風(fēng)力發(fā)電作為一種新興清潔能源,在我們的日常生活中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。與大型兆瓦級商用風(fēng)力發(fā)電不同,千瓦級風(fēng)力發(fā)電機主要滿(mǎn)足家庭或農場(chǎng)的用電需求,AISI 4340風(fēng)電主軸作為千瓦級風(fēng)力發(fā)電機的核心部件,承受著(zhù)復雜的應力狀態(tài),需要較高的強度和韌性。在實(shí)際生產(chǎn)中,通過(guò)使用專(zhuān)用工裝,采用合理工藝參數和裝爐方式,實(shí)現了風(fēng)機主軸的少無(wú)畸變熱處理。同傳統的熱處理方式相比，預冷淬火減小了工件開(kāi)裂的風(fēng)險,提高了生產(chǎn)效率。

風(fēng)機主軸的技術(shù)要求

風(fēng)機主軸是風(fēng)力發(fā)電機的主要部件之一,客戶(hù)技術(shù)要求該工件材質(zhì)為AISI 4340，相當于40CrNi2MoA鋼,其技術(shù)要求見(jiàn)表1。同時(shí),要求對工件進(jìn)行超聲波和磁粉檢測,分別達到EN10228-3的3級和EN 10228-1的3級水平。力學(xué)性能試樣采用加長(cháng)取樣的方式,取樣位置為距表面1/2R處,取樣方向為縱向。

熱處理工藝試驗

風(fēng)機主軸的生產(chǎn)工藝流程為:鋼錠鋸切→加熱→鍛造→熱切→鍛后熱處理→粗加工→無(wú)損檢測→調質(zhì)→力學(xué)性能測試→粗加工→無(wú)損檢測→精加工。AISI 4340屬于高合金鋼,具有很強的淬透性和淬硬性,為防止鍛坯在鍛后空冷時(shí)形成較大組織應力和熱應力,將鍛坯趁熱裝爐。同時(shí),隨爐降至300℃時(shí)進(jìn)行等溫加熱,有利于鍛坯內部氫的擴散,防止白點(diǎn)的形成,鍛后熱處理工藝曲線(xiàn)如圖1所示。在正式進(jìn)行生產(chǎn)之前,先選用AISI 4340試樣進(jìn)行工藝試驗,然后對試塊進(jìn)行取樣分析。第一次淬火回火試驗,我們將回火溫度定為560℃,調質(zhì)工藝曲線(xiàn)如圖2所示?；鼗鸷笤噳K表面硬度為32.2~33.0 HRC,低于技術(shù)要求,取樣分析發(fā)現拉伸試樣的抗拉強度為1170 MPa,也低于技術(shù)要求,其他指標均滿(mǎn)足技術(shù)要求。為了進(jìn)一步驗證技術(shù)參數,進(jìn)行第二次工藝試驗,將回火溫度由第一次的560℃調整為540℃,其他工藝參數不變。第二次工藝試驗結束后,對試塊取樣分析,結果如表2所示。從表2可知,經(jīng)過(guò)850℃淬火,540℃回火的試塊各項指標均滿(mǎn)足技術(shù)要求。

風(fēng)機主軸熱處理

在工件正式熱處理時(shí),根據設計的方案,利用吊裝帶將工件垂直放入制作好的工裝內,入爐后按工藝曲線(xiàn)進(jìn)行加熱和保溫。出爐淬火前,測定淬火液濃度和溫度,開(kāi)啟裘火液循環(huán)冷卻系統,并利用手持紅外測溫儀監控工件表面溫度。淬火時(shí),考慮到AISl 4340鋼材質(zhì)的特殊性,在快速轉移的條件下，實(shí)施預冷,在工件表面溫度降至相應的溫度時(shí),快速淬入冷卻介質(zhì)中。在整個(gè)冷卻過(guò)程中,讓工件在淬火液中做上下運動(dòng),盡量減少左右晃動(dòng)。冷卻結束后,及時(shí)將工件放入回火爐內進(jìn)行回火。

工件完成熱處理后,降至室溫,利用便攜式里氏硬度計檢測其表面硬度。經(jīng)檢測,第一爐產(chǎn)品表面硬度為37.7~41.7 HRC,同一件產(chǎn)品表面硬度偏差在2 HRC左右。硬度檢測合格后,對加長(cháng)件進(jìn)行本體取樣,結果如表3所示。同時(shí),對試樣的顯微組織進(jìn)行觀(guān)察和分析,其顯微組織如圖4所示。從圖中可以看出,回火后的組織由均勻的回火索氏體組成。

(1)通過(guò)熱處理工藝試驗和工件本體取樣分析,千瓦級風(fēng)機主軸通過(guò)鍛后正火、回火、粗加工后調質(zhì)處理,可以得到均勻的回火索氏體,工件獲得較高強硬度和良好的低溫沖擊性能,表面硬度達到40.2 HRC,本體取樣的力學(xué)性能R,為1140 MPa ,R.為1 250 MPa,A為14.5% ,Z為55% , Kv(-40 ℃)為40.0J,滿(mǎn)足產(chǎn)品技術(shù)要求。

(2)采用自制工裝,將工件垂直放置進(jìn)行加熱和冷卻,可以有效減少熱處理畸變,提高了生產(chǎn)效率。