鄭吉偉，戚彩夢(mèng)，張 鵬， 秦 斌，曲兆國(guó)，杜 娟

(1. 哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040； 2. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

屏蔽主泵電機(jī)飛輪護(hù)環(huán)采用ASTM A289 8級(jí)鍛件，該等級(jí)鍛件在無磁性?shī)W氏體護(hù)環(huán)材料中強(qiáng)度等級(jí)最高。它同汽輪發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)一樣，采用冷脹形來提高材料強(qiáng)度[1]。裝配時(shí)，護(hù)環(huán)熱套于內(nèi)部部件之外，保護(hù)內(nèi)部部件不飛逸，有時(shí)還需對(duì)其進(jìn)行加熱拆卸。冷作硬化材料性能對(duì)溫度敏感，因此護(hù)環(huán)裝配或拆解時(shí)的加熱參數(shù)選擇需考慮性能因素，須選擇合理的加熱溫度和時(shí)間，以保證護(hù)環(huán)部件的使用性能。國(guó)內(nèi)幾個(gè)大型汽輪發(fā)電機(jī)制造公司對(duì)此方面進(jìn)行過研究，但均集中在較低強(qiáng)度等級(jí)的護(hù)環(huán)上，ASTM A289 8級(jí)護(hù)環(huán)鍛件無此方面的研究。同種材料不同強(qiáng)度等級(jí)的護(hù)環(huán)的冷作硬化變形率不同，受熱后性能的影響程度不一定相同，本文研究?jī)?nèi)容是找到該護(hù)環(huán)性能隨溫度的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)用材

本研究所用ASTM A289 8級(jí)護(hù)環(huán)鍛件由國(guó)內(nèi)某材料制造廠研制開發(fā)，其壁厚約50 mm，化學(xué)成分見表1，符合標(biāo)準(zhǔn)要求?；瘜W(xué)成分檢驗(yàn)試樣取自鍛件的中壁位置。

表1 化學(xué)成分 %

為驗(yàn)證熱處理前后鍛件性能降低程度，在鍛件本體取樣，對(duì)原始性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。按標(biāo)準(zhǔn)要求，拉伸試樣取自于中壁，即試樣軸線位于鍛件1/2壁厚處，沖擊試樣取自于內(nèi)壁，沖擊試樣缺口距鍛件內(nèi)表面為15 mm。拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)按ASTM A370的規(guī)定進(jìn)行。室溫拉伸試驗(yàn)采用名義直徑為12.5 mm，標(biāo)距為50 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓形試樣，高溫拉伸試驗(yàn)采用名義直徑為10 mm，標(biāo)距為40 mm的圓形試樣，沖擊試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)的V型缺口試樣。鍛件原始力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 力學(xué)性能

續(xù)表2 力學(xué)性能

2 熱處理方案

鍛件試料的熱處理采用整體均勻加熱方式，在電阻式箱式爐內(nèi)進(jìn)行，功率升溫，保溫溫度從200 ℃開始以50 ℃梯度遞增至600 ℃，保溫時(shí)間設(shè)定0 min，30 min，1 h及5 h四種，試料保溫結(jié)束后出爐空冷至室溫。具體的熱處理制度見表3，每個(gè)制度下拉伸試料2件，規(guī)格為25 mm×25 mm×150 mm，沖擊試料2件，規(guī)格為12 mm×12 mm×60 mm。

表3 熱處理制度

3 結(jié)果及分析

護(hù)環(huán)鍛件制造過程中經(jīng)固溶處理后仍需要采用冷脹形成型，是采用冷作硬化強(qiáng)化的典型材料[2]。冷作硬化是金屬材料在常溫或再結(jié)晶溫度以下的加工產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒產(chǎn)生剪切、滑移，晶粒被拉長(zhǎng)，使金屬的強(qiáng)化指標(biāo)，如屈服點(diǎn)、硬度等提高，塑性指標(biāo)如伸長(zhǎng)率降低的現(xiàn)象。冷作硬化材料經(jīng)不同溫度和時(shí)間的熱處理后，組織結(jié)果會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，相應(yīng)的性能也會(huì)發(fā)生變化[3]。圖1～圖5分別列出了護(hù)環(huán)鍛件按上述工藝熱處理后屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率及沖擊吸收功的試驗(yàn)結(jié)果和隨溫度的變化曲線。拉伸試驗(yàn)溫度為100 ℃，沖擊試驗(yàn)溫度為25 ℃，所采用的試樣形式與鍛件原始性能檢驗(yàn)的相同。

圖1 屈服強(qiáng)度

圖2 抗拉強(qiáng)度

圖3 延伸率

圖4 斷面收縮率

圖5 沖擊吸收功

從圖1及圖2的曲線可明顯看出，隨溫度的升高,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度全部呈下降趨勢(shì)，從550 ℃開始下降明顯。從200 ℃～600 ℃，屈服強(qiáng)度最大下降了101 MPa，降低了7.9%，比未進(jìn)行熱處理的鍛件原始性能降低了8.4%，最低值已經(jīng)低于要求的驗(yàn)收值；從200 ℃～600 ℃，抗拉強(qiáng)度最大降低了92 MPa，降低了7.2%，比未進(jìn)行熱處理的鍛件原始性能降低了7.5%，最低值已接近驗(yàn)收值。同樣可以看出，550 ℃前同一熱處理溫度不同保溫時(shí)間下， 鍛件材料的強(qiáng)度值波動(dòng)規(guī)律不顯著，較離散，這與鍛件材料本身性能均勻性相關(guān)。550 ℃以后，同一熱處理溫度，隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)，性能下降明顯。

從圖3及圖4的塑性指標(biāo)曲線可看出，鍛件材料的延伸率和斷面收縮率的變化規(guī)律不顯著，且均能滿足塑性指標(biāo)要求。

從圖5沖擊韌性值及曲線變化規(guī)律可以看出，隨著熱處理溫度的升高及保溫時(shí)間的延長(zhǎng)護(hù)環(huán)鍛件的沖擊韌性呈下降趨勢(shì)。經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間熱處理后，材料的韌性指標(biāo)下降較大，最大下降比為41%，因此該護(hù)環(huán)材料應(yīng)避免400 ℃以上長(zhǎng)時(shí)間加熱。

4 結(jié)論及建議

(1) ASTM A289 8級(jí)護(hù)環(huán)鍛件的強(qiáng)度，包括屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，隨加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，其指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，550 ℃以后下降明顯，屈服強(qiáng)度下降百分比約8.4%，抗拉強(qiáng)度下降百分比約7.5%。沖擊韌性隨溫度變化規(guī)律與強(qiáng)度相同，400 ℃以上降低開始顯著，降低約20%，550 ℃以上迅速降低，約41%以上，因此建議避免鍛件加熱400 ℃以上。

(2) 600 ℃以下時(shí)ASTM A289 8級(jí)護(hù)環(huán)鍛件的塑性指標(biāo)隨加熱溫度及保溫時(shí)間變化不明顯。