40CrNiMo核電軸熱處理工藝研究

楊 迪 李曉宏

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司，遼寧110142)

40CrNiMo核電軸熱處理工藝研究

楊 迪 李曉宏

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司，遼寧110142)

按照40CrNiMo核電軸截面大小分類，制定有針對性的熱處理工藝，最終提高了產(chǎn)品合格率。

40CrNiMo；熱處理工藝；力學(xué)性能

核電設(shè)備及其配套設(shè)備制造技術(shù)含量高，附加值高，市場潛力大。積極攻克核電件生產(chǎn)中的問題，提高其性能質(zhì)量對公司的發(fā)展具有重要意義。

1 準(zhǔn)備工作

1.1 工件介紹

材料40CrNiMo，直徑90～360 mm，長度300～1885 mm，單重24～1520 kg。此批次工件數(shù)量較多，長短粗細(xì)不一，每個(gè)工件無論大小，均要求檢驗(yàn)力學(xué)性能。用戶要求同時(shí)執(zhí)行圖紙中技術(shù)要求、核電件采購技術(shù)要求和國家現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。性能和硬度同時(shí)滿足要求，最重要的是達(dá)到較高的性能值，尤其是沖擊韌性，高于國內(nèi)現(xiàn)行通用標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6396—2006，具體比較見表1。

在低溫環(huán)境下鋼材的脆性增強(qiáng)，沖擊功隨著溫度的降低而減小，同種材料的試樣V型缺口與U性缺口相比，應(yīng)力集中程度大，容易變形和斷裂，沖擊功較小。本批次工件截面直徑范圍寬，最小90 mm，最大360 mm，越厚大截面冷卻效果越差，沖擊功越不容易達(dá)到。在這些條件下0℃KV≥40 J遠(yuǎn)比20℃KU≥66 J不容易達(dá)到。

表1 力學(xué)性能要求比較Table1 Mechanical property comparison

1.2 工藝制定

按照傳統(tǒng)方法，要達(dá)到這個(gè)硬度可采用淬火+回火的方式。但是低溫回火件的低溫沖擊韌性不好。對比以往處理過的此種材料的軸類工件，普通油冷方法不能達(dá)到表中的性能。經(jīng)過研究決定采用雙液淬火，快速冷卻后轉(zhuǎn)緩慢冷卻?？焖倮鋮s獲得細(xì)小的馬氏體組織，提高淬火硬度后，適當(dāng)提高回火溫度的方式獲得高的沖擊。工藝曲線如圖1所示。

2 調(diào)質(zhì)熱處理

2.1 生產(chǎn)要求

(1)核對客戶提供的所有資料，包括合同、圖紙、采購技術(shù)要求、質(zhì)量計(jì)劃等，找出每個(gè)零件對應(yīng)的性能值和檢驗(yàn)要求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)與客戶溝通。

(2)按截面大小和性能不同分類，分別制定工藝。根據(jù)不同工件的具體情況，確定冷卻時(shí)間和回火溫度。

(3)工件來到現(xiàn)場時(shí)，及時(shí)核對編號、數(shù)量、爐次、牌號等相關(guān)信息。檢查有無明顯缺陷，加工是否存在尖角，棱角是否需要倒圓。準(zhǔn)確測量每件尺寸，核對圖紙計(jì)算余量大小。

(4)相近截面裝同一托盤，件與件之間留出適當(dāng)間隙。淬火時(shí)要有專職人員，準(zhǔn)確控制冷卻時(shí)間。

圖1 工藝曲線Figure 1 Process curve

圖2 改進(jìn)工藝曲線Figure 2 Improved process curve

2.2 檢驗(yàn)結(jié)果

力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test result of mechnical property

經(jīng)過幾個(gè)爐次的處理，從檢測結(jié)果可以看出，小截面合格率較好，150～250 mm截面合格率就明顯降低，250～360 mm截面合格率非常低。工藝需要進(jìn)一步改進(jìn)。

3 改進(jìn)工藝

此批次40CrNiMo工件大多是軸類件，形狀規(guī)則，尺寸均勻。軸的截面尺寸相差較小，較大截面軸沒有臺(tái)階。為了有效提高沖擊性能，需要進(jìn)一步加強(qiáng)冷卻。200～250 mm截面采用適當(dāng)延長快速冷卻時(shí)間和增加擺放間距的方法。針對250～360 mm截面軸，決定采取水冷→空冷→水冷，與客戶溝通后先投制1件試塊，尺寸與最粗截面軸相同，尺寸為?360 mm×380 mm。

采用水冷。降低入爐溫度，分階段控制升溫速度，使工件受熱均勻，減小應(yīng)力。降低快速冷卻時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。具體工藝見圖2，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

工藝改進(jìn)后，性能有明顯改善，沖擊性能顯著提高，能達(dá)到客戶的要求。

為了減小40CrNiMo軸水冷開裂風(fēng)險(xiǎn)，把所有倒圓角工序變成加工光滑圓角。應(yīng)用改進(jìn)工藝投入實(shí)際生產(chǎn)后結(jié)果如表3所示。

表2 試塊性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 Performance test result of test block

表3 實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果Table 3 Actual production results

4 結(jié)論

(1)根據(jù)截面大小不同，把工件分成3個(gè)類型，根據(jù)每個(gè)類型的特點(diǎn)分別制定有針對性的工藝方法，能達(dá)到較好的力學(xué)性能，提高一次交檢合格率。

(2)粗大截面的軸類工件，受冷卻速度的影響，沖擊功比小截面工件低。滿足以下條件：形狀規(guī)則，尺寸均勻，無較大截面差，端頭和所有加工棱角處均采用加工圓角?？梢匝娱L快速冷卻階段的時(shí)間，必要時(shí)采用快冷→空冷→快冷交替進(jìn)行，減小溫差，減小應(yīng)力。采用這些方法能有效提高整體力學(xué)性能，滿足超標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1] 李如學(xué)，王瑞雪，聶海濱，等. 改進(jìn)調(diào)質(zhì)工藝提高頂驅(qū)旋塞閥閥體低溫沖擊性能[J]. 金屬熱處理，2013，38(5)：112-114.

[2] 蔡鐵莊，王文. 提高調(diào)質(zhì)鋼鍛件沖擊韌性的工藝試驗(yàn)[J]. 大型鑄鍛件，2009(3)：6-9.

[3] 金榮植. 齒輪熱處理常用淬火冷卻介質(zhì)的選擇及應(yīng)用[J]. 金屬加工(熱加工)，2013(9)：20-27.

編輯 杜青泉

Study on Heat Treatment Process of 40CrNiMo Nuclear Power Shaft

YangDi，LiXiaohong

According to the classification of section size of 40CrNiMo nuclear power shaft, work out a targeted heat treatment process and finally improve the product qualification rate.

40CrNiMo, heat treatment process, mechanical property

TG156

B

2017—02—21

楊迪(1980—)，男，主要從事熱處理工藝研究與設(shè)計(jì)工作。