛件行業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司大型特鍛件研究所主辦。報(bào)道的專業(yè)范圍包括煉鋼、鍛壓、熱處理、金屬材料與熱處理、焊接、機(jī)加、測(cè)試技術(shù)、管理等，報(bào)道的重點(diǎn)是電站、冶金、礦山、石化、交通、航空航天等專業(yè)設(shè)備的鑄鍛件產(chǎn)品的研制。
鍛件出成品后，進(jìn)行鍛后熱處理，工藝如圖4所示。經(jīng)過正火+高溫回火的預(yù)備熱處理，鍛件內(nèi)部組織均勻性得到了明顯改善，為最終熱處理做準(zhǔn)備。鍛件出爐后尺寸檢查滿足工藝要求，毛凈比約1.48，對(duì)比同類型鍛件，毛凈比已降至最低，機(jī)械加工量明顯減少。但是，因臺(tái)階高圈鍛件擴(kuò)孔時(shí)，各部金屬流動(dòng)的不一致性，易形成端部喇叭口。所以，這種芯棒拔長(zhǎng)+精擴(kuò)出成品的鍛造方法，適用于后續(xù)精擴(kuò)量不大的臺(tái)階高圈鍛件。
3性能熱處理
根據(jù)EN10250-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料20Mn5的力學(xué)性能要求，對(duì)主軸上法蘭鍛件進(jìn)行了性能熱處理，工藝如圖5所示，并在工件兩端按要求取樣。在法蘭端螺栓孔套取縱向試棒，在另一端距端面90mm，距熱處理表面t4處取切向試樣。工件的兩端力學(xué)性能檢驗(yàn)全部滿足技術(shù)要求，見表3。
4結(jié)論
大型水輪機(jī)主軸上法蘭鍛件，屬于端部帶法蘭的高圈鍛件，公司采用芯棒拔長(zhǎng)+精擴(kuò)相結(jié)合的方法，成功地鍛造出水輪機(jī)主軸上法蘭鍛件。——論文作者：李雪1秦紅付1宋現(xiàn)洲2
