大型活塞桿鍛件的研制

涂 政張承峰趙林武

(1.海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北430084;2.武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司，湖北430084)

大型活塞桿鍛件的研制

涂 政1張承峰2趙林武2

(1.海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北430084;2.武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司，湖北430084)

在活塞桿鍛件的研制過(guò)程中，優(yōu)化化學(xué)成分配比，選擇合理的鍛造成型方法，淬火時(shí)勻速冷卻，使得活塞桿鍛件的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

活塞桿;鍛造;熱處理

大型活塞桿鍛件是某型艦船用調(diào)距槳裝置的重要部件，材料為42CrMo鋼，其中間為?1 410 mm大法蘭，兩端為?410 mm的臺(tái)階，總長(zhǎng)僅1 714 mm，截面尺寸變化較大。在工作中受扭轉(zhuǎn)、沖擊等載荷，技術(shù)要求高。

1 研制技術(shù)要求

活塞桿的化學(xué)成分要求見表1，力學(xué)性能要求見表2，金相檢驗(yàn)要求見表3，超聲檢測(cè)應(yīng)符合CB/T1159—1998標(biāo)準(zhǔn)附錄B的要求。

表1 活塞桿化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical composition of piston rod (mass fraction，%)

表2 活塞桿力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirements of piston rod

2 研制工藝流程

活塞桿的制造工藝流程為:電爐冶煉(EF)→真空精煉(LFV)→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測(cè)(內(nèi)部控制)→淬火+回火→取樣并標(biāo)識(shí)→試驗(yàn)→超聲檢測(cè)→最終加工→尺寸檢驗(yàn)→標(biāo)識(shí)、發(fā)貨。

表3 活塞桿金相檢驗(yàn)要求Table 3 M etallographic exam ination requirements for piston rod

3 研制過(guò)程

3.1 冶煉

冶煉采用EF+LFV的工藝路線。該材料為常規(guī)材料，但因技術(shù)要求較高，應(yīng)在化學(xué)成分驗(yàn)收范圍內(nèi)調(diào)整冶煉內(nèi)控化學(xué)成分，配料時(shí)配優(yōu)質(zhì)廢鋼、料頭、生鐵，嚴(yán)禁配入土鐵、混帶泥沙等，并配入足量的生鐵，確保一定的配碳量。澆注時(shí)確保鎮(zhèn)靜時(shí)間，嚴(yán)格控制注溫注速。澆注完畢后及時(shí)加入足量的保溫覆蓋劑，確保帽口收縮質(zhì)量良好，嚴(yán)格按工藝要求時(shí)間脫模紅送，以保證鋼錠質(zhì)量。

3.2 鍛造

該產(chǎn)品為中間有凸臺(tái)的臺(tái)階軸，但因截面變化較大，且長(zhǎng)度較短，如采用傳統(tǒng)鐓粗拔長(zhǎng)的成型方法，不僅鍛造成型困難，而且中間凸臺(tái)不易鍛透，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量不能得到保證。因此鍛造時(shí)選用首先鐓粗、拔長(zhǎng)下料，再用漏盤局部鐓粗中間凸臺(tái)的成型方式，這樣既便于鍛造成型，又滿足無(wú)損檢測(cè)要求。中間凸臺(tái)成型方法見圖1。

圖1 中間凸臺(tái)成型示意圖Figure 1 Sketch of intermediate boss forming

圖2 活塞桿熱處理取樣圖Figure 2 Sample taking sketch for pisten rod heat treatment

圖3 活塞桿熱處理工藝曲線圖Figure 3 Graph of piston rod heat treatment process

3.3 熱處理

活塞桿鍛造完后進(jìn)行粗加工，并做超聲檢測(cè)，以確定是否有影響熱處理的缺陷，無(wú)損檢測(cè)合格后方可進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。熱處理前檢查產(chǎn)品所有棱角是否倒鈍，尖角處是否圓滑過(guò)渡，以避免淬火時(shí)應(yīng)力在尖角處集中而開裂。由于活塞桿要求做切向、縱向力學(xué)性能試驗(yàn)，且端部在1/2厚度處取樣，為了獲得較好的淬火效果，熱處理前將活塞桿內(nèi)孔預(yù)先加工出來(lái)，以增加淬火時(shí)產(chǎn)品與淬火介質(zhì)的接觸面積。制定熱處理參數(shù)時(shí)，考慮到產(chǎn)品截面變化較大，且42CrMo鋼材料直接水淬可能產(chǎn)生裂紋，因此采取先空冷少許時(shí)間，再水淬油冷的方法。淬火過(guò)程中先后開啟水循環(huán)、油循環(huán)，并充分竄動(dòng)產(chǎn)品，以使產(chǎn)品淬火過(guò)程冷卻均勻?；钊麠U熱處理取樣見圖2，熱處理工藝曲線見圖3。

4 研制結(jié)果

活塞桿鍛件制造過(guò)程中經(jīng)化學(xué)成分檢測(cè)、力學(xué)性能試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、超聲檢測(cè)，其結(jié)果均符合技術(shù)要求?；瘜W(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見表4，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表5，金相檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表4 活塞桿實(shí)際化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Actual chem ical composition of piston rod(mass fraction，%)

表5 活塞桿力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 5 M echanical property test of piston rod

表6 活塞桿金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 M etallographic exam ination test results of piston rod

5 分析討論

由以上研制結(jié)果可以看出，活塞桿的實(shí)際化學(xué)成分不僅滿足驗(yàn)收要求，且P、S等雜質(zhì)元素、影響力學(xué)性能的C、Cr、Ni等元素均得到了有效控制，為項(xiàng)目研制成功奠定了基礎(chǔ)。力學(xué)性能、金相檢驗(yàn)、超聲檢測(cè)均滿足技術(shù)要求，硬度較均勻，而由于中間凸臺(tái)處取樣位置靠近表面，因此結(jié)果較端頭位置略高。鍛造時(shí)采用上下漏盤局部鐓粗中間凸臺(tái)并在熱處理前將內(nèi)孔加工出來(lái)的制造方法合理可行，可以使中間凸臺(tái)部分鍛造比達(dá)到4.3，并且可保證大截面產(chǎn)品獲得較高的晶粒度。

6 結(jié)論

(1)活塞桿凸臺(tái)用上、下漏盤鐓鍛成型的方案，解決了中間凸臺(tái)難以鍛透的難題，這是活塞桿中間凸臺(tái)處力學(xué)性能、晶粒度合格的關(guān)鍵。

(2)活塞桿熱處理前將內(nèi)孔加工出來(lái)，并采用空-水-油的冷卻方式是合理可行的。其增加了熱處理時(shí)淬火介質(zhì)與產(chǎn)品的接觸面積，保證了淬火后力學(xué)性能一次合格。

編輯 李韋螢

Development＆Manufacture of Large Piston Rod Forging

Tu Zheng，Zhang Chengfeng，Zhao Linwu

In the process of development and manufacture of the piston rod forging，bymeans of optimizing chemical composition proportioning，selecting feasible forge forming process，and cooling with uniform velocity，each performance index for the piston rod forging can meet technical requirements.

piston rod;forging;heat treatment

TG316

B

2013—05—31

涂政(1972—)，男，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向是輪機(jī)工程。