風電產(chǎn)品熱處理工藝分析
2023-05-16近幾年,隨著我國風電行業(yè)的快速發(fā)展,風電技術(shù)的國產(chǎn)化成為我國發(fā)展風電領(lǐng)域的重要課題,而風電齒輪箱又是風電機組中的核心部件。風電齒輪箱的服役條件嚴酷,功率大,速差大,精度高,使用壽命要求長,可靠性要求高。為了實現(xiàn)復雜工作環(huán)境下傳動系統(tǒng)的長服役周期及高可靠性,對傳動系統(tǒng)特別是齒輪、主軸、軸承部品(如圖1)等關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設計、制造工藝(包括材料加工工藝及表面處理工藝等)都提出了嚴格要求。這類風電產(chǎn)品對其表面硬度、耐磨性等機械性能指標有較高的要求。在實際生產(chǎn)中,風電用齒輪、齒軸、軸承部品主要都采用滲碳淬火工藝。通過采用合理的熱處理工藝設計,使其Z終可以達到規(guī)定的技術(shù)要求。因此,熱處理給風電產(chǎn)品帶來了良好的機械性能提升。
一般工藝設計要求
材料的性能是產(chǎn)品承載能力的基礎,合理選擇材料和熱處理工藝可以提高風電產(chǎn)品的承載能力。目前18CrNiMo7-6 已成為風電產(chǎn)品的主流標準用鋼。其特點如下:高的心部抗拉強度及韌性;芯部及滲碳層均具有高的疲勞強度;高淬透性能;淬火后微畸變;良好的高溫使用性能。
產(chǎn)品技術(shù)指標如下:
1)有效硬化層深度為2.0-6.0mm(550HV),以深滲層居多;
2)淬火后表面硬度58-62HRC;芯部硬度30-47HRC;
3)內(nèi)氧化深度根據(jù)不同產(chǎn)品滲層要求而不同;
4)表面組織、芯部組織滿足相關(guān)標準規(guī)定。
目前通過采用滲碳后緩冷再加熱淬火工藝,熱處理后性能滿足ISO6336-5中MQ級材料要求,加工過程中要盡量減小熱處理變形,以保證各產(chǎn)品面機加工過程中磨削余量一致,使各產(chǎn)品面Z終獲得一致的含碳量、金相組織和硬度,從而得到均勻的工作性能。
工藝參數(shù)設計圖示
產(chǎn)品生產(chǎn)流程中的注意事項
熱處理流程:生產(chǎn)準備→裝料→前清洗→氣體滲碳緩冷+再次加熱淬火→回火→檢驗→包裝→出庫。
1、產(chǎn)品變形的控制:在熱處理設備的可靠性、穩(wěn)定性、精確性得到保障的前提下,滲碳淬火時的裝爐方式、滲碳溫度、淬火升溫速度、淬火溫度、淬火冷卻溫度、淬火介質(zhì)是滲碳淬火工藝中影響產(chǎn)品變形的關(guān)鍵因素。
加熱過程中采取預熱、階梯升溫的加熱方法,具體預熱溫度、保溫時間根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品裝爐情況而定;對于結(jié)構(gòu)形狀復雜的滲碳淬火產(chǎn)品采用補償墊塊、墊圈、芯軸,合適的工裝夾具、合理的裝夾擺放;淬火冷卻中采用熱油實施淬火等,這些措施可以使產(chǎn)品在加熱時的受熱及冷卻時的散熱比較均勻,讓產(chǎn)品芯表及各部位的溫度分布趨于平衡,目的在于減小產(chǎn)品在受熱和冷卻過程中的溫度分布差異,提高其均勻性,從而減小畸變。
2、加工過程中產(chǎn)品內(nèi)部組織的控制:合理選擇熱處理工藝溫度、保溫時間及碳勢,嚴格控制工件表面的碳濃度。從熱處理工藝角度分析,淬火前奧氏體晶粒大小與奧氏體化溫度及時間,表面碳濃度,淬火加熱前原始組織有關(guān),奧氏體化溫度越高時間越長,奧氏體晶粒越大;表面碳濃度增高到一定程度將導致過剩碳化物融入奧氏體中,進而促進奧氏體晶粒長大,使得淬火后馬氏體粗大,同時也會增加殘余奧氏體數(shù)量。而淬火溫度對產(chǎn)品變形的影響也很關(guān)鍵,因此,在保證淬火后組織合格的前提下,盡量選擇較低的淬火溫度。
Z終產(chǎn)品加工結(jié)果
利用該工藝對幾種不同風電產(chǎn)品進行加工,均達到產(chǎn)品技術(shù)要求,熱處理后性能滿足ISO6336-5中MQ級材料要求。熱處理后產(chǎn)品的金相組織如圖3所示。
(來源:豐東熱技術(shù))