锻造整体式主轴锻件工艺优化

      我公司是锻件的生产厂家，每年生产很多水轮机主轴锻件，其中生产的主轴锻件多为整锻主轴。随着机组升级改造，现阶段生产的整锻主轴锻件碳当量≤0．52％，有效截面尺寸大、强度要求较高，通常的正回火难以满足性能要求。通过调整工艺、改变淬火冷却方式、降低回火温度等工艺措施，满足主轴锻件机械性能。

1.技术要求

   主轴锻件热处理难点：碳当量低、强度要求高，两端大法兰处截面尺寸大，纵向试料位置冷却效果不好，强度无法满足技术要求。用正回火工艺，材料切向性能与技术要求比较接近，而轴端纵向性能与技术要求差距较大。采用正回火工艺，该主轴性能无法满足技术要求。

2.工艺方案制定

  主轴锻件我公司共生产5件，其中一支主轴锻件实测化学成分，由于碳当量较低，轴端截面尺寸大，为了提高轴端的冷却速度而又避免产生过大应力，拟定采取水淬+油冷的淬火冷却方式，通过采用水淬+油冷，切向性能满足技术要求。但法兰端部截面大，淬火冷却介质影响冷却效果，且纵向B、c取样部位冷却不充分、冷却速度偏低，水冷20 min只能淬透表层，致使抗拉强度普遍偏低。采用调质工艺与正回火工艺相比，切向、纵向性能都有不同程度的改善。

   考虑主轴锻件的碳当量≤0．52％，同时实测碳含量为0．3％，水冷淬裂的风险小，拟定采用水冷的冷却方式同时降低回火温度，以期提高轴端纵向强度。对热处理工艺做了以下调整，具体热处理工艺。两端法兰纵向B、C的强度有较大提高，且性能均满足技术要求。水淬油冷工艺与正回火工艺相比虽然性能有不同程度提高，但水冷时间不够、只能淬透表层，两端法兰纵向B、C取样部位水冷时间短、冷却不充分，受淬火冷却介质影响，冷却速度偏低。经过水冷同时降低回火温度等工艺措施，提高了纵向B、c取样部位的冷却速度，使强度有较大提高。

    经过对调质热处理工艺的优化，最终使主轴锻件性能指标全部合格，按照调整后的热处理工艺，我公司后续又生产了4件，热处理一次合格，验证了工艺对此类主轴锻件的适用性。对于碳当量低、强度要求高的大截面整锻主轴，在正回火难以达到技术要求的情况下，可通过调质热处理提高冷却速度、降低回火温度等工艺措施提高强度指标。