锻造风机轴的工艺分析研究

    在整个风电产业链中，风能发电设备的制造是关键，其中重要零部件，如主轴、叶片等传动部件占据成本的 70%左右。因此，降低成本，提高零部件的性能是实 现风电高速发展的前提。而从现阶段看，风机主轴的毛坯都是用锻造生产的，其工艺复杂，操作困难，质量要求苛刻，导致材料消耗大，成品率不高；同时又与世界市场巨大的需求形成尖锐的矛盾，使得大量的资源得不到合理的利用。为此，设想如果能将锻造工艺，势必会降低生产成本，简化生产工艺，缓解供需矛盾，充分利用资源。

    将废旧的低碳钢板材或线材投人20 t中频感应炉，通过Ni板加人合金元素Ni，采用原材料控制S、P等有害元素，利用包底加人铝块的方式对钢液脱氧，再经过变质处理和吹氩镇定后，在合金液液相线以上40 °C 时浇注到金属型中。浇注后对冒口电加热，以提高冒口的补缩能力，内浇道外侧设有冷铁，通过CAE技术实现顺序凝固。开箱后的风机主轴毛坯照片。毛坯开箱后直接进行正火+回火处理，最后在水中调质。

将上述毛坯的冒口和内浇道切去，即为研究的铸件。为了能精确、全面的评估铸造生产的风机主轴的性能，对风机主轴所切取11块试样，并按切取位置进行编号，后文均按此编号进行阐述；从11块试样中切取3个020 mmx210 mm的圆柱形 试样和15个55 mmxlO mmxlO mm的长方体试样；再从圆柱形试样中机械切削出1个标准的拉伸试样、3个 (P20 mmxl5 mm和3个少20 mmxlO mm的小圆柱体试样，这里3个02O_xl5 mm的试样分别用于做夹杂物 测定（不腐蚀）、晶粒度测定（腐蚀）和备用件；3个 $20 mmxlO mm的试样分别用作密度测试、硬度测试和备用件；通过线切割将15个长方体试样加工成标准的U型缺口夏比冲击试样。

   按照金属材料室温力学性能测试标准分别对以上试样进行力学性能测试，并将实验结果及结果的平均值。由于本文在一开始就提出了风机主轴以铸代锻工艺的设想，因此，在比较相关力学性能的时候，采用与锻件相同成分的合金钢材料，不仅横向比较各个不同位置的性能优劣，而且纵向比较与锻件性能的高低，所以，加人了相应的锻件标准。

   从测试结果可以发现：任意部位试样的抗拉强度和屈服强度都高于锻造标准要求；除A1-3和A3-2处试样的伸长率高于锻造标准外，其余各处试样的伸长率均未达到锻造标准；除A1-3和A3-2处试样的断面收缩率高于锻造标准外，其余各部分断面收缩率均未达到锻造标准；除Al-l和A4-1处试样的冲击吸收功低于锻造标准外，其余各部分冲击吸收功均高于锻造标准; 任意部位试样的布氏硬度值均高于锻造标准。所以, 用本文所述的锻造工艺制备的风机主轴在强度、硬度方面达到了并超过了相应的锻件标准。

   通过对锻造成形的风力发电机主轴的前期设计、 模拟以及对试生产锻件性能测试的结果发现：风机主轴以锻代锻的成形工艺是可行的。这一新的制造工艺将会对资源的合理利用、风力发电的普及及推广、缓解风机市场的矛盾等起到巨大的推动作用。利用金属型重力锻造的成形工艺生产出来的风机主轴，主要存在着塑性、韧性不足的缺点，其他方面的性能都能达。