[发明专利]一种大型轴类件的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面热处理技术领域，更具体的说，特别涉及材质为34CrNiMo6的一种大型轴类件调质处理及局部表面硬化处理的热处理方法。 

背景技术

风力发电机转轴是双馈风力发电机的重要部件，而双馈风力发电机又是风力发电机组的一个部件，风力发电机组用于风力发电，一般安装在偏远及风力较大的地区。风力发电机发生故障或损坏时更换难度较大，且成本昂贵；因此双馈风力发电机对转轴的强韧性、表面硬度及耐磨性要求比较高。当风力发电机的功率由千瓦级提升到兆瓦级后，随着设备的重量、尺寸、成本的增加，其拆装难度及拆装成本进一步增加；因此，为了节约成本只能通过保证使用寿命来实现。而为了保证上述的要求，原有的风力发电机转轴的材料多为35CrMo、42CrMo等合金钢材料，热处理要求也为常规的调质处理；当风力发电机功率提高到兆瓦级后，为了更好的实现转轴综合性能及表面性能更佳，一般选择采用34CrNiMo6钢。 

目前关于34CrNiMo6钢的热处理工艺，在EN10083标准中有调质工艺参数的简单说明，相关的文献和报道也仅仅局限于较小规格试棒的调质工艺，且没有调质后再进行表面硬化工艺的相关资料和报道。如：许业钢发表的《34CrNiMo₆钢调质工艺优化》采用Φ120mm试样，采用的热处理冷却方式是水淬油冷；马佳明、叶检、王丽莲发表的《高铁车轴用结构钢的热处理和力学性能》针对的34CrNiMo6材料是针对试棒为Φ25mm试样，采用的热处理冷却方式是喷水淬火；蔡红、叶检、王丽莲、李响妹发表的《高铁车轴用34CrNiMo6钢的热处理工艺》采用试棒Φ50mm。而对于34CrNiMo6钢调质后表面硬化的工艺方法，目前还没有相关的报道。 

对于现有的风电转轴，主要材质为35CrMo、42CrMo，一般采用的是传统调质热处理工艺，而无局部表面硬化工艺的要求。 

发明内容

本发明的目的在于解决新型的材质为34CrNiMo6的大型轴类件的综合性能提升、生产成本降低和安全可靠性等技术问题，提供一种大型轴类件的热处理方法。 

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：一种大型轴类件的热处理方法，该热处理方法包括调质处理和局部表面硬化处理，具体步骤如下： 

（1）首先将粗加工的轴进行淬火，淬火温度为830~880℃，保温时间4~7h，采用油冷却，油温≤80℃，油中冷却时间为45±15min；

（2）将淬火后的轴进行回火，回火温度为500~640℃，保温时间6~10h，回火后采用水冷，水温≤60℃，在水中冷却时间≥5min；

（3）将回火完工后的轴进行精加工处理；

（4）将精加工完成的轴进行局部表面硬化处理，即将轴水平放置在高频淬火专用工装上，设置轴的旋转速度1~3mm/s，高频感应加热电压9~11KV，阳极电流5~7A，感应器与轴间隙1~3mm，再采用L型喷水型感应器连续加热喷水淬火；

（5）将淬火后的轴放入热处理炉进行回火处理，回火温度为180~300℃，回火保温时间3~5h，回火后在空气中冷却。

根据本发明的一优选实施例：所述调质处理采用的检测试样尺寸为Φ120mm~Φ200mm。 

根据本发明的一优选实施例：所述淬火介质为油。 

根据本发明的一优选实施例：所述“L” 型喷水型感应器的长度等于或小于轴类件需要表面硬化区域宽度。 

在本发明中，用于水平放置风力发电机转轴的专用工装可以卧式机床，或专门设计的卧式工装。 

本发明为了提高风电转轴的总体性能及降低使用维护成本，兆瓦级风电转轴采用材质为34CrNiMo6，其化学成分为C 0.30~0.38%，Mn 0.50~0.80%，Ni 1.30~1.70%，Cr1.30~1.70%，Mo 0.15~0.30%，Si ≤0.40%。 

本发明采用的34CrNiMo6转轴经调质后的机械性能要优于现有技术中采用35CrMo、42CrMo两种材料的转轴，而且采用了调质后再局部表面硬化的工艺方法，综合性能和使用寿命都得到有效的提升，具体的性能对比情况见下表1。 

且采用本发明的方法热处理后产品1/2R处机械性能指标如下： 

1）抗拉强度≥900MPa；

2）屈服强度≥700MPa；

3）伸长率≥15%；

4）断面收缩率≥55%；

5）冲击功AKV（-40℃）≥45J。