1227汽輪機(jī)葉片選材及熱處理工藝要點(diǎn)

1、一、引言1二、設(shè)計(jì)任務(wù)1三、工況分析2四、失效分析及性能要求3（一）汽輪機(jī)葉片的失效分析 3（二）性能要求4五、選材及優(yōu)化4（一）鉻不銹鋼4（二）強(qiáng)化型鉻不銹鋼4（三）低合金珠光體耐熱鋼5（四）鋁合金和鈦合金6（五）優(yōu)化6六、確定尺寸和熱處理工藝 6（一）熱處理工藝 6（二）組織及熱處理工藝分析9七、工藝流程及工藝卡片 10八、成品檢驗(yàn)10（一）硬度檢驗(yàn)10（二）金相檢驗(yàn)11結(jié)論11參考文獻(xiàn)11、引言汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，又稱蒸汽透平。主 要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。還 可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱

2、需要。汽輪機(jī)主要應(yīng)用 于電力工業(yè)、船舶工業(yè)、水泥、化工、石油、冶金、重型機(jī)械等領(lǐng)域。汽輪機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式的流體動(dòng)力機(jī)械，它直接起著將蒸汽或燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)?機(jī)械能的作用。而葉片是汽輪機(jī)的“心臟”，是汽輪機(jī)中極為主要的零件。葉片一 般都處在高溫，高壓和腐蝕的介質(zhì)下工作。動(dòng)葉片還以很高的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。在大型汽 輪機(jī)中，葉片頂端的線速度已超過 600m/s因此葉片還要承受很大的離心應(yīng)力。葉 片不僅數(shù)量多，而且形狀復(fù)雜，加工要求嚴(yán)格。葉片的加工工作量很大，約占汽輪 機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)總加工量的四分之一到三分之一。葉片的加工質(zhì)量直接影響到機(jī)組的 運(yùn)行效率和可靠行，而葉片的質(zhì)量和壽命與葉片的加工方式有著密切的關(guān)系。所

3、以,葉片的加工方式對(duì)汽輪機(jī)的工作質(zhì)量及生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。這就是國(guó)內(nèi)外汽 輪機(jī)行業(yè)為什么重視研究葉片加工的原因。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，葉片的加工手段 也是日新月異，先進(jìn)的加工技術(shù)正在廣泛采用。要滿足不斷提高的使用性能需求僅 僅依靠新型葉片材料的應(yīng)用仍然很難滿足，必須將各種熱處理技術(shù)應(yīng)用到汽輪機(jī)葉 片的制造當(dāng)中才能達(dá)到對(duì)葉片具高效率、高精度和高壽命的要求。二、設(shè)計(jì)任務(wù)先通過對(duì)汽輪機(jī)的學(xué)習(xí)，了解其工作條件及內(nèi)外部構(gòu)造，繼而對(duì)汽輪機(jī)葉片所 處的周邊環(huán)境有所了解，從而知道其工作條件。再對(duì)汽輪機(jī)葉片的工作環(huán)境和工作 條件（包括蒸汽或燃?xì)馀c葉片的相互作用、工作溫度、旋轉(zhuǎn)速度、葉片受力情況等） 進(jìn)行分析，

4、通過分析和研究得出的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，以確定汽輪機(jī)葉片的主要失效形式， 并通過對(duì)數(shù)據(jù)和結(jié)果的分析得出汽輪機(jī)葉片的失效原因。再由失效形式和失效原因 確定出汽輪機(jī)葉片正常工作時(shí)應(yīng)滿足的性能要求。再根據(jù)汽輪機(jī)葉片材料的性能要 求，通過查閱資料和實(shí)驗(yàn)研究初步選定出三種以上符合要求的材料，再結(jié)合材料的 性能、工藝性和經(jīng)濟(jì)性及汽輪機(jī)葉片材料的性能要求對(duì)所選材料進(jìn)行綜合分析，最 終確定出最佳材料。確定出最佳材料后再根據(jù)最佳材料確定汽輪機(jī)葉片的尺寸和熱處理工藝，根據(jù)熱處理工藝及汽輪機(jī)葉片尺寸畫出工藝流程圖并制作出工藝卡片, 以及為了保證汽輪機(jī)葉片的質(zhì)量確定出組織檢驗(yàn)方法。三、工況分析首先葉片是汽輪機(jī)中將汽流的動(dòng)能轉(zhuǎn)

5、換為有用功的重要部件，其工作環(huán)境極其惡劣，且每一級(jí)葉片的工作條件均不相同。初始幾級(jí)動(dòng)葉片除在高溫過熱蒸汽中工作外 同時(shí)還承受著最大的靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力及交變應(yīng)力的作用，一般發(fā)生高溫氧化腐蝕、磨蝕和高溫蠕變破壞。隨著過熱蒸汽的膨脹作功，蒸汽溫度逐漸降低，最后幾級(jí)葉片雖然 工作溫度較低（60C 110C ），但葉片卻承受蒸汽中夾雜的水滴的沖刷,造成水沖蝕。另 外，運(yùn)行過程中沉積在葉片上可溶性鹽垢（如鈉鹽）吸收蒸汽由于溫度降低冷凝出來的 水份形成腐蝕性電解液覆在葉片表面，造成電化學(xué)腐蝕與此同時(shí)，由于末級(jí)葉片尺寸 較大，在高速旋轉(zhuǎn)中（約3000r/min）產(chǎn)生很大的離心力，另外葉片還受蒸汽不穩(wěn)定的周 期性

6、擾動(dòng)力作用產(chǎn)生振動(dòng)。末級(jí)葉片在離心力，葉片振動(dòng)以及水沖刷的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài) 下，加上工作于具有腐蝕性的環(huán)境下，往往產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，腐蝕疲勞，疲勞等破壞。實(shí)際 失效的葉片常常是上述多種破壞方式復(fù)合的結(jié)果。其次每一級(jí)葉片的工作溫度都不相同。并且工作在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速或濕蒸汽 區(qū)等惡劣環(huán)境中，經(jīng)受著離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動(dòng)以及濕蒸汽區(qū)高 速水滴沖蝕的共同作用。最后按照葉片的工作條件可分為動(dòng)葉和靜葉兩種。汽輪機(jī)葉片，特別是動(dòng)葉片所處的工作條件是極其惡劣的。主要表現(xiàn)在每一級(jí)葉片的工作溫度都不相同。第一級(jí)葉片所處的溫度最高，接近于進(jìn)口蒸汽溫度，隨后由于蒸汽逐級(jí)作功，溫度逐級(jí)降低，直 到末級(jí)葉片將

7、降到100C以下。另外葉片是在運(yùn)動(dòng)著的水蒸汽介質(zhì)中工作，其中多數(shù)是 在過熱蒸汽中工作而末級(jí)葉片是在潮濕蒸汽中工作 ，過熱蒸汽中含有氧會(huì)造成高溫氧 化腐蝕,使葉片的疲勞強(qiáng)度降低。在濕蒸汽區(qū)可溶性鹽垢吸收水珠成為電解液造成電 化學(xué)腐蝕，此外濕蒸汽區(qū)的游離水分子由于過冷凝結(jié)成水滴，沖擊動(dòng)葉進(jìn)汽側(cè)背弧面造成水沖蝕。汽輪機(jī)工作過程中，動(dòng)葉片還承受著最大的靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力及交變應(yīng)力。 主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)作用在葉片上的離心力所引起的拉應(yīng)力，汽流的作用產(chǎn)生彎曲 應(yīng)力和扭力以及葉片受激振力的作用產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的交變應(yīng)力，所有這些惡劣的工作環(huán)境,都將促使葉片失效斷裂，個(gè)別葉片斷裂后，其碎片可將相鄰或下一級(jí)的葉片打壞

8、 使轉(zhuǎn)子失去平衡而無(wú)法工作。為使汽輪機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行，在機(jī)組檢修時(shí)應(yīng)十分重視葉 片的質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)斷裂失效葉片應(yīng)分析斷裂原因，采取防患措施延長(zhǎng)葉片使用壽命。四、失效分析及性能要求（一）汽輪機(jī)葉片的失效分析汽輪機(jī)葉片工作環(huán)境惡劣，而不同的工作區(qū)葉片所處的工作環(huán)境不同，由此造成 不同的失效方式。工作于高溫高壓干燥過熱蒸汽中的高、中壓缸葉片，雖然失效形式多種多樣但究其本質(zhì)可大致歸結(jié)為兩類：腐蝕類和疲勞類。1. 腐蝕類研究表明，與腐蝕有關(guān)的失效（包括電化學(xué)腐蝕，應(yīng)力腐蝕，腐蝕疲勞）約占葉片失 效的3%,而由純疲勞引起的失效占12%,其它各種因素引起的失效占5%。而腐蝕類又 可大致細(xì)分為電化學(xué)腐蝕，應(yīng)力腐蝕

9、和腐蝕疲勞。為了防止汽輪機(jī)葉片的腐蝕，良好的水化學(xué)控制是被人公認(rèn)的。給水中雜質(zhì)的濃 度有嚴(yán)格的控制。但是,即使在停機(jī)和運(yùn)行期間進(jìn)入汽輪機(jī)的雜質(zhì)非常少，它也能在機(jī) 組運(yùn)行的時(shí)候被濃縮到有害水平。有害的沉積物從濕蒸汽中吸收水份將形成具有一定 濃度的腐蝕性電解液并覆于葉片鈍化膜的表面。當(dāng)鈍化膜由于某種原因發(fā)生破損或產(chǎn) 生缺陷,裸露于腐蝕液中的金屬微區(qū)將和整個(gè)葉片的鈍化膜保護(hù)區(qū)構(gòu)成一個(gè)小陽(yáng)極大 陰極的腐蝕電池，裸露的金屬微區(qū)如果其鈍化膜得不到迅速修復(fù)，將由于陽(yáng)極溶解被 不斷地腐蝕掉。此時(shí)整個(gè)葉片的腐蝕速率也許不會(huì)很大，但裸露金屬微區(qū)處將因?yàn)榇?的陽(yáng)極腐蝕電流而使其腐蝕速率被大大地加快。 末級(jí)葉片電化學(xué)

10、腐蝕最突出的表現(xiàn)是 點(diǎn)蝕，而整體腐蝕的情況極少見。末級(jí)葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，本身質(zhì)量引起大的離心力，葉片型線重心不在一條直線上 引起的彎曲應(yīng)力，振動(dòng)引起的動(dòng)應(yīng)力，蒸汽沖擊引起的彎曲應(yīng)力以及機(jī)械加工和熱處 理引起的殘余應(yīng)力，使葉片處于十分復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下。這些應(yīng)力的綜合作用，往往造 成較大的拉應(yīng)力，在富氯含氧的環(huán)境下葉片就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞。因而通過作用于 裂紋尖端高應(yīng)力區(qū)使裂紋擴(kuò)展速率增大而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破壞。腐蝕疲勞對(duì)高、中壓缸中各級(jí)葉片的影響不大 ，但對(duì)在低壓缸中開始形成冷凝處 的末級(jí)和次末級(jí)葉片的影響極大點(diǎn)蝕一再被認(rèn)為是最易造成腐蝕疲勞破壞的前兆，許多葉片失效分析也證明了這一點(diǎn)。點(diǎn)蝕坑不僅使葉片

11、的實(shí)際強(qiáng)度下降，而且還導(dǎo)致應(yīng)力集中，在低周應(yīng)力范圍內(nèi)能成為裂紋的核心。裂紋一般由坑底部萌生，呈多源狀。在腐蝕性環(huán)境中（比如含氯離子環(huán)境，濕蒸汽等環(huán)境下）,裂紋擴(kuò)展較其在空氣環(huán)境下 要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，故造成腐蝕疲勞。2. 疲勞類末級(jí)長(zhǎng)葉片的斷裂和損傷可能由許多與腐蝕無(wú)關(guān)的其它原因所引起。葉片調(diào)頻不準(zhǔn)和存在應(yīng)力集中是結(jié)構(gòu)上和工藝上常見的毛病。調(diào)頻不準(zhǔn)使葉片振動(dòng)嚴(yán)重，為葉片疲勞失效創(chuàng)造了條件，水沖蝕常便葉片有效強(qiáng)度下降且在水蝕坑處造成應(yīng)力集中，另外由于操作人員的錯(cuò)誤操作（碰撞、進(jìn)水）,加上結(jié)構(gòu)和制造上的缺陷往往容易造成末 級(jí)葉片的高周疲勞失效。葉片在汽輪機(jī)停過中，承受低頻高應(yīng)變疲勞即低周疲勞破壞。 關(guān)

12、干低周疲勞對(duì)葉片壽命損傷的研究目前報(bào)道的不多，但在起停頻繁的機(jī)組上這個(gè)問 題不容忽視。（二）性能要求根據(jù)對(duì)汽輪機(jī)葉片失效的分析，對(duì)汽輪機(jī)葉片用鋼的性能提出以下要求:（a）應(yīng)具有足夠的室溫和高溫機(jī)械性能；（b）良好的耐蝕性和抗沖蝕性；（c）良好的減振性；（d）高的斷裂韌性；（e）優(yōu)良的冷、熱加工工藝性能。五、選材及優(yōu)化（一）鉻不銹鋼牌號(hào)：1Cr13 和 2Cr13:熱處理工藝：在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。1Cr13: 10001050C油淬，700750C回火； 2Cr13: 9501000C油淬，640720C 回火。金相組織：1Cr13:回火索氏體+少量鐵素體；2Cr13:回火索氏體。優(yōu)點(diǎn)：在室溫和工

13、作溫度下具有足夠的強(qiáng)度，還具有很好的耐腐蝕性能和減振 性。缺點(diǎn)：當(dāng)溫度超過500E時(shí)，熱強(qiáng)性明顯下降，使用工作溫度在450500C以下。1Cr13鋼若鍛造或淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗大，有大量塊狀鐵素體生成， 振動(dòng)衰減率和沖擊韌性降低。鉻不銹鋼抗水沖蝕的能力較差。（二）強(qiáng)化型鉻不銹鋼牌號(hào)：2Cr12NiMo1W1V2Cr12NiMolWIV鋼作為GB873288汽輪機(jī)葉片用鋼標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)專用鋼種 和GB1221標(biāo)準(zhǔn)中的2Cr12NiMolWIV 鋼種相比，其 Cr、Mo、W、V和P、S的含量控制范圍要求更嚴(yán)格一些，從而中和力學(xué)性能也更好一些，兩種鋼的化學(xué)成分 熱處理規(guī)范及力學(xué)性能指標(biāo)的比較見表

14、1和表2。表 1 2Cr12NiMo1W1V 和 2Cr12NiMoWV 化學(xué)成分對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)號(hào)鋼號(hào)化學(xué)成分wt/ %CSiMnPSNiCrMoVM2Cr1211.000.900.200.90GB7321 88NiMo10.200.500.0300.50W1V0.512.501.250.301.25GB1221 922Cr120.2501.000.0301.0011.000.75 0.20 0.70 NiMo13.0GB1221 84WV0.03001.250.401.25表2 2Cr12NiMo1W1V鋼和2Cr12NiMoWV鋼處理規(guī)范和力學(xué)性能熱處理規(guī)范經(jīng)調(diào)質(zhì)的力學(xué)性能調(diào)質(zhì)勺.2a標(biāo)準(zhǔn)高溫鋼

15、號(hào)退退火后號(hào)回淬回試樣硬度MPaMPa%J火C硬度火C火C火CHB不少于HB2Cr1860750980650GB732NiM28/2773117609301232o1W930770104075081V緩冷快冷油空冷GB12102021 8307358852Cr16009210702NiM/以上 269 3411025GB12930油冷oWV空冷21 緩冷或空73588384冷（三）低合金珠光體耐熱鋼牌號(hào)：20CrMo、24CrMoV該類鋼特點(diǎn)是合金元素含量較低，比較經(jīng)濟(jì)，工藝性能良好，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后 強(qiáng)度、塑韌性都比較滿意，主要用于制造在 450C以下的中壓汽輪機(jī)的壓力級(jí)各級(jí) 動(dòng)葉片和隔板靜葉

16、片。（四）鋁合金和鈦合金這類合金的特點(diǎn)是鋁合金和鈦合金比重小，耐蝕性好，具有一定的強(qiáng)度，在國(guó) 外已成功用于制造大功率汽輪機(jī)的長(zhǎng)葉片。鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)，加入少量鋁、鋯、 錫、釩和鉬等，比重僅為4.5，比鋼輕45%左右。室溫機(jī)械性能很高，具有良好的 抗蝕性能。缺點(diǎn)：但是鈦合金工藝性能很差，對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，減振性比馬氏 體鋼低，成本比較高。（五）優(yōu)化汽輪機(jī)葉片用鋼應(yīng)選用具有良好的耐蝕性和抗沖蝕性以及良好的減振性高的 斷裂韌性和優(yōu)良的冷、熱加工工藝性能并且具有足夠的室溫和高溫機(jī)械性能。對(duì)一 般的鉻不銹鋼而言，雖然在室溫和工作溫度下具有足夠的強(qiáng)度，還具有很好的耐腐 蝕性能和減振性，但當(dāng)溫度超過50

17、0 r時(shí)，熱強(qiáng)性明顯下降，使用工作溫度在450500C以下。其中的1Cr13鋼若鍛造或淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗大，有大 量塊狀鐵素體生成，振動(dòng)衰減率和沖擊韌性降低。而且抗水沖蝕的能力較差。對(duì)強(qiáng) 化型鉻不銹鋼而言通過合金屬元素的加入，對(duì)其性能起到了決定作用，彌補(bǔ)了普通 鉻不銹鋼的一些不足，使其性能得到進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)低合金珠光體耐熱鋼而言，雖 然合金元素含量較低，比較經(jīng)濟(jì)，工藝性能良好，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后強(qiáng)度、塑韌性都 比較滿意，但只適合制造主要用于制造在 450C以下的中壓汽輪機(jī)的壓力級(jí)各級(jí)動(dòng) 葉片和隔板靜葉片。對(duì)溫度要求高的場(chǎng)合則不適用。對(duì)鋁合金和鈦合金而言，雖然 耐蝕性好，具有一定的強(qiáng)度，但鈦

18、合金工藝性能很差，對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，減振 性比馬氏體鋼低，成本比較高。綜合以上論述，2Cr12NiMolWIV鋼是最佳的選擇。六、確定尺寸和熱處理工藝（一）熱處理工藝2Cr12NiMoIWIV鋼是一種高溫馬氏體不銹鋼，作為葉片專用鋼，要獲得較滿意的 綜合力學(xué)性能，受到諸多因素制約。熱處理過程無(wú)疑是最關(guān)鍵的因素之一。 常規(guī)做法 是：葉片胚料鍛后先做等溫退火，然后調(diào)質(zhì)。2Cr12NiMolWIV鋼基本采用GB8732 88 標(biāo)準(zhǔn)推薦的熱處理規(guī)范，見表3。1. 等溫退火等溫退火與完全退火和不完全退火的區(qū)別在于，奧氏體化后不是隨爐冷卻而是冷至適當(dāng)溫度保溫，使奧氏體在這個(gè)溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，形成珠光體

19、。這些鋼采 用完全退火或不完全退火來獲得珠光體組織是十分困難的，因?yàn)閵W氏體化后必須非 常緩慢地冷卻才能在連續(xù)冷卻過程中完成珠光體轉(zhuǎn)變，否則便于工作會(huì)形成馬氏 體，使鋼變硬，無(wú)法進(jìn)行切削加工。所以在對(duì)熱處理中等溫退火和完全及不完全退 火的對(duì)比中選擇了等溫退火。表3 2Cr12NiMoIWIV鋼熱處理規(guī)范熱處理規(guī)范經(jīng)調(diào)質(zhì)的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)高溫回調(diào)質(zhì)勺.2a號(hào)鋼號(hào)退火C淬回退火后硬度HB試樣硬度MPaMPa%j火C火C火CHB不少于2Cr1860750980650GB732NiM28o1W9307701040750/277311760930123281V緩冷快冷油空冷而這樣低的冷卻速度在實(shí)際生產(chǎn)條件下卻

20、是很難實(shí)現(xiàn)的。而且即使能夠設(shè)法實(shí) 現(xiàn)，生產(chǎn)周期也顯得過長(zhǎng)，極不經(jīng)濟(jì)。采用等溫退火，使奧氏體在既能轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕炔?太高的珠光體，完成轉(zhuǎn)變所需時(shí)間又不太長(zhǎng)的溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，不但方便易行， 而且可以縮短生產(chǎn)周期。等溫退火還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是等濁轉(zhuǎn)變形成的組織比較均 勻，不象連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變那樣，在較高溫度下與低較溫度下形成不完全相同的組織。等溫退火的加熱規(guī)范和完全退火或不完全退火相同。使奧氏體發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變的溫度和保 溫時(shí)間應(yīng)根據(jù)鋼的TTT圖選定。選擇的原則是在保證鋼的硬度合乎要求的前提下，奧 氏體能在較短時(shí)間內(nèi)完成球光體轉(zhuǎn)變。由加熱溫度冷至等溫轉(zhuǎn)變溫度的冷卻速度無(wú)關(guān) 緊要。在不考慮內(nèi)應(yīng)力問題時(shí)，等溫轉(zhuǎn)

21、變結(jié)束后即可出空冷。其等溫退火工藝曲線圖1。2. 機(jī)械加工過程去應(yīng)力退火汽輪機(jī)葉片在機(jī)械加工過程中，由于刀具擠壓、切削熱等影響，使模具內(nèi)部組織 發(fā)生不均勻的體積變化，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的存在，使內(nèi)部組織處于一種極不穩(wěn)定 的狀態(tài)，有著強(qiáng)烈恢復(fù)到無(wú)應(yīng)力狀態(tài)的傾向。 在內(nèi)應(yīng)力不斷釋放的過程中，汽輪機(jī)葉片的形狀發(fā)生改變，原有的加工精度逐漸喪失，對(duì)機(jī)械加工后內(nèi)應(yīng)力沒有完全釋放的 汽輪機(jī)葉片在隨后的淬火處理時(shí)會(huì)發(fā)生更大的變形或淬火裂紋， 因此在機(jī)械加工過程 中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。2Cr12NiMolWIV汽輪機(jī)葉片用鋼的去應(yīng)力退火曲線如 圖2示。圖2 2Cr12NiMoIWIV鋼去應(yīng)力退火工藝曲線3

22、.調(diào)質(zhì)高溫回火后得到回火索氏體組織。工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為 調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后，汽輪機(jī)葉片具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。因汽輪機(jī)葉片承受著最大的 靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力和交變應(yīng)力，對(duì)其所要求的性能也就很高，大都在比較大的動(dòng)載荷 作用下工作，它們承受著拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)或剪切的作用，有的表面還具有 摩擦，要求有一定的耐磨性等等。因此汽輪機(jī)葉片應(yīng)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，即高強(qiáng)度和高韌性的適當(dāng)配合，以保證其長(zhǎng)期順利工作。其調(diào)質(zhì)工藝圖見圖3和圖4溫度匕圖4 2Crl2NiMolWV鋼淬火工藝曲線圖4.成型零件的表面強(qiáng)化由于葉片工作區(qū)為濕蒸汽區(qū)，且含有大量水滴，在很高的輪周速度及離心力下沖 蝕葉片，使葉

23、片頂部進(jìn)氣邊產(chǎn)生點(diǎn)蝕而失效，葉片抗水蝕能力的高低直接影響到汽輪 機(jī)的工作效率及安全運(yùn)行。為提高葉片的抗水蝕能力，目前主要有以下幾種工藝方法：(1) 火焰淬火強(qiáng)化：在葉片出汽邊火焰加熱淬火，該方法工藝較簡(jiǎn)單但溫度不易 控制,易產(chǎn)生變形、裂紋、硬度不均勻等問題；(2) 高頻感應(yīng)加熱淬火：該工藝采用感應(yīng)加熱后低溫回火,產(chǎn)生2 6 mm厚回火馬 氏體,可提高效率，但感應(yīng)加熱設(shè)備復(fù)雜，尤其使感應(yīng)圈設(shè)計(jì)和制作復(fù)雜，但也存在變 形等問題。(3) 局部加覆蓋層：在進(jìn)氣邊的局部位置覆蓋一層新合金，采用的工藝方法有: 釬焊司太立合金片、熱噴涂、堆焊、電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、涂料與涂裝等。該類方法存 在工藝復(fù)雜、殘余應(yīng)力

24、大、覆蓋層易脫落等問題。(二)組織及熱處理工藝分析2Cr12NiMoWV鋼1020 E的淬火組織為板條馬氏體和少量分布在原奧氏體晶界 上的未溶碳化物由于V具有良好的抗過熱敏感性，淬火硬度一般開始隨淬火溫度的升 高而提高，當(dāng)溫度升高到1070C左右達(dá)到最大值，再提高淬火溫度，硬度增加很少而 晶粒開始長(zhǎng)大。在淬火冷卻時(shí)，應(yīng)以較快的冷速冷卻，以防止共析碳化物的析出。為 得到較好的綜合性能和穩(wěn)定的組織2Cr12NiMolWIV鋼一般采用高溫回火，得到回火索 氏體。對(duì)2Cr12NiMolWIV如果降低Cr的含量提高V的含量，使鋼在回火時(shí)析出以 VC為 主的高度彌散的碳化物，降低高溫下不穩(wěn)定的Cr的含量，

25、可以提高其使用溫度及高溫 性能。七、工藝流程及工藝卡片工藝流程：鍛造一等溫退火一高溫回火一粗加工一去應(yīng)力退火一淬火一高溫回火 f精加工f檢驗(yàn)f表面強(qiáng)化熱處理f裝配。為保證2Cr12NiMolWIV鋼汽輪機(jī)葉片內(nèi)部組織致密，碳化物及流線分布合理，消 除材料物理性能方向性，汽輪機(jī)葉片都需采用鍛造方法準(zhǔn)備毛坯。但鍛造后內(nèi)部組織 變成不穩(wěn)定的結(jié)晶，硬度高、力學(xué)性能差，切削困難，內(nèi)應(yīng)力大，在加工過程中和隨 后的淬火處理時(shí)容易產(chǎn)生較大的變形和淬裂，因此應(yīng)及時(shí)進(jìn)行等溫退火處理。2Cr12NiMoIWIV鋼汽輪機(jī)葉片在機(jī)械加工過程中，由于刀具擠壓、切削熱等影響， 使模具內(nèi)部組織產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而使內(nèi)部組織處于一

26、種極不穩(wěn)定的狀態(tài)， 有著強(qiáng)烈恢 復(fù)到無(wú)應(yīng)力狀態(tài)的傾向。在內(nèi)應(yīng)力不斷釋放的過程中，汽輪機(jī)葉片的形狀發(fā)生改變， 原有的加工精度逐漸喪失；對(duì)機(jī)加后內(nèi)應(yīng)力沒有完全釋放的葉片，在隨后的淬火處理 時(shí)會(huì)發(fā)生更大的變形或淬火裂紋，因此在機(jī)械加工過程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火處 理。由于汽輪機(jī)葉片形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高，因此精加工通常放在淬火、回火 后進(jìn)行。工藝卡片見附圖。八、成品檢驗(yàn)（一）硬度檢驗(yàn)使用洛氏硬度計(jì)對(duì)汽輪機(jī)葉片表面進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)其硬度是否合格，要求硬度277311HB。若硬度過高，貝U進(jìn)行高溫回火，降低其硬度。硬度過低，貝M氐溫回 火，使其硬度提高。（二）金相檢驗(yàn)使用金相顯微鏡對(duì)汽輪機(jī)葉片表面

27、進(jìn)行金相檢驗(yàn)，主要檢查材料晶界上碳化物的 偏析、分布狀態(tài)、晶料度以及晶粒間夾雜等。組織缺陷及解決辦法：1. 帶狀偏析由于碳及合金元素的嚴(yán)重偏析，特別是鉻元素的作用。2Cr12NiMolWIV有時(shí)會(huì)出 現(xiàn)共晶碳化物，可通過高溫長(zhǎng)期擴(kuò)散退火消除。2Cr12NiMoIWIV中普遍存在碳化物帶 狀偏析，通過高溫?cái)U(kuò)散退火能減少成分偏析， 提高化學(xué)成分和組織的均勻性。利用電 渣重熔和真空白耗熔煉壓鑄模具鋼，以及利用稀土變質(zhì)模具鋼，使2Cr12NiMoIWIV鋼的合金元素偏析現(xiàn)象明顯減弱，可大幅度提高模具鋼的沖擊韌度。2. 雜質(zhì)富集帶一般失效的2Cr12NiMoIWIV中可看到雜質(zhì)富集帶，它集中在碳化物偏析

28、帶內(nèi)，常 與共晶碳化物伴生。提高2Cr12NiMolWIV鋼的清潔度，采用電渣重熔或爐外精煉工藝， 可降低有害雜質(zhì)含量，特別是 S、P的含量，是改善2Cr12NiMolWIV鋼抗熱裂和早期 脆性開裂及2Cr12NiMolWIV鋼汽輪機(jī)葉片壽命的重要途徑。結(jié)論1. 通過對(duì)汽輪機(jī)葉片的工況的分析知道了汽輪機(jī)的每一級(jí)葉片的工作溫度都不相同并且工作在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速或濕蒸汽區(qū)等惡劣環(huán)境中，經(jīng)受著離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動(dòng)以及濕蒸汽區(qū)高速水滴沖蝕的共同作用。從而得到了汽輪機(jī)葉片的的兩種失效形式即腐蝕類和疲勞類。2. 在對(duì)工況和失效形式的分析后我們對(duì)汽輪機(jī)葉片用鋼的性能提出了要求，汽輪機(jī)葉片應(yīng)具有足夠的室溫和高溫機(jī)械性能和良好的耐蝕性以及良好的抗沖蝕性、高的斷裂韌性和減振性以及優(yōu)良的冷、熱加工工藝性能。進(jìn)而初步確定了汽輪機(jī)葉片用鋼的 四種材料，在對(duì)四種材料的優(yōu)缺點(diǎn)分析后我們選擇了 2Cr12NiMolWIV鋼。3. 在對(duì)汽輪機(jī)葉片失效形式、要求性能、以及汽輪機(jī)葉片的尺寸和形狀分析后，我們制定出了以下熱處理工藝：鋼坯鍛造后的等溫退火、高溫回火、機(jī)械加工過程的去 應(yīng)力退火、淬火