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摘 要： 摘要:某大型水輪機主軸上法蘭鍛件，力學性能要求高，鍛造難度大。在傳統(tǒng)的鍛造工藝基礎上，結合芯棒拔長+臺階精擴的鍛造方法，成功鍛出了端部帶法蘭的大型高圈鍛件，有效地降低了零件的毛凈比。 關鍵詞:水輪機;主軸上法蘭鍛件;制造工藝 大型水輪機主軸鍛件是
摘要:某大型水輪機主軸上法蘭鍛件，力學性能要求高，鍛造難度大。在傳統(tǒng)的鍛造工藝基礎上，結合芯棒拔長+臺階精擴的鍛造方法，成功鍛出了端部帶法蘭的大型高圈鍛件，有效地降低了零件的毛凈比。
關鍵詞:水輪機;主軸上法蘭鍛件;制造工藝
大型水輪機主軸鍛件是水利發(fā)電機組中重要零部件，其工作環(huán)境差，技術要求十分嚴格。公司簽訂了1套大型水輪機主軸上、下法蘭鍛件，其中上法蘭鍛件零件重量37.7t，零件尺寸如圖1所示。該鍛件法蘭直徑3210mm，總高2305mm，屬于帶法蘭薄壁高圈，單一地按照傳統(tǒng)高圈鍛造，鍛件毛凈比非常大。因此，針對此件上法蘭鍛件尺寸，結合現(xiàn)有的工裝輔具，采用芯棒拔長+臺階精擴的鍛造方法，成功鍛造出端部帶法蘭的高圈鍛件，零件的毛凈比低至1.48。
1技術要求
水輪機主軸用上法蘭鍛件，材質為20Mn5，化學成分及取樣要求均按照EN10250-2標準執(zhí)行。因此，主軸上法蘭鍛件需兩端取樣，法蘭端在螺栓孔套取縱向試棒，另一端套取切向試樣，距端面90mm處取一拉三沖試樣。其具體技術要求如下:
(1)化學成分要求見表1，為保證鍛件力學性能，同時結合其取樣深度，在材料的合金成分及碳當量上進行了相應的調整。
(2)鍛件的超聲檢測按EN10228-3:2016標準3級驗收，鍛件不允許有裂紋、夾層、白點、疏松等缺陷。
(3)力學性能要求需符合表2規(guī)定。
2主軸上法蘭鍛件鍛造工藝分析及優(yōu)化
2.1傳統(tǒng)鍛造工藝方案
從圖1分析，主軸上法蘭鍛件的法蘭直徑較大，總高度低于法蘭直徑，根據(jù)環(huán)圈類鍛件的生產經(jīng)驗，通常采用包絡法鍛造，主要工序流程是:
熱送鋼錠、氣割下料→鐓粗沖孔→芯棒拔長、平整端面→預擴內孔→精擴、出成品。
采用包絡法鍛造，外徑3210mm法蘭處將鍛造成直段，大大的增大了零件毛凈比，且后續(xù)機械加工余量非常大。
2.2優(yōu)化后鍛造工藝方案
為減輕主軸上法蘭鍛件的毛坯重量，公司對鍛造工藝進行優(yōu)化，調整鍛造工序，提出利用芯棒拔長+精擴內孔相結合的鍛造方法，將端部帶法蘭的高圈鍛件鍛造出來，鍛件尺寸如圖2所示，工藝步驟如下:
第Ⅰ火次，鋼錠熱送車間后，氣割下料。保溫后，坯料出爐鐓粗，沖孔800mm。這時鐓粗高度應盡量低，沖孔直徑適當減小，以增大下一火次的變形量。
第Ⅱ火次，保溫后，坯料預擴內孔，平整端面，注意法蘭端(Ⅱ部)的起角，避免局部缺肉，此火次的鍛比約為1.3。前2火次變形主要是使得鋼錠內部柱狀晶等鑄態(tài)組織經(jīng)變形后破碎成細小晶粒，同時為后面成型變形做好尺寸的鋪墊。
第ⅢⅣ火次，在這一火次中，考慮到兩端均取樣做性能檢測，各部均要有一定量的變形量，保溫后，采用芯棒按圖3所示卡臺拔長I部至工藝尺寸。拔長后，坯料返爐保溫，更換馬架工裝，出爐擴孔，此時Ⅰ、Ⅱ部的壁厚不同，采用馬杠分部精擴，出成品。
相關期刊推薦：《大型鑄鍛件》(雙月刊)創(chuàng)刊于1979年，由中國重型機械大型鑄鍛件行業(yè)協(xié)會、中國第二重型機械集團公司大型特鍛件研究所主辦。報道的專業(yè)范圍包括煉鋼、鍛壓、熱處理、金屬材料與熱處理、焊接、機加、測試技術、管理等，報道的重點是電站、冶金、礦山、石化、交通、航空航天等專業(yè)設備的鑄鍛件產品的研制。
鍛件出成品后，進行鍛后熱處理，工藝如圖4所示。經(jīng)過正火+高溫回火的預備熱處理，鍛件內部組織均勻性得到了明顯改善，為最終熱處理做準備。鍛件出爐后尺寸檢查滿足工藝要求，毛凈比約1.48，對比同類型鍛件，毛凈比已降至最低，機械加工量明顯減少。但是，因臺階高圈鍛件擴孔時，各部金屬流動的不一致性，易形成端部喇叭口。所以，這種芯棒拔長+精擴出成品的鍛造方法，適用于后續(xù)精擴量不大的臺階高圈鍛件。
3性能熱處理
根據(jù)EN10250-2標準對材料20Mn5的力學性能要求，對主軸上法蘭鍛件進行了性能熱處理，工藝如圖5所示，并在工件兩端按要求取樣。在法蘭端螺栓孔套取縱向試棒，在另一端距端面90mm，距熱處理表面t4處取切向試樣。工件的兩端力學性能檢驗全部滿足技術要求，見表3。
4結論
大型水輪機主軸上法蘭鍛件，屬于端部帶法蘭的高圈鍛件，公司采用芯棒拔長+精擴相結合的方法，成功地鍛造出水輪機主軸上法蘭鍛件。——論文作者：李雪1秦紅付1宋現(xiàn)洲2