[发明专利]一种34CrNiMo6钢制风电主轴的锻造工艺

说明书

技术领域

本发明锻造技术领域，具体涉及一种34CrNiMo6钢制风电主轴的锻造工艺。

背景技术

截止到2012年年底，我国风电累计装机容量达到7532万kw，保持总装机容量全球第一。风电机组运行在自然环境中，一年四季经历温度、风力等各种极端气候的考验，受力情况非常复杂。由于风电机组的大型化，零部件的结构越来越大，风电机组中主要部件的设计和制造问题将更加突出。主轴是风力发电机组中重要的零部件，体积大，质量大。从国内外的风电机组的运行实际情况来看，主轴断裂是主轴失效的主要形式，为了提高主轴的安全性和可靠性，必须保证主轴具有可靠的强度、刚度和足够的疲劳寿命。提高创新能力和制造技术水平是对整个行业提出具体要求，也是风电机组安全可靠运行的保证。在风力发电机组中，主轴承担了叶轮传递过来的各种载荷，并将扭矩传递给增速齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给机舱和塔架。风电机组的主轴材料应具有良好的综合机械性能（良好的淬透性，强度，耐磨性，韧性），以适应高应力和抗冲击载荷的作用。

CN103469092A中公开了一种利用 34CrNiMo6 钢为原料生产风机主轴的方法，包括精炼、锻造（镦粗、拔长、模锻成型）、热处理和精加工。上述锻造过程中的镦拔过程（镦拔次数和镦拔方法）并没有详细说明，镦拔次数少不利于锻件材质微观形成显微组织，晶粒较大，所得锻件机械性能较差；上述专利中锻造终锻温度为750℃，该温度下金属塑性低，变形抗力增加，可锻性较差，粗晶粒金属中的裂纹易产生和扩展，断裂吸收能量较少，因此表现出较低的抗冲击韧性、屈服强度和抗拉强度。CN103451402B中公开了一种大型轴类件的热处理方法，其中淬火温度为830～880℃，回火温度为500～640℃，淬火温度和回火温度值范围较宽，且采用连续加热，所得轴件的奥氏体晶粒长大的倾向大，刚组织较粗，也不利于优化轴件的综合机械性能。因此有必要对现有技术中的风电主轴锻造工艺进行改进和优化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种内部缺陷少、钢力学性能稳定的34CrNiMo6钢制风电主轴的锻造工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种34CrNiMo6钢制风电主轴的锻造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将常温钢锭三段式加热至始锻温度1180±10℃，保温；

S2：第一火次锻造，钢锭出炉后首先轻压钢锭一周，两端锐角倒钝，原长度为H的钢锭竖直后镦粗，停锻时镦粗比为1.9～2.1，然后按照0°-180°-90°-180°的坯料旋转顺序依次间隔进行单次单面压下量10～14%的单方向拔长至坯料长度为2.1H～2.4H，锻件回炉加热至始锻温度并保温；

S3：第二火次锻造，锻件出炉后倒棱，继续镦粗至坯料高度为H，重复S1的镦粗和拔长操作，锻件回炉加热至始锻温度并保温；

S4：第三火次锻造，锻件出炉后重复S2的倒棱、镦粗和拔长操作，将锻件旋转45°，以与S1中相同的坯料旋转顺序依次间隔进行单方向拔长得预定工艺尺寸的八方轴体，号印压痕确定法兰段和轴身段，锻件回炉加热至始锻温度并保温；

S5：第四火次锻造，锻件出炉后拔长轴身段至主轴轴身段预定最大尺寸，锻件回炉加热至始锻温度并保温；

S6：第五火次锻造，锻件出炉后进法兰头模具，压下法兰头成型，回炉加热至1170～1180℃，保温，然后降温至1080～1100℃保温2～3h；

S7：第六火次锻造，对锻件轴身段进一步拔长至主轴轴身端尺寸；

S8：锻件依次经锻后热处理、粗加工、调质热处理、成品加工，得34CrNiMo6钢制风电主轴。

为了使钢锭内部温度均匀，保温有利于在恒温下实现组织转变，避免钢锭各部位的热应力和/或组织转变应力过于集中，使34CrNiMo6钢在始锻温度下具有较高的塑性和交底的变形抗力，优选的技术方案为，S1中的钢锭加热过程为，将常温钢锭快速升温至350℃，以钢锭最大有效厚度计，保温0.18～0.22h/100mm，继续升温至550℃，保温0.18～0.22h/100mm，升温至850℃，保温0.36～0.44h/100mm，最后升温至1180±10℃。

导热性差的钢加热时钢锭表面和中心会出现较大的温差，引起内外层膨胀不均而产生温度应力，为了避免产生过大的温度应力和出现中心裂纹，使升温速率与钢锭的导热性相匹配，优选的技术方案为，钢锭350℃至550℃的温度区间内，升温速率为95～105℃/h；钢锭850℃至1180±10℃的温度区间内，升温速率为75～80℃/h。