各類轉子鍛件重淬時套料孔封堵的研究

孫世山(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

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各類轉子鍛件重淬時套料孔封堵的研究

孫世山
(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

摘要:尋找操作簡便、消耗成本低的封堵物料并規(guī)范操作方式來對各類轉子鍛件套料孔進行封堵，降低開裂風險以確保產品質量。通過多種可選物料的試驗對比，綜合比較操作可行性、封堵效果以及經濟性，從而確定了最終的封堵物料，并對物料混合的配比實行規(guī)范化操作。

關鍵詞:轉子;套料孔;頂尖孔;封堵;物料

各類轉子鍛件重淬前有套料孔、調質前部分有頂尖孔，這些孔洞對熱處理工序是一個大的隱患，如果不加以封堵和保護，勢必在淬火冷卻期間形成應力集中，大大增加開裂的風險。而本公司以前封堵套料孔的操作方式不便于過程控制，也難以形成對淬火高風險件的保護。尤其是大型轉子類鍛件如果不能有效做好料孔的封堵，在隨后淬火過程中就可能出現(xiàn)質量缺陷，增加工件淬火開裂的風險。各種頂尖孔、套料孔形貌見圖1、圖2。

淬火前孔洞尖角若沒有倒鈍，在淬火前也不規(guī)范封堵，那么發(fā)生開裂的風險肯定大大增加。而頂尖孔和套料孔如果全部倒鈍，那么冷加工車間的人工成本消耗較大，所以要求倒圓孔底尖角是難以實現(xiàn)的。比較好的方法是在熱處理工序時對頂尖孔和套料孔實施堵孔保護，以防止淬火冷卻液體進入孔底產生應力集中而造成產品開裂。

1　研究對象和方法

在項目開展前，熱處理派專人到煉鋼車間向封堵料研究專家請教，摸清封堵料的種類和特性，最終確認可用于熱處理料孔封堵的物料有三種:一是高溫澆注料;二是鎂粉按比例與鹵水混合的

圖1　工件機加后遺留下的頂尖孔形貌圖Figure 1　 The appearance of center hole after workpiece machining

圖2　返修件套料孔形貌圖Figure 2　 The appearance of nesting hole in repaired workpiece

物料;三是耐火泥按比例與水玻璃混合的物料。這三種物料的特性和操作要領各不相同。其中高溫澆注料由于粘度低、流動性強，在現(xiàn)場操作時必須將工件封堵孔豎立起來才能實現(xiàn)封堵，而且封堵完必須要等待凝固后才可放平。如果要豎立料孔就必須將工件吊起且料孔端朝上。而吊起工件執(zhí)行封堵操作時就需要一個升降平臺，操作不便利且現(xiàn)場條件不具備，所以排除掉。接下來研究人員通過現(xiàn)場實際堵孔操作試驗來對比另外兩組物料的實際效果，以此來決定最后的選擇。

2　研究試驗過程

在同一件需要封堵的料孔的端頭做對比試驗。鎂粉鹵水按約5∶1的比例混合成物料，耐火泥水玻璃按約3∶1的比例混合成物料。分別往料孔加注這兩種物料，一邊加注一邊用鋼棒搗實。待封堵料干后再進爐執(zhí)行淬回火工序，執(zhí)行完后在冷加工現(xiàn)場打開各個料孔，看料孔內部氧化情況。圖3、圖4分別為鎂粉鹵水物料堵孔后氧化情況和耐火泥水玻璃物料堵孔后氧化情況。

圖3　鎂粉鹵水物料堵孔后氧化情況Figure 3　 The oxidation situation after plugging holes with magnesium brine material

圖4　耐火泥水玻璃物料堵孔后氧化情況Figure 4　 The oxidation situation after plugging holes with refractory slurry glass material

經對比發(fā)現(xiàn)，兩種物料封堵孔洞都會出現(xiàn)孔內氧化，且氧化情況基本一致。這證明兩種物料的密封效果基本一致。但從掏挖物料的過程來看，耐火泥水玻璃混合物料掏挖難度更大。這表明經過高溫后，耐火泥水玻璃混合物料從孔內脫落的可能性就會更小。后經持續(xù)試驗證明，情況確實如此。只要耐火泥水玻璃混合物料比例控制合適，封堵進孔操作時保證層層砸實，那么基本可以實現(xiàn)高溫淬火時物料不會從孔內脫落。如圖5所示，轉子重淬件經用耐火泥水玻璃物料堵孔后重淬出爐時并未脫落，密封完好。

3　研究結果

3．1通過現(xiàn)場試驗得到封堵料孔最佳方案

通過多次對比證明，鎂粉鹵水物料混合后很干，不易形成整體結塊。而且一旦砸不實就會出現(xiàn)松脫，淬火時會脫落從而失去對孔洞的保護。而耐火泥水玻璃混合后粘度很大，不容易脫落。另外，鎂粉鹵水在熱處理中不是常用物料，采購價格較為昂貴，而耐火泥水玻璃卻屬于常規(guī)使用物

圖5　轉子重淬件堵孔后重淬出爐時的實景圖Figure 5　The drawing of newly quenched rotor which is plugged hole when discharging from furnace

料，采購價格實惠。所以綜合起來，最終確定采用耐火泥與水玻璃作為堵孔的物料。

3．2為規(guī)范堵孔操作編制操作規(guī)程

根據(jù)研究的結果，結合現(xiàn)場操作實踐，依照各種材質不同的熱處理特性和焊接性能，最終編制出《熱處理工序封堵套料規(guī)程》，統(tǒng)一下發(fā)到操作工段開始正式實施。

此規(guī)程對封堵料孔的操作進行了詳細說明。

( 1)料孔填塞砂漿的混合及操作

在工件進爐調質前有套料孔或頂尖孔的都必須進行封堵，且均采用耐火泥與水玻璃的混合砂漿封堵(工件一般在調質前不允許有頂尖孔出現(xiàn))。

1)本規(guī)程規(guī)定填充孔洞原料為耐火泥與粘結劑水玻璃的混合物。其中耐火泥為粘土質NN-42(牌號LNA-1)耐火泥，呈現(xiàn)水泥外形的青灰色粉末。其Al2O3含量≥42%，耐火度≥1 690℃，粘結時間為1 min～2 min。水玻璃為一種水溶性硅酸鹽(偏硅酸鈉)，呈堿性，為淡黃色或青灰色的粘稠液體，俗稱泡花堿，是無機粘結劑。如果出現(xiàn)耐火泥的型號及水玻璃的成分不同于以上的，以下所指定的混合比例僅作為參考，不作為硬指標規(guī)定。

2)經過現(xiàn)場多次混合試驗得出結論，耐火泥與水玻璃的體積混合比在2．0∶1～4∶1之間時是最佳的混合比，能較好的實現(xiàn)堵孔的目的。

3)按規(guī)定比例將混合好的砂漿往套料孔或頂尖孔內填塞時，務必保證砂漿在孔內處于塞實抵緊的狀態(tài)。操作時一邊將砂漿塞進孔一邊用榔頭之類的工裝敲擊壓實砂漿(壓實工裝可根據(jù)操作習慣自行制作)，直至孔內完全塞緊填滿砂漿且無法再填充即可。

( 2)料孔外擋板的焊接

1)本規(guī)程中涉及的擋板點焊均以普通電焊機手工電弧焊點焊為準。擋板材料以一般的低碳鋼20#或低碳錳鋼16Mn為準。

2)所有工件在點焊后如果不進行熱處理入爐回火消應，那么都必須盡快入爐執(zhí)行調質工序，不允許在外放置超過10 h。如無法做到則不能進行擋板點焊操作。

3)為減少焊接擋板時的熱影響區(qū)，擋板焊接采用在工件表面不開坡口點焊的方式進行。點焊可根據(jù)需要采取“十”字、“米”字等方式，不可滿焊。留出的未點焊區(qū)即為工藝透氣孔，為冷熱空氣在孔洞內流通所用。

4)由于不同材料的焊接性能不同，其點焊后在熱影響區(qū)產生殘余應力，焊后硬化以及冷、熱裂紋的敏感性傾向均有不同。不過采用焊前預熱的方式均能有效地降低這種傾向，所以點焊擋板時必須進行預熱相關操作。

( 3)封堵料孔操作注意事項

1)混合耐火泥水玻璃砂漿時，部分操作人員向其中加少許熱水。加水不影響砂漿性狀只改變密度，為此本規(guī)程對于“加水與否”不做硬性規(guī)定。另外，混合砂漿還受到水玻璃的模數(shù)影響(濃度)。鑒于所采購的水玻璃存在模數(shù)不同的可能，操作人員在執(zhí)行本規(guī)程所規(guī)定的混合比例時可根據(jù)模數(shù)變化情況進行比例上下浮動。但務必保證耐火泥與水玻璃的體積混合比在2．0∶1～4．0∶1范圍內。

2)本規(guī)程中點焊的環(huán)境溫度要求見表1。

如環(huán)境溫度低于上述規(guī)定，原則上不允許點焊，具體如何操作不在本規(guī)程范圍內。

表1　點焊環(huán)境溫度要求Table 1　Requirements of environmental temperatures for spot welding

4　結論

將試驗對比，最終確認采用耐火泥+水玻璃混合物料作為轉子鍛件套料孔、頂尖孔的封堵料。耐火泥與水玻璃按2．0∶1～4．0∶1之間的體積比(根據(jù)水玻璃濃度不同)混合。該方案是操作最簡便、最經濟，也最具成效的方案，且能大大降低帶料孔轉子鍛件及其他件的調質開裂風險。

編輯李韋螢

Research on Nesting Hole Plugging of All Kinds of Rotor Forgings During Newly Quenching

Sun Shishan

Abstract:The nesting holes of all kinds of rotor forgings are plugged by the plugging materials which is possessed the characteristics of simple operation and low cost，and are specified the operation methods to reduce cracking risk and ensure the quality of products．The final plugging material is confirmed by the contrast tests of a variety of optional materials which compare operational feasibility，plugging effect and economy．And the material mixing is performed a standardized operation．

Key words:rotor; nesting hole; center hole; plugging; material

收稿日期:2014—10—21

文獻標志碼:B

中圖分類號:TG15