風(fēng)電用G24Mn6行星架熱處理工藝研究

王曉燕 劉 佳 周星云(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司熱處理分公司，遼寧110142)

大型風(fēng)電齒輪箱均采用行星傳動(dòng)，是典型的低速、重載、變轉(zhuǎn)矩和增速傳動(dòng)，在齒輪箱的故障率中行星傳動(dòng)的故障率約占40%，是風(fēng)電齒輪箱中最容易出現(xiàn)故障的一級(jí)傳動(dòng)[1]。而行星架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱行星傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，這就要求行星架必須具備良好的綜合力學(xué)性能。鑒于G24Mn6行星架材料特殊、壁薄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)熱處理經(jīng)驗(yàn)少，我公司特成立項(xiàng)目組進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

1 零件材料、規(guī)格及技術(shù)要求

1.1 零件材料及規(guī)格

材質(zhì)為德國標(biāo)準(zhǔn)G24Mn6，其化學(xué)成分見表1。零件為鑄后毛坯狀態(tài)，輪廓尺寸為(?1120 mm～?558/464 mm)×703 mm。

表1 材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of material(mass fraction，%)

1.2 技術(shù)要求

熱處理后力學(xué)性能應(yīng)符合表2的要求。

1.3 取樣要求

在規(guī)定試塊位置距離表面1/4處取樣，做一拉三沖試驗(yàn)。

表2 力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirement

2 工藝試驗(yàn)

2.1 試塊準(zhǔn)備

試塊規(guī)格240 mm×240 mm×80 mm，為鑄后毛坯狀態(tài)，分別編號(hào)為1#、2#、3#試塊。

2.2 試驗(yàn)過程

試塊熱處理采用鑄后正回火或鑄后調(diào)質(zhì)兩種工藝進(jìn)行試驗(yàn)，1#、2#、3#試塊采用的工藝及性能檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，2#、3#試塊的性能明顯優(yōu)于1#試塊；2#試塊回火溫度稍微偏低導(dǎo)致硬度略偏高，沖擊值偏低；當(dāng)提高回火溫度至600℃時(shí)，硬度降至要求范圍的中間值，沖擊值明顯改善滿足要求。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)冷卻介質(zhì)對(duì)性能的影響。大鍛件的冷卻方式主要有水冷、油冷、空冷等，水的冷卻能力最強(qiáng)，油的冷卻能力比水小，空冷冷卻能力最低。在大多數(shù)情況下，鍛件在高溫下要求快冷以保證淬透，而在低溫時(shí)慢冷以減小熱應(yīng)力。冷卻介質(zhì)的選擇根據(jù)零件實(shí)際材料、結(jié)構(gòu)，在確保質(zhì)量的前提下，選擇較快的冷卻方式。

表3 試塊力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 Mechanical properties test result of test block

圖1 熱處理工藝Figure 1 Heat treatment process

(2)回火溫度對(duì)性能的影響。零件經(jīng)淬火之后可以得到馬氏體、貝氏體或珠光體組織，在能夠滿足材料力學(xué)性能的前提下，回火溫度越高綜合力學(xué)性能越好。

(3)通過G24Mn6行星架試塊試驗(yàn)，采用不同的冷卻介質(zhì)和不同回火溫度，其性能變化規(guī)律是：①正火回火后強(qiáng)度、硬度、沖擊值較低；②油冷淬火后采用不同溫度回火，隨著回火溫度的升高，零件的強(qiáng)度(硬度、抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn))降低，塑性和韌性升高，合適的回火溫度既滿足了硬度要求，也滿足了其材料性能要求。

3 行星架實(shí)際生產(chǎn)

本批待生產(chǎn)鑄件毛坯行星架共3件。由于該零件在我公司是首次生產(chǎn)，缺少該材料的生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，我公司高度重視，要求從工藝制定到生產(chǎn)操作嚴(yán)格把關(guān)，制定出各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制方法和措施，保證一次性合格。

3.1 工藝制定

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果及分析，結(jié)合零件和現(xiàn)場的實(shí)際情況，參照熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)，行星架的熱處理工藝按圖1曲線執(zhí)行。

3.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)和措施

(1)裝爐前檢查設(shè)備控制系統(tǒng)、淬火冷卻設(shè)備、循環(huán)系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是否正常，以保證其整個(gè)生產(chǎn)過程正常運(yùn)轉(zhuǎn)。行星架形狀復(fù)雜，采用平托盤裝爐，每個(gè)托盤裝1個(gè)行星架，大端面朝下放置，行星架與托盤接觸處要保證墊平墊實(shí)。

(2)靠近燒嘴部位的墊鐵，用耐火纖維蓋住墊鐵，防止墊鐵局部高溫從而影響零件。點(diǎn)爐前確保爐前爐后零件各壓1支臨時(shí)偶測定零件溫度，嚴(yán)格按工藝要求控制升溫與降溫速度，避免速度太快和溫度不均產(chǎn)生的變形，臨時(shí)偶顯示到淬火溫度后開始計(jì)算保溫時(shí)間。監(jiān)控人員與操作者定時(shí)查看爐內(nèi)溫度場，發(fā)現(xiàn)溫差時(shí)要及時(shí)調(diào)整偏差，嚴(yán)格控制燒嘴火焰大小，確保爐膛各區(qū)保持溫度均勻性。

(3)淬火時(shí)為了保證零件淬火冷卻性，控制油溫，同時(shí)打開循環(huán)攪拌系統(tǒng)。淬火出爐時(shí)采用吊鏈吊具吊托盤淬火，起吊平穩(wěn)，淬火操作迅速，嚴(yán)格控制零件出爐至進(jìn)油槽的時(shí)間。為提高行星架的淬火效果，在零件進(jìn)入油槽后保持緩慢串動(dòng)5 min。淬火后及時(shí)回火，嚴(yán)格按工藝執(zhí)行，確?；鼗饻囟染鶆颉⒈爻浞?。

(4)行星架熱處理結(jié)束后進(jìn)行硬度預(yù)檢。硬度預(yù)檢合格后按圖紙規(guī)定位置處加工制取力學(xué)性能試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)切取加工的行星架試樣進(jìn)行性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Testing results

結(jié)果顯示熱處理后的3件行星架力學(xué)性能均達(dá)到了指標(biāo)要求，經(jīng)檢查表面沒有裂紋等缺陷，滿

足技術(shù)要求。

4 結(jié)論

針對(duì)G24Mn6行星架進(jìn)行了一系列的試塊試驗(yàn)及分析，確定了合適的冷卻介質(zhì)及回火溫度等工藝參數(shù)，摸索出了G24Mn6行星架的熱處理工藝：930℃油冷淬火、600℃回火空冷。本批產(chǎn)品利用該工藝已全部合格生產(chǎn)，成功解決了該材料產(chǎn)品熱處理生產(chǎn)中的技術(shù)難題，為該產(chǎn)品后續(xù)的生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。

[1] 張志宏，劉忠明，張和平，等. 大型風(fēng)電齒輪箱行星架結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008(9)：54-56.