汽輪機轉(zhuǎn)子的熱處理工藝設(shè)計

汽輪機轉(zhuǎn)子的熱處理工藝設(shè)計緒論熱處理工藝方法，是指根據(jù)工作要求在處理產(chǎn)物時必須完成的加熱、保溫、淬火等步驟的一系列過程相互連貫，不能中斷的工序方法，主要涉及熱處理規(guī)范的制訂、工藝流程控制系統(tǒng)的設(shè)計和產(chǎn)品質(zhì)量保障、工序方法、生產(chǎn)過程、工序方法、公眾設(shè)備和工序測試等。是現(xiàn)代機械設(shè)備制造業(yè)的一個關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，因為一般像軸承、軸連、轉(zhuǎn)子、桿等重要的機械零件，以及工模都要必須進行熱處理后方能夠。建立至今，中國的金屬熱處理工藝得到了很大的蓬勃發(fā)展，目前已有金屬熱處理制造廠點15000多個，其中全民所有制企業(yè)大約占百分之八十，大約12000多家，個體民營和股份制公司約百分之二十，大約三千多家。國內(nèi)不少省份正實施國有中小企業(yè)轉(zhuǎn)制，華東、華南沿海地區(qū)的民企也將涌現(xiàn)。汽輪機轉(zhuǎn)子概述發(fā)電辦法有許多，如火力發(fā)電，水力發(fā)電，大風(fēng)發(fā)電及核動力發(fā)帶等，但目前仍以火勢發(fā)電為居多，而且，就風(fēng)力發(fā)電設(shè)施類型而言，又以火勢發(fā)電較為典型，所以，根據(jù)火勢發(fā)電設(shè)施的熱處理過程，將火勢風(fēng)力發(fā)電設(shè)施分為鍋爐，汽輪機以及發(fā)電廠三個部分由高壓鍋爐形成的高壓投資過熱蒸氣，是汽輪機開始運轉(zhuǎn)，進而驅(qū)使汽輪機發(fā)電。汽輪機轉(zhuǎn)子熱處理工藝的國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀國外情況近年來，COST項目經(jīng)過對在六百二十℃/630℃下采用的定子材料試驗條件進行深入研究，制定了一套成分為9Cr-1，5Mo-1，Co-0，010B的轉(zhuǎn)子鋼料標(biāo)準，并定名為FB2，能夠達到六百二十℃級別汽輪機組的設(shè)計選材條件。達到的主要技術(shù)指標(biāo)包括：在①六百二十℃下進行一百零五h時效處理后，蠕變模型的斷裂強度達到了一百MPa以下，且相應(yīng)蠕變模型裂紋伸長率超過百分之十；②淬透深度至少達到φ；③在室溫條件屈服強度超過了七百MP。④其他特性百分之一～12%Cr高CrM濃度的鐵素體耐熱鋼，在六百五十℃長時間下服役會出現(xiàn)過早失效現(xiàn)象，而長時間蠕變模型強度也會小于由短期蠕變模型試驗結(jié)果外推得出的預(yù)測值。我國專家學(xué)者系統(tǒng)地深入研究了Cr濃度對百分之八～12%Cr耐熱鋼長時間高熱硬度的負面影響，結(jié)果表明合理降低Cr濃度有助于改變長期高熱Cr轉(zhuǎn)子鋼的長時間（超過104h）高熱破壞硬度，而其中含有85%Cr的鋼種，即使在六百五十℃以上也不會出現(xiàn)。超高Cr含量的鐵素體耐熱鋼，在650℃長時間下使用將會出現(xiàn)過早失效問題，而長時間蠕變的強度也將小于由短時間蠕變模型試驗結(jié)果外推得出的預(yù)測值。其M23C六相生長速度與t三分之一成正比，說明了其主要生長機理是在體內(nèi)擴散。而此前的發(fā)言則指出，高Cr鐵素體耐熱鋼的早期失效是因為在高熱蠕變流程中，細小的碳氮化物MX較為粗大的Z所代替，而Z相的形成由于Cr濃度的提高也就越來越易于實現(xiàn)。上述的研究結(jié)果，很好地證明和解析了高Cr鐵素體耐熱鋼在長時間高溫服役時會出現(xiàn)早期故障的部分因素日本國制鋼廠（JSW）等單位，根據(jù)在六百五十℃的工作情況下Cr含量變化對高Cr耐熱鋼的負面影響，深入研究了大量碳氮化物等較細小的自然分解產(chǎn)物。采用熱透射電鏡分析和蠕變試驗等方式，對經(jīng)過六百五十℃等溫失效后的高Cr鋼轉(zhuǎn)子材料展開深入研究表明，在時間六千七百h后，百分之十點五高Cr鋼中細小的nbX和M二X逐漸消失了，而在時間一千h后，9%Cr鋼在時間前的過渡蠕變速度并無明顯改變。結(jié)果表明，高Cr耐熱鋼在長期失效后穩(wěn)定性蠕變強度降低的重要因素是變軟而不是蠕變性脆化，顯微組織的恢復(fù)則主要是受分離相的穩(wěn)定性因素而不是位錯密度，如NbX和M二X等碳化物的消失也只是材料穩(wěn)定性蠕變強度下降的一個因素。日本國鑄鍛鋼企業(yè)（JCFC）曾經(jīng)順利制造過很多根供600℃工作情況下使用的高、中壓轉(zhuǎn)子。近期又在實驗室研發(fā)的基本上，采用ESHT工藝技術(shù)（ESH工藝技術(shù)中，鋼錠為了可耗用陰極來工作，最后消溶于精煉渣中。ESHT工藝技術(shù)成為ESR工藝技術(shù)的改進，不同點在于將熔渣加入到鋼錠陰極融化的表層上，成為一種理想的保溫帽）重新澆鑄了鋼錠，并采用優(yōu)化的熱處理技術(shù)工序，從而提高了超聲波傳感器探傷檢測能力，并順利地制造出了一根全規(guī)格的FB二鋼轉(zhuǎn)子。相對于一般不含B及加入了50×10-6B的高Cr鋼來說，含100×10-6B的高FB二鋼的在奧氏體化流程中晶粒更容易產(chǎn)生粗大現(xiàn)象，從而直接影響后期的超聲波探傷檢測。為改變這個狀況，JCFC在預(yù)備熱處理流程中添加了一個珠光體轉(zhuǎn)移處理的工藝，以便于獲得在高性能熱加工時精細、均勻分布奧氏體顆粒的結(jié)果。測試結(jié)果顯示，某部分產(chǎn)品在超聲波探傷時可檢測的最小缺口寬度（MDDS）遠低于在歐盟發(fā)現(xiàn)的相同規(guī)格的FB二鋼轉(zhuǎn)子。國內(nèi)情況相對于發(fā)達國家水電站領(lǐng)域中先進材料的研究進展情況，中國目前在國內(nèi)有關(guān)領(lǐng)域的研究工作卻顯得相當(dāng)單薄，不管理論的深度與創(chuàng)新性，還是對高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)制造能力均有著較大差異。大型電站設(shè)備材料的開發(fā)，存在著投入大、費時久、見效慢的特點，而在經(jīng)過工業(yè)技術(shù)升級后則能產(chǎn)生更重大的效益和服務(wù)社會意義。不管是從海外領(lǐng)先國家的寶貴經(jīng)驗或是該領(lǐng)域本身的優(yōu)勢出發(fā)，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的開發(fā)單純依賴公司本身的投入以及非開放性的研發(fā)很難達到更高成長，嚴重妨礙并影響國內(nèi)其他領(lǐng)域的開發(fā)。期待我國政府能夠加強統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，注重創(chuàng)新，提出前瞻性的研究計劃，協(xié)調(diào)有關(guān)部門的技術(shù)人員和物質(zhì)條件開展共同研究，并給予國家足夠的經(jīng)費保障，以促進新電站設(shè)備的研制開發(fā)，在全面吸取國內(nèi)現(xiàn)有的先進研究成果的基礎(chǔ)上，早日完成國內(nèi)生產(chǎn)能力的提高，縮短與國外領(lǐng)先技術(shù)水平之間的距離，使作為國民經(jīng)濟重要基礎(chǔ)的電力領(lǐng)域得以繼續(xù)強勁的發(fā)展增長。對汽輪機轉(zhuǎn)子熱處理技術(shù)研究的重要意義能源產(chǎn)業(yè)是社會主義國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)，而成為主要工業(yè)生產(chǎn)發(fā)電裝置主機之中的汽輪機工業(yè)的水平是我國綜合能力的主要表現(xiàn)所在，同時也是中國科學(xué)技術(shù)的主要衡量標(biāo)準所在。身為工業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵裝置，汽輪機常在作業(yè)出現(xiàn)各類故障，給各行各業(yè)造成了許多影響與不便，故通過深入研究當(dāng)前車輪機科學(xué)技術(shù)的進展?fàn)顩r，主動地改善當(dāng)前的汽輪機發(fā)展科技，開拓創(chuàng)新改革[13]。蒸汽船發(fā)電機組作為國家設(shè)備工業(yè)的主要裝備，在電力行業(yè)起到了至關(guān)重要的角色，其是否順利工作，將影響著我國的經(jīng)濟效益和社會發(fā)展效果，而汽輪機是整個發(fā)電機組的主要驅(qū)動源頭，其安全，穩(wěn)定性直接關(guān)系著整個蒸汽船發(fā)電機組的壽命，降低了蒸汽船發(fā)電機組的事故，增強其穩(wěn)定性就是保障整個發(fā)電系統(tǒng)安全正常運行工作的重要基礎(chǔ)，而汽輪機轉(zhuǎn)子則是整個系統(tǒng)正常運行的重要關(guān)鍵，部分振動時在發(fā)生故障時，普遍的現(xiàn)象，因此，研究汽輪機保證安全可靠運行具有重要意義。此次，我將繼續(xù)在我輩研究的基礎(chǔ)上，通過對汽輪機轉(zhuǎn)子熱處理工藝的研究，提高汽輪機服役條件性能，延長零件使用壽命。因為在近現(xiàn)代工業(yè)中，輕工、航空航天、軍工、石油、化工等方面對無磁鋼和無磁材料越來越高的要求，需要研究出高性能卻研發(fā)成本低廉的無磁鋼以應(yīng)對逐漸發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)。但因為中國在上世紀六十年代時的經(jīng)濟實力和制造業(yè)基礎(chǔ)都比較弱，同時受到了當(dāng)時西歐發(fā)達國家的技術(shù)限制，在將Ni、Mo、Cr等資源逐步消耗至很少的狀況下，張彥生、師昌緒等人明確提出了優(yōu)先發(fā)展奧氏體無磁鋼，但由于當(dāng)時中國經(jīng)濟迅速發(fā)展，對無磁鋼技術(shù)的要求也日益增多，而高錳奧氏體鋼材則由于擁有了更好的熱力學(xué)性能和無磁能，并且有更加低廉的成本，所以被廣泛應(yīng)用于民生和軍事中。近年來Fe-Mn-C和Fe-Mn-Al-C高錳奧氏體鋼以其擁有密度低、強度高、塑性高等綜合優(yōu)點成為新一代的用鋼的發(fā)展方向。當(dāng)前關(guān)于高錳奧氏體鋼的研究主要是由于起步晚，技術(shù)起步差，而且對鋼的研究與發(fā)展及應(yīng)用還不夠，需要加強研究。在中國現(xiàn)代轉(zhuǎn)子工業(yè)發(fā)展快速的歷史背景下，雖然人們普遍尊稱中國模具為工業(yè)之母，也體現(xiàn)了其在世界工業(yè)中的重要作用，可是實際上在中國轉(zhuǎn)子工業(yè)的發(fā)展卻并沒有十分超前，甚至還一度落后于其他發(fā)達國家很多，由于起步晚，投入的研究力度小，我國目前在一些轉(zhuǎn)子用鋼的使用上還依賴進口其他國家的模具鋼。在我國轉(zhuǎn)子用鋼的制造上，最大的問題還是轉(zhuǎn)子用鋼的質(zhì)量精度不足，科研技術(shù)研究得不夠深入，導(dǎo)致生產(chǎn)的規(guī)模遠遠不及國外，在生產(chǎn)過程中的工藝不成熟也導(dǎo)致了國產(chǎn)的轉(zhuǎn)子用鋼競爭力大大下降，影響了轉(zhuǎn)子用鋼在國內(nèi)的發(fā)展前景。汽輪機轉(zhuǎn)子零件的分析零件的工藝分析汽輪機轉(zhuǎn)子機體也是一種非常關(guān)鍵的機械零部件，由于其零部件長度相對小，因此構(gòu)造形式也較復(fù)雜，但其對加工孔和底板的精度要求也較高，另外還有汽輪機的轉(zhuǎn)子機體較小端面端需要機械加工，對精確度的需求也很高。零件的底面、中央孔φ250孔粗糙度需要都是，所以都需要精機械加工。而中央孔φ250孔的細同軸度公差需要是因為其規(guī)格精確度、幾何造型精確度和相互位移精確度，而且其表面的表面質(zhì)量均影響機器以及工件的安裝質(zhì)量，從而影響其基本機械性能和工作壽命，所以對它的機械加工是十分重要和重要的。零件的工藝要求一種好的機械結(jié)構(gòu)不僅要能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計條件，而且還要具有良好的機械加工工藝性，也即既要具有機器制造的可能性，要易于機器制造，并可以提高機器制造產(chǎn)品質(zhì)量，而且又要機器制造的勞動量較小。而產(chǎn)品設(shè)計與工藝是密不可分的，而且也是相互促進的。設(shè)計師要思考生產(chǎn)工藝問題。工藝師要思考怎樣在工藝技術(shù)上提高產(chǎn)品設(shè)計的要求。圖2-1零件零件圖該加工有七個加工表面：平面加工包括零件底面、底部平面；孔系加工包括大、小頭孔、小孔。（1）以平面為主有：=1\*GB3①零件底面的粗、精細加工，其粗糙度要求是；=2\*GB3②汽輪機轉(zhuǎn)子機體小端面的粗、精細加工，其粗糙度要求是。（2）孔系加工有：=1\*GB3①Φ125粗、精鏜加工，其表面粗糙度為；=2\*GB3②Φ47的小孔鉆鉸加工，零件毛坯的選擇鑄造，單邊余量一般在，因其年產(chǎn)量是中批量生產(chǎn)。上面重點是對零件的基本構(gòu)造、工藝精度以及主要工藝表面進行了剖析，并確定了其加工毛坯的方式主要為鑄造和中批的大批量生產(chǎn)方式，進而為工藝規(guī)程設(shè)計工作進行了必要的準備。最終確定選用的轉(zhuǎn)子材料為34CrMo1A。熱處理工藝設(shè)計零件的結(jié)構(gòu)與工作條件圖3-1汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖該轉(zhuǎn)子零件的模數(shù)m=4毫米，要求小批量生產(chǎn)。1、服役條件轉(zhuǎn)子是機械設(shè)備制造業(yè)中使用最普遍的主要零部件之一。其主要功能為傳送動能，變化運動速率和方位。是主要零部件。其服役要求包括：（1）在定子運行中，借助小齒面的交流來傳輸動能。兩個定子在相對運動過程中，有滑動，也有摩擦。同時，在轉(zhuǎn)子表層承擔(dān)著較大的接觸疲勞應(yīng)力和摩擦力的影響。在齒根區(qū)域引起了較大的彎曲應(yīng)力影響；（2）因高速轉(zhuǎn)子在工作過程中的過載產(chǎn)生振動，而受到了相應(yīng)的沖擊力或過載；（3）在某些特定環(huán)境下，受周圍介質(zhì)環(huán)境的影響或受到其他特定的外力的影響。2、失效形式按照其服役要求，最常見的失效形式為如下四點：（1）疲勞斷裂轉(zhuǎn)子面在交變應(yīng)力和摩擦力的長期影響下，引起了轉(zhuǎn)子點面接疲勞破壞。其產(chǎn)生原因是當(dāng)轉(zhuǎn)子所承受的彎曲應(yīng)力達到了其持久限度，就產(chǎn)生疲勞破壞而達到材料的抗彎強度時，將產(chǎn)生斷裂而失效。（2）表面損傷a孔蝕是閉式轉(zhuǎn)子傳動中最普遍的機械損傷形式，由點蝕逐步發(fā)展，突出表現(xiàn)為蝕槽或裂紋。b硬化層剝離主要是因為在硬化層下的過渡區(qū)金屬材料，在高溫接觸應(yīng)力影響下形成了塑性變化，使表面上壓應(yīng)力減小，從而形成裂紋導(dǎo)致的碳化層剝離。零件材料的選擇轉(zhuǎn)子材質(zhì)的選擇主要是通過轉(zhuǎn)子工作時負荷的多少，速度的多少和轉(zhuǎn)子的精度等級來判斷的。負荷多少一般是指轉(zhuǎn)子輸送力矩的多少，一般以牙面單位壓應(yīng)力為判斷標(biāo)準。通常包括：低負荷、重載荷、高負荷和超重負荷。轉(zhuǎn)子工作的速度越高，齒面與牙根引起的交變應(yīng)力數(shù)量愈多，齒面損壞愈劇烈。為此，我們可以將葉輪所轉(zhuǎn)動的圓周轉(zhuǎn)速v的多少，視為材料的疲勞與損壞程度的大小。通常包括：中低速轉(zhuǎn)子(1~9m/s)；中速轉(zhuǎn)子(6~10m/s)；高速轉(zhuǎn)子(10~15m/s)。轉(zhuǎn)子的精確設(shè)計，則齒形精確，公差較小，嚙合牢固，傳動穩(wěn)定而無噪音。汽輪機的轉(zhuǎn)子精度通常為6~8級（中、低速）和8~12級（高速度），而車輛、拖拉機的轉(zhuǎn)子精度則通常為6~8級。汽輪機中所用的轉(zhuǎn)子，主要有輸送動能、調(diào)節(jié)運動速率和調(diào)整運動方位等的功能。而汽輪機轉(zhuǎn)子的運行要求，相比轎車、拖拉機、采礦機器、動力機器等的轉(zhuǎn)子而言比較運行穩(wěn)定，機械負荷低，工況環(huán)境也較好。一般汽輪機中的轉(zhuǎn)子準確度大都為七級準確度，但是在分度式傳動機構(gòu)中還需要很大的精確度。經(jīng)過實踐證明，通常汽輪機轉(zhuǎn)子都采用中碳鋼制作的，如34CrMoIA、Q275、40、45、50、50Mn等鋼材制作。那怎樣判斷選用那種材質(zhì)較為理想，在對轉(zhuǎn)子材質(zhì)進行選擇時，一定要圍繞著熱處理材質(zhì)的選擇準則，進行多方面考察。熱處理零件的選材原則1、實用性原則使用特性原則是零部件在運用中必須具備的特性，這是確保零部件實現(xiàn)規(guī)定用途的條件。在選型前需要知道零部件承擔(dān)的載荷種類和尺寸，所處工況環(huán)境和介質(zhì)溫度等服役要求。服役要求不同，特性要求也不相同。通過上節(jié)中敘述的定子的服役要求，我們知道汽輪機定子的受力狀況和性能特點包括：汽輪機轉(zhuǎn)子工作時一般受力情況為：（1）齒部受到較大的交變彎曲應(yīng)力；（2）換擋、起步或嚙合不平衡后的撞擊；（3）齒面互相翻滾、滑行時碰撞，并承擔(dān)相接觸的壓應(yīng)力。以上轉(zhuǎn)子的受力特性，決定了其損傷形式主要為大齒的斷裂和小齒面的剝離，和過度損壞。據(jù)此，在選用轉(zhuǎn)子材料時要使材料的特性符合下列規(guī)定：（1）高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度；（2）齒面有高的硬度和耐磨性；（3）轉(zhuǎn)子心部分必須具有足夠大的硬度和彈性；（4）較好的熱處理工藝性。2、工藝性原則零件毛坯尺寸大致有鑄造、鍛壓機、焊接器和型料四類，為了掌握金屬材料的主要加工工藝步驟和金屬材料的主要加工特點，使所選金屬材料比較易于加工為工件，在選擇時應(yīng)該充分考慮金屬材料的主要加工工藝性能。從原料到成型件，不同的加工工作經(jīng)歷了不同的冷卻、熱加工等工藝，從工藝性開始，選材過程可按以下技術(shù)路徑展開。圖3-2零件選材技術(shù)路線圖3、經(jīng)濟性原則選材若要講求經(jīng)濟性，就應(yīng)該計算所得與所費、投資價值與產(chǎn)量、有用效益與、以及勞動耗費等，并對這些因素加以評估與對比，因此選用自柔佛蘇丹的材料不一定是質(zhì)量最好的或價格最貴的材料，以最好的消耗量求得最高的經(jīng)濟效益，這便是材料經(jīng)濟性原則。零件選擇原則的實質(zhì)是所選材料要耐久，容易加工且費用低廉。同時，人們在做選擇時，還必須關(guān)注幾個問題。選材應(yīng)注意的問題1、在一般前提下優(yōu)先考察實用性，而技術(shù)效果與經(jīng)濟性的原則次之；2、某些力學(xué)指數(shù)（如σb、σ02、σ-1、K1c）可直觀進行設(shè)計運算；Δ、ψ、嗄聲等不是直接用來計量，是為了增加零部件的耐過載能力，以提高零部件工作穩(wěn)定性；3、當(dāng)對零部件的機械力學(xué)性能需求，轉(zhuǎn)換為各種材料力學(xué)的特性指標(biāo)后，要考慮在手冊上定義的機械組織狀況。若零部件的最終狀況與使用手冊上提供的資料一致，就可以直接使用，不過，還得檢查其他手冊、文獻資料或進行針對性的熱力學(xué)性能測試；4、手冊或規(guī)范中提供的力學(xué)性能數(shù)據(jù)結(jié)果，是在實驗室條件對小試樣尺寸的實驗結(jié)果，在參考這些數(shù)值時要注意尺寸效應(yīng)；5、因為材質(zhì)成分是一種范疇，而試樣或毛坯的供貨狀況也可能有很多種，所以，就算是同一牌號的金屬材料，機械性能也不會完全一致。標(biāo)準或原冶金工業(yè)部規(guī)范中提供的熱軋及退火狀態(tài)的動力學(xué)特點范圍最大或最小值，其數(shù)值比較可靠；在科技資料、學(xué)術(shù)論文中所提供的數(shù)值通常是在特定條件下的平均值，實際應(yīng)用時要予以重視；（1）對于同一個物料的各種供應(yīng)情況，對數(shù)據(jù)結(jié)果干擾較大；（2）選擇時應(yīng)注意同時兼顧所選用材質(zhì)的成型處理技術(shù)。（3）分別從使用性能、工藝性與經(jīng)濟效益三個方面出發(fā)，根據(jù)零件的構(gòu)造形狀和現(xiàn)場運行情況研究，最后決定選用34CrMo1A鋼材用作汽輪機定子的材質(zhì)。汽輪機轉(zhuǎn)子熱處理工藝方案的制定零件的技術(shù)要求34CrMo1A鋼汽輪機轉(zhuǎn)子技術(shù)要求如下：齒表硬度：700～860HV心部硬度：240～295HV滲碳層深度為：06～08mm制定熱處理工藝路線要制訂出合理的工藝技術(shù)路線，與此密切相關(guān)的幾個概念都是至關(guān)重要的，包括熱處理工序在整個工件加工及生產(chǎn)流程中的重要地位、在選定熱處理工序時應(yīng)考慮的各種因素以及熱處理工序規(guī)程的擬定。在上述理論知識基礎(chǔ)上，根據(jù)工件的實用技術(shù)條件，全面剖析，制訂出合理實用的工藝技術(shù)路線。熱處理在加工工藝路線中的位置1、金屬材料的加熱加工工藝路線通常是比較復(fù)雜的，而按照人們對工件特性需求的差異，金屬熱處理在加工工藝路線中的重要地位，一般有如下三種情形：（1）毛坯→正火（退火）→機械加工→工件成品（一般工件）（2）毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件）（3）毛坯→預(yù)先熱處理→粗加工→淬火、回火或化學(xué)熱處理→半精加工→穩(wěn)定化處理或化學(xué)熱處理→精加工→穩(wěn)定化處理→工件成品（精密工件）2、選擇熱處理工藝時應(yīng)該重點考慮的因素（1）工件產(chǎn)品設(shè)計中熱處理技術(shù)要求如材質(zhì)（包含型號、鋼種、晶粒度等）、金相組織、表面硬化面和外滲層厚度、熱穩(wěn)定性、沖擊韌性和硬度范圍的要求；（2）依據(jù)熱處理過程的工藝技術(shù)性選擇熱處理工藝時，應(yīng)當(dāng)依據(jù)加工各種工件的技術(shù)手段，盡可能實現(xiàn)工藝技術(shù)上的先進性，工藝技術(shù)上的可行性以及社會經(jīng)濟上的合理化；（3）根據(jù)工廠生產(chǎn)要求和批量制定熱處理工藝流程時還應(yīng)當(dāng)充分考慮生產(chǎn)的現(xiàn)場特點、現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備、制造批量大小等因素。在確保工藝技術(shù)要求和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的前提下，可采用循環(huán)作業(yè)爐、連續(xù)作業(yè)爐或重新設(shè)計的新標(biāo)準設(shè)備。3、熱處理工藝規(guī)程的擬定（1）分析各種可能的熱處理工藝方法，對比后選定其中確保工件優(yōu)質(zhì)且有最經(jīng)濟效益的方法；（2）要求熱處理的鑄件應(yīng)按材質(zhì)、造型、規(guī)格、重量和性能特點等選用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒?；?）通過現(xiàn)場升溫和制冷裝置確定工件的升溫和制冷方式；（4）對熱處理工藝流程中各步驟安排的應(yīng)力求優(yōu)化，以減少在各步驟傳輸流程中的時間重疊。34CrMo1A鋼轉(zhuǎn)子工藝路線1、工藝路線的安排定子材質(zhì)在采用34CrMo1A鋼時，毛坯材質(zhì)也同樣為鑄鐵，同理也應(yīng)通過退火處理提高鋼件的磨削加工能力。主傳動系統(tǒng)中的定子，由于承載很大，受撞擊也較頻繁，所以對鋼材的要求較高。因為變形和接觸的應(yīng)力都很重要，所以所有轉(zhuǎn)子均要求滲碳、淬火加熱溫度等措施，以增加耐磨性和疲勞的抵抗能力。據(jù)此，其主要技術(shù)路線設(shè)計如下：下料→鍛壓→退火→機械加工→滲碳、淬火以及溫度回火→噴丸→切削等加工2、熱處理工序作用分析轉(zhuǎn)子經(jīng)毛坯鑄造后經(jīng)過了高溫退火處理，主要用于改善34CrMoIA鋼材的切削加工性能，34CrMoIA鋼材高溫退火后的堅硬性的為170~210HBS，磨削加工工藝特性優(yōu)異。滲碳處理還改善了材料的表層特征，使鋼材的表層具備更高的耐磨、疲勞硬度和抗彎強度，中心處也具備了足夠的硬度和彈性。噴丸處理并不僅僅是用來去除氧化皮，使表層更加光滑，更退火處理對鑄造轉(zhuǎn)子毛坯質(zhì)量是必要的熱處理工藝，它能夠使同批坯料組成件具有同樣的表面硬度，從而有利于磨削工藝，使化學(xué)成分均勻分布，減小或去除鑄造內(nèi)應(yīng)力，并為零部件最后高溫?zé)崽幚硖峁┝撕线m的內(nèi)在機構(gòu)。而調(diào)質(zhì)火處理則能夠使轉(zhuǎn)子表面具備較高水平的綜合機械，從而提高了轉(zhuǎn)子心部的表面硬度和彈性，使轉(zhuǎn)子表面能夠經(jīng)受很大的彎曲應(yīng)力和撞擊力。調(diào)質(zhì)后的轉(zhuǎn)子組織形式為回火索氏體，在高頻淬火時溫度變化更小。而高頻淬火和溫度回火則是賦予轉(zhuǎn)子表面機械特點的重要工藝，通過感應(yīng)加熱或表面淬火能夠在工件表面獲得極細的隱晶馬氏體組織，進而提高了轉(zhuǎn)子表面硬度和耐磨性，從而使轉(zhuǎn)子表面有高壓應(yīng)力產(chǎn)生而提高了抗疲勞性損壞的力量。為減小淬火應(yīng)力，在高頻淬火后還應(yīng)采用溫度回火，這對于避免研磨裂紋的形成和提高抗沖擊力量十分有益。主要的是作為一個質(zhì)量提高手段，使零件表面壓力增加，從而有利于增加疲勞強度。確立工藝參數(shù)所選材料的相變臨界點表3-134CrMo1A鋼的臨界溫度[9]（℃）臨界溫度（近似值）Ac1Ac3Ar1Ar373585568083534CrMo1A鋼轉(zhuǎn)子工藝參數(shù)（1）高溫退火低碳鋼若采用通常的完全退火，則其硬度太低，切削性能不好，故采用高溫退火。（2）滲碳（固體滲碳）鋼鐵為什么可以滲碳，因為鋼鐵處于高溫奧氏體中，對碳存在比較高的水溶性（百分之二點零六），鋼鐵的滲碳正是利用這種機理。不過，并不是任何形態(tài)的碳都能夠被鋼鐵表層所吸附，而只有生活的碳素材料原子才可以被鋼鐵表層所吸附，被表面吸收的碳原子，在高溫情況下從里面向外擴散，因此產(chǎn)生了相當(dāng)厚的滲碳層。①滲碳劑：固體滲碳劑，一般是由木炭微粒和碳酸鹽BaCO3或Na二CO三等構(gòu)成。木炭微粒是主滲劑，而碳酸鹽則為催滲劑。表3-2常用滲碳劑的成分（%）木炭碳酸鋇碳酸鈉碳酸鈣190～955～10——290～95—5～10—387—103②滲碳溫度：根據(jù)Fe—Fe3C狀態(tài)圖（圖3-3），只有在奧氏體區(qū)域，鐵中碳的濃度才可能在很大范圍內(nèi)變動，碳的擴散才能在單相的奧氏體中進行。900～930℃這個溫度恰好較滲碳鋼的Ac3點稍高，保證了上述條件的實現(xiàn)。故滲碳溫度取920℃。圖3-3Fe—Fe3C狀態(tài)圖③保溫時間：零件在滲碳溫度下需要保溫的時間長短視滲碳層深度要求而定，下表中列出了滲碳層深度與保溫時間的關(guān)系。表3-3滲碳溫度、保溫時間和滲碳層深度間的經(jīng)驗數(shù)據(jù)滲碳層深度（mm）保溫時間（滲碳層深度（mm）保溫時間（h）滲碳溫度（℃）880900920940960980043530275252015086560504540301290806555504016120100807060502014512095857060由該零件的技術(shù)要求可知滲碳層深度為08mm，滲碳溫度920℃，故由表中查得保溫時間為5小時。④冷卻方式：先隨爐冷卻到630℃左右，然后出爐空冷，以防止?jié)B碳層深度未達到技術(shù)要求。（3）淬火①加熱溫度：一般在Ac3點以上30～60℃，取900℃[15]。②保溫時間：由式3-2，計算可得保溫時間為2小時。③冷卻方式：采用水冷。（4）低溫回火（式3-4）式中τ為保溫時間（min），k為時間基數(shù)（min），A為回火時間系數(shù)（min/mm），D為工件的有效厚度（mm）。對于300℃以下的回火，k值為120，A值為1；D值為70。所以保溫時間=120+1×70=190min﹥3h，保溫時間合理。③冷卻方式：采用空冷。汽輪機轉(zhuǎn)子熱處理設(shè)備的選擇與缺陷分析熱處理設(shè)備的選擇34CrMo1A鋼作為轉(zhuǎn)子材料，將其切割成10×10×20mm的毛坯試樣。34CrMo1A鋼作轉(zhuǎn)子材料時，退火處理加熱保溫之后在進行冷卻，這樣做的目的是在升溫的情況下使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆?，而淬火后所得到的組織被進一步細化，柔韌性也下降。從而得到外形和尺寸都穩(wěn)定的材料。能有效地處理好裂紋的產(chǎn)生。滲碳、淬火以及低溫回火34CrMoIA鋼的試樣滲碳后隨爐淬火至共析高溫時，共析主要成分奧氏體隨即全數(shù)轉(zhuǎn)化為片狀珠光體。從而達到材料所需的性能要求。采用箱式熱水爐（圖4-1）加熱試樣，進行熱處理。圖4-1箱式熱水爐退火將34CrMoIA鋼試模放入爐內(nèi)升溫至一千℃，并保溫約九點五小時后，隨爐制冷至六百℃以內(nèi)后拿出試樣，空冷至常溫，留待滲碳處理。滲碳以及裝箱滲碳的試模，外表要盡可能清潔，不應(yīng)有明顯銹斑和油垢，以防干擾滲碳的過程，導(dǎo)致試模滲碳的深淺不一致和有軟點。滲碳箱體通常用鋼管焊接制成或鑄鐵塑造制成，但滲碳箱體不能太大，裝箱好之后，用耐火泥（加入3～百分之五食鹽水調(diào)好）作為封罩，以避免在滲碳過程中滲碳氣的溢出。當(dāng)滲碳箱封好之后，即在箱蓋上插長試棒一條，其間也可用耐火泥土封好試棒與箱蓋孔之空隙，且試棒材料宜與試模一致，且試棒孔徑可用ф10~ф，并且嵌入深度為最接近于上層的試模間隙。圖4-2滲碳箱淬火以及回火選用箱型電阻爐如圖（圖4-3）升溫至八百四十℃，接著將經(jīng)過高溫退火處置后的四十五鋼試模迅速放入爐內(nèi)，并保溫約二十分鐘，然后拔出試模，再投入熱水中繼續(xù)攪拌使之冷至常溫，并留待回火后使用。同理，先將電阻爐升溫至九百℃，然后再將經(jīng)過滲碳處理后的34CrMoIA鋼試模放入爐內(nèi)，再保溫約二十分鐘，終于抽出水冷式，留待回火處理。將淬火后的第34CrMoIA鋼試樣放入箱型電阻爐中升溫至一百八十℃，然后保溫約三十分鐘，取出試樣，再在壓縮空氣中冷卻到常溫，留待制成金相試樣。同理，將淬火后的四十五鋼試模放入電爐內(nèi)升溫至五百六十℃，再保溫約二十分鐘后，拔出試模，經(jīng)空冷至常溫。1－底座2－觀察孔3－爐門4－熱電偶5－爐殼6－電熱元件7－耐火材料8－保溫材料9－爐架圖4-3箱型電阻爐圖中給出了爐體結(jié)構(gòu)示意圖，由爐、爐殼、爐村、，減少熱量損先良好的護村材料不僅要有一定的火色熱而且熱還少，是由料和保材組成近電熱元件耐大外的是環(huán)保材料，為了減少熱量失一般高箱式電阻爐的爐用三期熱設(shè)計，內(nèi)層采用耐材料如離鋁的火中品和外采用保材如用輕質(zhì)土，結(jié)粉、石或纖維制品等。34CrMo1A鋼熱缺陷分析及防治方法退火出現(xiàn)缺陷原因分析出現(xiàn)的原因可能是退火溫度過高，保溫時間過長裝爐量太多，原材料脫碳嚴重，鍛造時加熱溫度高，所以我們采取的防治方法可以通過保護氣體；滲碳層出現(xiàn)缺陷原因分析（1）滲碳試模的最表面，而此共析滲碳層和隨爐冷卻后的金相組織則是珠光體和一些網(wǎng)狀碳化物。（2）將34CrMoIA鋼的試樣滲碳后隨爐淬火至共析高溫時，共析主要成分奧氏體隨即全數(shù)轉(zhuǎn)化為片狀珠光體。（3）碳含量伴隨離表面距離的增大而下降，并一直轉(zhuǎn)移到心區(qū)原有成分之后，故亞共析過渡區(qū)中隨爐淬火后所獲得的金相組織為珠光體與鐵素體的混雜組成物。綜上所述滲碳層可能會出現(xiàn)硬度低、硬度滲層不均勻、變形、表面發(fā)黑、發(fā)亮局部脫落等一系列問題。正確裝爐，正確設(shè)置輔助陰陽極；調(diào)節(jié)壓力，加強爐氣循環(huán)；屏蔽狹縫小孔。滲碳前去應(yīng)力處理；調(diào)整溫度均勻性；嚴控升溫速度；改進結(jié)構(gòu)設(shè)計等建議。淬火出現(xiàn)缺陷原因分析由于組織過熱，對于第34CrMoIA鋼的滲碳隨爐淬火后的控制自己進行研究，其鐵素體含量僅在觀察區(qū)范圍的百分之七十五以下，其珠光體僅在百分之二十五以下。這些結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)適應(yīng)不了滲碳部件表面上高堅硬、高抗磨的情況，也可能出現(xiàn)適應(yīng)不了心部強韌的情況。防止措施針對以上原因，首先我們應(yīng)當(dāng)嚴格按照工藝流程，控制裝爐量，爐子升到退火溫度后，工件入爐，選退火溫度范圍下限值，嚴格控制所需的熱處理過程中所需的溫度，提高零件出油溫度或提高淬火油的溫度。熱處理工藝的檢驗1、硬度檢驗圖4-4實驗儀器（1）選擇試驗力1471N(150kg)和金剛石壓頭。順時針旋轉(zhuǎn)的變荷手輪，決定了總試驗壓力。（2）將壓頭朝發(fā)展的主軸邢臺市孔橋中學(xué)方向推進。（3）從主菜單的修改選項中確定HRC。（4）再選擇測試硬度的換算標(biāo)尺和保荷時間。（5）當(dāng)轉(zhuǎn)輪順時限鐘旋轉(zhuǎn)，升降螺桿向上，宜使試模緩慢而無撞擊地與壓頭碰撞，表4-134CrMo1A鋼不同熱處理后的硬度值離表面的距離（mm）滲碳后緩冷的硬度值（HV）淬火的硬度值（HV）低溫回火的硬度值（HV）005820890850010810860830015760810780020630750720025560680640030440560540035410530510040360500490045310480470050290470460055260460450060250440420065240410390070220370340075210340290080210340290圖4-534CrMo1A鋼不同熱處理后硬度曲線圖根據(jù)下表（4-5）中資料顯示，第34CrMo1A鋼在滲碳后將碳原子浸入表層，使其表層的硬度范圍增加，從圖四負九中的曲線走勢可以得知，34CrMo1A鋼材在熱加工后由表層至心部，堅固性值逐步降低，這是由于滲碳后的34CrMo1A鋼材，由表及內(nèi)產(chǎn)生了相應(yīng)的碳濃度梯度。檢驗熱處理工藝的合理性34CrMoIA鋼試樣在進行熱處理后，最終的表面硬度為八百五十HV，對第34CrMoIA鋼試樣實驗得到的硬度數(shù)值也符合，即所設(shè)計的熱處理工藝是合理的。廠房設(shè)計及成本估算廠房設(shè)計為有效對零件進行熱處理工藝，廠房的設(shè)計尤為重要。我們從流程、運輸工具和運輸方式及其生產(chǎn)特點等多方面考慮，對汽輪機轉(zhuǎn)子的熱處理工藝車間進行了設(shè)計。如（圖5-1）圖5-1工藝路線成本估算車間成本根據(jù)自己現(xiàn)有資料的統(tǒng)計，車間內(nèi)成本大概需要1000萬元左右，而一個熱處理車間還需要廠房土地及配套設(shè)施等，綜上所述，車間成本大概為6000萬元左右。運營成本熱處理車間工業(yè)用電為06元/kWh，水價為47元/噸。熱處理車間年用電約為200000KWh，因此熱處理車間年成本電價大概在92萬元左右，車間年用水量14534074L，合14510202噸，所以熱處理車間年成本水價約為6萬元。除此之外工人工資、車間管理、設(shè)備維護等一系列成本共需6800萬左右。結(jié)論經(jīng)過對本課題的深入研究，基本解決了汽輪機轉(zhuǎn)子的材料選擇與熱處理工藝設(shè)計中的各種問題。汽輪機定子主要擔(dān)負著輸送動能、調(diào)節(jié)運動速率和運動方向的工作，但汽輪機定子工作載荷不能過大，在中速運行時較穩(wěn)定，一般采用四十五鋼和34CrMo1A鋼制成。通過分析判斷，最后確定了四十五鋼采取退火、調(diào)質(zhì)的處理，而34CrMo1A鋼采取退火、滲碳、一次加熱再淬火工藝，以及低溫回火的處理。四十五鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后能夠提高金相組織和金屬材料表層的可磨削性能，從而減小了機械加工后的表面粗糙度，并能減少在淬火工藝流程中的熱變形。34CrMo1A鋼有較好的切削性能，滲碳時對材料的熱變化量較小。滲碳后，經(jīng)過淬火和低壓回火處理過程，才能使轉(zhuǎn)子達到較高的牙面硬度而中心部也具備足夠彈性和較大的抗彎疲勞強度。但受到當(dāng)時知識技術(shù)水平和生產(chǎn)設(shè)備要求的影響，本課題如果繼續(xù)進行研究工作，除可以在原來基礎(chǔ)上進一步完善金屬熱處理工藝之外，我覺得更有前途的是研究汽車轉(zhuǎn)子的選材與熱處理工藝技術(shù)。隨著人類生活水平的日益增加，車輛的需要量也會逐漸增加。車輛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有傳動功能的定子是至關(guān)重要的，所以對定子的質(zhì)量和穩(wěn)定