熱套溫度對屏蔽主泵飛輪護環(huán)性能影響的研究

鄭吉偉，戚彩夢，張 鵬， 秦 斌，曲兆國，杜 娟

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

0 引言

屏蔽主泵電機飛輪護環(huán)采用ASTM A289 8級鍛件，該等級鍛件在無磁性奧氏體護環(huán)材料中強度等級最高。它同汽輪發(fā)電機護環(huán)一樣，采用冷脹形來提高材料強度[1]。裝配時，護環(huán)熱套于內部部件之外，保護內部部件不飛逸，有時還需對其進行加熱拆卸。冷作硬化材料性能對溫度敏感，因此護環(huán)裝配或拆解時的加熱參數(shù)選擇需考慮性能因素，須選擇合理的加熱溫度和時間，以保證護環(huán)部件的使用性能。國內幾個大型汽輪發(fā)電機制造公司對此方面進行過研究，但均集中在較低強度等級的護環(huán)上，ASTM A289 8級護環(huán)鍛件無此方面的研究。同種材料不同強度等級的護環(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，本文研究內容是找到該護環(huán)性能隨溫度的變化規(guī)律。

1 試驗用材

本研究所用ASTM A289 8級護環(huán)鍛件由國內某材料制造廠研制開發(fā)，其壁厚約50 mm，化學成分見表1，符合標準要求。化學成分檢驗試樣取自鍛件的中壁位置。

表1 化學成分 %

為驗證熱處理前后鍛件性能降低程度，在鍛件本體取樣，對原始性能進行了檢驗。按標準要求，拉伸試樣取自于中壁，即試樣軸線位于鍛件1/2壁厚處，沖擊試樣取自于內壁，沖擊試樣缺口距鍛件內表面為15 mm。拉伸試驗和沖擊試驗按ASTM A370的規(guī)定進行。室溫拉伸試驗采用名義直徑為12.5 mm，標距為50 mm的標準圓形試樣，高溫拉伸試驗采用名義直徑為10 mm，標距為40 mm的圓形試樣，沖擊試驗采用標準的V型缺口試樣。鍛件原始力學性能檢測結果見表2。

表2 力學性能

續(xù)表2 力學性能

2 熱處理方案

鍛件試料的熱處理采用整體均勻加熱方式，在電阻式箱式爐內進行，功率升溫，保溫溫度從200 ℃開始以50 ℃梯度遞增至600 ℃，保溫時間設定0 min，30 min，1 h及5 h四種，試料保溫結束后出爐空冷至室溫。具體的熱處理制度見表3，每個制度下拉伸試料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 結果及分析

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

圖1 屈服強度

圖2 抗拉強度

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,屈服強度和抗拉強度全部呈下降趨勢，從550 ℃開始下降明顯。從200 ℃～600 ℃，屈服強度最大下降了101 MPa，降低了7.9%，比未進行熱處理的鍛件原始性能降低了8.4%，最低值已經低于要求的驗收值；從200 ℃～600 ℃，抗拉強度最大降低了92 MPa，降低了7.2%，比未進行熱處理的鍛件原始性能降低了7.5%，最低值已接近驗收值。同樣可以看出，550 ℃前同一熱處理溫度不同保溫時間下， 鍛件材料的強度值波動規(guī)律不顯著，較離散，這與鍛件材料本身性能均勻性相關。550 ℃以后，同一熱處理溫度，隨保溫時間延長，性能下降明顯。

從圖3及圖4的塑性指標曲線可看出，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間的延長護環(huán)鍛件的沖擊韌性呈下降趨勢。經高溫長時間熱處理后，材料的韌性指標下降較大，最大下降比為41%，因此該護環(huán)材料應避免400 ℃以上長時間加熱。

4 結論及建議

(1) ASTM A289 8級護環(huán)鍛件的強度，包括屈服強度和抗拉強度，隨加熱溫度的升高和保溫時間的延長，其指標呈下降趨勢，550 ℃以后下降明顯，屈服強度下降百分比約8.4%，抗拉強度下降百分比約7.5%。沖擊韌性隨溫度變化規(guī)律與強度相同，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ASTM A289 8級護環(huán)鍛件的塑性指標隨加熱溫度及保溫時間變化不明顯。