辽宁工业大学40CrNiMo钢汽轮机主轴

1、辽 宁 工 业 大 学 相变原理与工艺 课程设计（论文）题目：40CrNiMo钢汽轮机主轴的热处理工艺设计 院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室：学 号学生姓名专业班级课程设计（论 文）题 目40CrNiMo钢汽轮机主轴的热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述40CrNiMo淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述汽轮机主轴热处理质量检验项目、内容及要求；阐明汽

2、轮机主轴热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1.汽轮机主轴材料的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2.给出40CrNiMo的C曲线；3.给出40CrNiMo汽轮机主轴冷热加工工艺流程图；4.制定40CrNiMo汽轮机主轴淬火-回火热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）工艺设计；3）热处理工艺卡；4）参考文献。设计说明书结构见工艺设计模板。工作计划集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，设计7天：1）概述0.5天，2）服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状与热

3、处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩： 学生签字： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录目 录I1 汽轮机主轴热处理工艺概述12 40CrNiMo钢汽轮机主轴的热处理工艺设计22.1 汽轮机主轴的服役条件、失效形式22.2 汽轮机主轴技术要求及零件示意图22.3 汽轮机主轴的材料选择32.4 40CrNiMo钢的

4、C曲线32.5 汽轮机主轴的加工工艺流程图52.6 汽轮机主轴的热处理工艺设计52.7汽轮机主轴的退火、淬火、回火热处理工艺理论92.8 40CrNiMo钢热处理的设备、仪表和工夹具选择112.9 汽轮机主轴的热处理质量检验项目、内容及要求132.10 汽轮机主轴的热处理常见缺陷的预防及补救方法143 热处理工艺卡163.1 汽轮机主轴不完全退火工艺卡163.2 汽轮机主轴淬火工艺卡173.3 汽轮机主轴高温回火工艺卡184 参考文献21辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）1 汽轮机主轴热处理工艺概述汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械，是现代

5、火力发电厂中应用最广泛的原动机，汽轮机中的高压转子调速器端用刚性联轴器与一根主轴连接，此主轴上装有主油泵和超速跳闸机构。主轴是汽轮机最主要的零件之一主轴承受的载荷: (l)蒸汽通过动叶片时膨胀而使转子旋转的扭曲力矩; (2)由于主轴自重和紧固在轴上的零件重量引起轴弯曲而产生的弯曲力矩; (3)由于长期在高温下工作及蒸汽温度沿轴向及径向的变化而产生的热应力; (4)由于转子装配不可能完全平衡而引起旋转时由离心力导致的振动及由此产生的反复应力。为了适应上述工作条件,汽轮机主轴材料应具有最良好的综合机械性能,常温及高温强度、塑性、韧性都要较高。目前主要使用35CrMoA钢、34CrNi3Mo钢、40

6、CrNiMo钢等。热处理工艺内容包括常规热处理：锻造、正火、粗加工、调质、精加工、等温淬火。本设计所选用的40CrNiMo钢只需经过常规热处理即调质就可以得到很好的效果。比其他钢有着更好的淬透性。调质是工件淬火后再进行高温(500650)回火的双重热处理操作。它的目的是细化晶粒,并获得均匀的具有一定弥散度的和具有优良综合机械性能的细密球状珠光体组织，从而可使工件的韧性和塑性得到提高。它广泛应用于中碳及中碳合金结构钢中,合金元素的主要作用是提高淬透性及综合机械性能。淬火是把钢加热到临界温度保温一定时间使之奥氏体化以大于临界冷却速度的冷速冷却得到马氏体和下贝氏体的一种工艺，以提高硬度耐磨性、强韧性

7、、弹性、耐腐蚀性和耐热性。回火是将淬火后的钢,在Ac1下加热、保温后冷却下来的一种热处理工艺。高温回火常在500650区间进行。其目的主要是在降低强度、硬度及耐磨性的情况下大幅度提高塑性及韧性，以便得到良好的综合机械性能。通过对40CrNiMo钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间、保温时间、冷却方式，其目的就是通过正确合理的热处理工艺，使金属材料达到工件所需的各种性能。根据汽轮机主轴的工作条件，本设计选择的汽轮机主轴材料为40CrNiMo调质钢；在设计调质热处理工艺中本设计借鉴了热处理工艺规范手册、钢的热处理、热处理手册、金属热处理工艺

8、学、钢及其热处理曲线手册、典型零件热处理技术、金属材料热处理、机械零件尺寸手册等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的40CrNiMo调质钢在常温和高温下具有较高的强度、塑性、韧性以及良好的综合力学性能，从而达到汽轮机主轴的性能要求。· 窗体底端2 40CrNiMo钢汽轮机主轴的热处理工艺设计2.1 汽轮机主轴的服役条件、失效形式2.1.1 服役条件汽轮机主轴箱是一个变速装置，主轴转速将会转变为一种或多种转速，这个变速过程是通过一系列相互啮合的从动轮齿轮轮齿施加动力从而带动从动轮的旋转。这一过程中主轴主要承受以下载荷：(1) 蒸汽通过动叶片时膨胀而使转子旋转的

9、扭曲力矩;(2) 由于主轴自重和紧固在轴上的零件重量引起轴弯曲而产生的弯曲力矩;(3) 由于长期在高温下工作及蒸汽温度沿轴向及径向的变化而产生的热应力;(4) 由于转子装配不可能完全平衡而引起旋转时由离心力导致的振动及由此产生的反复应力。2.1.2 失效形式(1) 变形 变形大多由于紧固在轴上零件重量超过主轴横向载荷，或在高温蒸汽下强度下降导致的塑性变形。(2) 磨损 主轴在与其他零件互相接触相对运动时彼此间会产生摩擦，磨损现象，使其丧失原有的几何形状和精度，从而导致失效。(3) 断裂 长期的交变载荷作用容易导致疲劳断裂；承受大载荷或冲击载荷会引起过量变形、断裂，长期承受较大摩擦，轴颈及花键表

10、面会出现过量磨损。这些都会促使疲劳断裂的发生。2.2 汽轮机主轴技术要求及零件示意图2.2.1技术要求 汽轮机主轴工作时，主轴高速旋转，受到弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用、根据服役条件和失效形式分析，可以查阅相关资料确定主轴技术要求。 主轴调制后在试样段距离表面1/3R处取纵向试样进行机械性能试验。工厂标准性能要求见表1(硬度为距离表面1/3R处到表面的硬度最低要求)。sMPa bMPa % % akJ/cm2 HB 588 765 14 35 39.2 234表1 主轴机械性能要求2.2.2 零件示意图 图1 汽轮机主轴零件示意图(单位：mm) 2.3 汽轮机主轴的材料选择 汽轮机主轴材料的

11、选择主要考虑主轴在高速运转时要承受多重载荷作用，如弯曲、扭转、冲击等。所以主轴具有抵抗各种载荷的能力。当主轴的载荷较大转数较高时，还要承受很高的交变功，因此主轴具有较高的疲劳强度和综合力学性能。 （1）对于载荷较小的主轴一般选用成本较低的调质钢制造如45钢、40Cr，经调质处理后硬度可达220250HBW。（2）对于载荷较高的主轴大都选用35CrMoA钢、34CrNi3Mo钢、40CrNiMo钢 。但在汽轮机主轴的应用上，35CrMoA钢在调质后的机械性能与机械性能标准比较,会发现强度指标达到要求但塑性和冲击韧性不合格。或出现相反的情况,即塑性和冲击韧性合格，但强度指标达不到要求。若提高回火温

12、度以提高、值和ak值，由于a和b值比标准值高不了多少，结果往往是塑性和韧性指标达到了，强度又降下来，不合格,两者不能兼顾。34CrNi3Mo钢虽然在调质后可以达到汽轮机主轴的技术要求，但价格相对较高，且淬透性较差。无论力学性能还是淬透性不如40CrNiMo钢。40CrNiMo钢是一种优质的合金钢，具有较高的强度、韧性，良好的淬透性以及抗过热的稳定性，在调质状态下，适于制造强度高、截面大的重要零件，不需要渗氮就可以达到汽轮机主轴的技术要求。本次设计选用的材料为40CrNiMo钢，经过调质处理后可以得到综合力学性能良好的材料，完全可以达到汽轮机主轴的性能要求。2.4 40CrNiMo钢的C曲线对于

13、低合金钢而言，淬火温度主要根据钢的临界点来确定。合金元素容易导致奥氏体粗化，为了加速奥氏体化而又不引起奥氏体晶粒的粗化，淬火温度选择Ac3+(50100),考虑其良好的淬透性，选择油淬较为适宜。通过查找热处理手册1获得40CrNiMo钢的C曲线如图2，40CrNiMo钢的临界温度Ac1为732，Ac3为774。几乎所有的合金元素(除Co外)都使C曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。除Co、Al以外，所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。图2 40CrNiMo钢的C曲线 其化学成分详见表2表2 40CrNiMo钢的成分2.5 汽轮机主轴的加工工艺流程图 汽轮机主轴的加工具体工艺流程

14、见图3。热处理工艺主要为退火、淬火和高温回火三个过程。 锻造 退火 粗加工 检验 精加工 淬火高温回火 装配 图3 工艺流程图2.6 汽轮机主轴的热处理工艺设计2.6.1 锻造工艺设计 锻造工艺应注意首次锻造40CrNiMo钢,其锻造性能及工艺参数都不了解,为保证产品质量,在锻造工艺参数的选择上,采用了既要保证坯料烧透,内外温度均匀,使变形抗力小易于锻造,又要防止坯料在加热过程中产生过热、过烧、严重脱碳、内裂及锻后晶粒粗大等缺陷的原则。锻造过程参数如下： 始锻温度:1100 ,终锻温度:850 加热规范:冷炉装料,加热升温2.5h,达到始锻温度后,保温1h。 加热设备:天然气炉 锻造设备:3t

15、锤、750kg锤 锻后冷却:堆冷 硬度：200237HB2.6.2 退火工艺设计 工件锻造后为了消除热锻产生的内应力并提高工件的机械加工性能，一般会进行退火或正火处理，对于都能达到目的条件下一般选用工艺简便的正火，而对于要求硬度较低的工件则选用退火。 正火是将工件加热至Ac3或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线)以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的方法使正火冷却速度比退火冷却速度稍快。 退火是指将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，分为完全退火和不完全退火。完全退火是指将钢完全奥氏体化，随后缓慢冷却，获得接近平衡

16、状态组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析成分铸件。可以细化晶粒消除残余应力与组织缺陷，降低硬度提高塑性。不完全退火就是将钢件加热到Ac1Ac3之间，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的一种工艺方法。由于不完全退火实在两相温度区加热，组织不能完全重结晶，细化晶粒不如完全退火好，先共析相的形态、分布、大小也不能完全改善。但其优点是加热温度低，工艺周期短，节能，降低工艺成本，提高加热炉的使用率等。所以不完全退火主要用于，锻造组织较好的钢件退火，以改善组织，消除应力，降低硬度，提高机械加工性能。  40CrNiMo钢热轧状态下为上贝氏体组织，硬度较高，不利于切削加工，退火的目的是细化晶粒，均匀

17、组织，消除内应力，改善机械加工性能，并为接下来的调质处理做好组织准备。40CrNiMo钢经正火处理在810870加热保温后在380/min空冷条件下显微组织为以贝氏体为主兼有马氏体和残余奥氏体的混合组织，硬度较高为300340HB;810870完全退火炉冷过程中，形成铁素体+珠光体的带状组织，力学性能较差;760不完全退火后形成粒状贝氏体组织，硬度值约175HB，适宜机械加工。此设计数据来源于热处理工艺规范数据手册2因此本设计对40CrNiMo采用不完全退火，温度应控制在760，低合金钢采用随炉加热标准为100/h，其保温时间需根据工件大小判断，根据金属热处理工艺学3可知工件截面积厚度每增加1

18、毫米，保温时间需要延长1.52.5min。Ac3 774760Ac1 732炉冷180/h 时间th4h加热100/h已知汽轮机主轴最大截面处厚度为215mm由此可计算退火保温时间应控制在4h，为保证能得到粒状贝氏体组织提高机械加工性能，冷却时间应控制在180/h，所以采用炉冷。退火工艺曲线为图4。 温度T图4 40CrNiMo退火工艺曲线2.6.3 淬火工艺设计淬火可以有效提高钢的强度、硬度、耐磨性等力学性能，从而满足工件的要求。(1) 淬火温度选择 由图2可知40CrNiMo钢的临界温度Ac1为732，Ac3为774，通常情况下对于合金钢，淬火温度普遍在Ac3以上70100，因为考虑到Cr

19、、Ni、Mo合金元素的溶解与均匀化问题，难以与碳形成合金碳化物，很难溶入奥氏体中，所以合金钢淬火温度比普通钢更高一些。但对于40CrNiMo钢有所不同，虽然同为合金钢，但40CrNiMo在790淬火时硬度即可达到最大值。继续提高淬火温度，硬度不会得到明显提升甚至可能出现下降，而且提高淬火温度会令钢的冲击韧性下降。而对于汽轮机主轴，冲击韧性是考核一个主轴是否合格的重要指标，因而不能按照常规淬火温度对40CrNiMo钢进行淬火。本设计淬火温度设定为790。(2) 淬火加热保护涂料选择 在工件加热时，温度达到200时就开始发生氧化，加热到600时就开始发生脱碳，因此必须进行防护措施，对于使用温度接近

20、800的情况下通常使用3号保护涂料，其主要成分有：玻璃料、氧化铬、云母、氧化铁、滑石粉、虫胶液、改性膨润土、乙醇溶剂。即为本设计所选用的保护涂料。(3) 淬火加热保温时间确定 工件的加热保温时间同一下几个因素有关：钢的成分、工件尺寸及装炉量、加热设备、装炉情况、炉温。经验公式如下：t=KDt淬火加热时间(min)加热系数(min/mm)D工件有效厚度(mm)K排料系数查阅资料可知40CrNiMo钢=1.5，K=1，由图1可知D=125mm，由此计算出加热保温时间约需3h。以上数据来源于金属热处理工实用技术4。(4) 淬火冷却 40CrNiMo钢淬透性很好，若采用水冷可能会由于高温阶段冷速过快发

21、生淬裂，因此本设计选用HJ-10号机械油油冷，油温控制在80以下，可以有效避免主轴变形开裂。淬火工艺曲线如图5所示，加热过程应采用随炉缓慢加热。温度T790保温A c3 7743h60/s油冷时间t h图5 40CrNiMo钢淬火工艺曲线2.6.3高温回火工艺设计40CrNiMo钢经过淬火后所获得的马氏体是高度不稳定的，淬火后需立即进行回火。回火是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延伸

22、性或韧性。随着回火温度的升高，钢的抗拉强度下降；屈服强度先稍升高而后降低；断面收缩率和伸长率不断改善；韧性总的趋势是上升，但在300400之间和500550之间出现两个极小值，相应地被称为低温回火脆性与高温回火脆性。因此，为了获得良好的综合力学性能，合金结构钢往往在三个不同温度范围回火：超高强度钢约在200300；弹簧钢在460附近；调质钢在550650回火。碳素及合金工具钢要求具有高硬度和高强度，回火温度一般不超过200。回火时具有次生硬化的合金结构钢、模具钢和高速钢等都在500650范围内回火。淬火+高温回火常称为调质。(1) 回火温度确定 根据热处理工艺规范数据手册1可得出回火温度在40

23、0时可达到最大强度和最低韧性，在700时相反，回火温度控制在550时的力学性能最适合汽轮机主轴的工作条件。(2) 回火时间确定 回火时间可以根据实际应用中的经验公式计算。th=Kh+AhDth回火时间(min)Kh回火时间基数(min)Ah回火时间系数(min/mm)D工件有效厚度(mm)查阅相关资料可知Kh=10，Ah=1，D=125mm。因为合金钢中的合金元素导热性较差，因此回火时间要长一些，本次设计中回火时间设定为2.5h。(3)回火后的冷却 由于含有Cr、Mo、等合金钢的回火脆性敏感度较大，为了避免回火脆性，应采用快冷。本次设计采用油冷。温度T550保温2.5h油冷60/s时间th图6

24、 40CrNiMo钢回火工艺曲线2.7汽轮机主轴的退火、淬火、回火热处理工艺理论2.7.1 退火原理 不完全退火就是将钢件加热到Ac1Ac3之间，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的一种工艺方法。由于不完全退火实在两相温度区加热，组织不能完全重结晶，细化晶粒不如完全退火好，先共析相的形态、分布、大小也不能完全改善。但其优点是加热温度低，工艺周期短，节能，降低工艺成本，提高加热炉的使用率等。所以不完全退火主要用于，锻造组织较好的钢件退火，以改善组织，消除应力，降低硬度，提高机械加工性能。40CrNiMo钢属于亚共析钢在完全退火过程中，过冷奥氏体在冷却过程中先在低碳合金元素处析出共析铁素体，将多余的碳

25、排入两次的富化带，形成铁素体+珠光体的带状组织力学性能较差。而在760的不完全退火后得到的组织是粒状贝氏体，该组织具有较低的强度和较好的韧性，对应不同的保温时间的硬度约为175HB，适合本设计的工艺流程，所以采用不完全退火。图7为760下不同保温时间及冷却方式下的硬度值。图7 40CrNiMo钢不同工艺参数的影响2.7.2 淬火工艺原理把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火是使钢强化和获得某些特殊使用性能的主要方法。一般来说，淬火后还必须有回火与之相配合，以达到提高硬度、耐磨度、

26、强韧性，耐蚀性、耐热性等的目的。所谓钢的淬透性，就是钢在淬火时获得马氏体的能力。根据淬透性对钢的组织及性能的影响可知，钢热处理后的性能决定于钢材热处理后所获得的金相组织。当回火温度一定时，淬火组织就成为影响钢材在调质处理后力学性能的重要因素。钢淬火后的金相组织不仅与工件的尺寸大小和淬火时的冷却条件等因素有关，而且与钢的淬透性高低有密切关系。如果工件尺寸和淬火条件一定时则钢的淬火组织仅由其淬透性决定。淬火时往往会遇到两种情况：一种是工件从表面到中心都获得马氏体组织，同样具有高硬度，称之为“淬透”了；另一种是工件表层获得马氏体组织，具有高硬度，而心部则是非马氏体组织，其硬度偏低，称之为“未淬透”。

27、图8为40CrNiMo钢的淬透性曲线。40CrNiMo钢这种材料是低合金钢，其淬透性在低合金钢中较为优秀。由淬透性曲线可得，其油淬临界直径为25一40mm,水淬临界直径为50一65mm(心部为50%马氏体,心部硬度46HRC)。图8 40CrNiMo钢的淬透性曲线40CrNiMo钢虽然属于合金钢，理论上淬火温度应该比碳钢使用更高的温度，但通过查阅资料显示，40CrNiMo钢经850淬火即常规淬火后其组织为板条状和少量针状马氏体，这种板条状组织可以大大提高钢的力学性能，其硬度呈现较高值，但有一个明显缺点就是冲击韧性较差，汽轮机主轴的性能要求中，良好的冲击韧性是一个非常重要的指标。为了实际使用过程

28、中40CrNiMo钢具有良好的韧性，可以通过高温回火或降低淬火温度来进行热处理，因为40CrNiMo钢具有良好的淬透性，淬火温度设定在790就可以得到最大的冲击韧性，而且硬度强度也能达到标准达到57.2HRC。淬火后的冲击韧性不足以说明淬火温度是否合适，因此图9为不同淬火温度在不同温度下回火后的冲击韧性。 图9 淬火温度对冲击韧性的影响2.7.3 高温回火工艺原理回火是指将淬火钢加热到临界点A1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。高温回火则属于调质工艺中的一个环节。回火工序中，除高温回火之外，还有低温回火和中温回火，低温回火是为了得到硬度相对较高回火马氏体，中温回火是为了得

29、到具有较好弹性极限的回火屈氏体，高温回火则是为了得到塑性韧性强度硬度均衡的良好综合力学性能的回火索氏体。汽轮机主轴工作时需要承受相当大的弯曲力矩和扭曲力矩，因而对塑性韧性强度硬度均有较高的要求，所以调质工艺，也就是高温回火后得到的回火索氏体，才是汽轮机主轴需要的具有良好综合性能的组织。40CrNiMo钢属于铬镍钼系调质钢因Ni、Mo的加入，显著地提高了淬透性和抗回火软化能力，使其具有优良的综合性能。由于钢中Mo、V元素的加入抑制了钢的回火脆性，通常选择水冷或油冷。回火后微观组织均为回火索氏体+马氏体+碳化物。随着回火温度的升高，从马氏体中析出的渗碳体颗粒发生粗化，并失去其原来析出时的棒状或片状

30、形态而逐渐球化。高于500回火后，碳化物已经转变为粒状渗碳体。回火温度继续升高，当超过600时，细粒状渗碳体迅速聚集并粗化回火温度的升高致使过冷度增大，片间距慢慢变小，最终形成了由多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的回火索氏体。790淬火处理后，再经550高温回火，获得的显微组织中，马氏体分解，析出细小颗粒状第二相，并呈弥散分布。回火结束后得到回火索氏体+铁素体组织，正是由于弥散分布的细小铁素体组织使得40CrNiMo钢在低于标准淬火温度淬火后强度较正常淬火没有降低而塑性和韧性提高的原因。在保证硬度和耐磨性的前提下，提高了零件的韧性，大大减少了零件的变形和开裂。其力学性能如图10 。经过上述热处理后

31、的汽轮机主轴平均硬度可以达到46.6HRC(约为440HBS)，屈服强度及抗拉强度均在1000MPa以上，拉伸率和断面收缩率也能符合要求。 图10 40CrNiMo钢在不同回火温度下的力学性能2.8 40CrNiMo钢热处理的设备、仪表和工夹具选择2.8.1设备(1)锻造设备锻造工艺采用的设备是RT4-500型天然气锻造炉图11，最高温度可达1200，功率185kw。 图11 RT4-500型天然气锻造炉示意图(2)退火、淬火、回火加热设备为节省成本，退火和调质工艺可以使用同一热处理炉进行。本次设计选用的是RJ2-400-9大型井式炉，额定功率400kw，额定温度950，井深4000mm符合主

32、轴零件最大轴长。结构采用全纤维硅酸铝甩丝毯制成模块筑成炉体，炉底采用轻质保温砖和重质耐火砖砌筑，加热元件采用电阻丝和电阻带加热，炉体外壳采用钢板和型钢制作，炉盖采用手动或机械传动。适合各种产品淬火调质、退火、回火、正火热处理之用。 图12 RJ2-400-9大型井式炉示意图 使用时应注意：1.使用时炉膛温度不得超过最高炉温，也不要长时间工作在额定温度以上。2工作环境条件为：温度050 ，相对湿度<80%，无导电尘埃，无易燃易爆物品和腐蚀性气体。3使用时炉门要轻开轻关，以防损坏机件。4在炉膛内取放样品时，应先关断电源，并轻拿轻放，以保证安全和避免损坏炉膛。5为延长产品使用寿命和保

33、证安全，在设备使用结束之后要及时从炉膛内取出样品，退出加热并关掉电源。6. 设备环境大气压力：大气压下。2.8.2仪表热处理中温度是一个很重要的参数，实现精确的测量与控制，对提高热处理质量十分重要。目前，井式炉的常用仪表:温度控制为UP350、炉压风压控制表为YUDIAN、天然气流量控制为WP-90以及机械式记录仪。2.8.3工夹具热处理过程中，根据汽轮机主轴的外形结构、性质，尺寸及批量和选用的加热炉型号，需要多种工夹具和吊具以保证主轴的加热均匀，不会变形，为了保证操作时的安全性。热处理中的工夹具可分为吊具、架具和挂具等，挂具的形式很多，有能适用几种常见零件的通用挂具，也有为大批量零件专用的挂

34、具。对于几何形状复杂的镀件，有的要配备辅助阳极、辅助阴极或屏蔽板等。铝阳极氧化、塑料电镀使用的挂具表面非接点部位要有良好的绝缘层。自动线的挂具和手工电镀的挂具也有所区别。吊具设计的基本原则是：有足够的机械强度和良好的导电性，重量轻，装卸方便，零件与挂具接触牢固。本设计所选用的是RJ2-400-9井式炉专用吊具图13，吊具长3500mm，吊盘直径800mm，材质为2520在1200高温下满足工作承载要求，可同时进行多根主轴的热处理工序。 图13 井式炉吊具2.9 汽轮机主轴的热处理质量检验项目、内容及要求1）变形检查 汽轮机主轴在热处理过程中加热、冷却，并便随有相变发生，所以会产生变形，如弯曲超

35、过图纸技术或工艺要求范围，必须校正。2）外观检查 淬火后不能出现过烧、熔化、裂纹等缺陷。硬度合格后应进行发黑处理，处理后的颜色为棕色或棕黑色，将表面油渍清理干净，用锉刀检查是否具有软点，表面不能有折叠缺陷。3）硬度检查 为保证汽轮机主轴热处理后达到技术或工艺要求，待检件选取应有代表性，通常从热处理后的零件中选取能反映零件的工作部位或零件的工作部位硬度的其他部位，对每一个待检件的正时试验点数一般应不少于3个点。用洛氏硬度准确测量HRA再换算成HRC。 4）金相组织检查 主轴不完全退火后应该为粒状贝氏体23级，网状碳化物2级。按国标评定。高温回火后的金相组织为：回火索氏体+铁素体+碳化物。组织检验

36、应注意针状碳化物，都按国家标准评定。2.10 汽轮机主轴的热处理常见缺陷的预防及补救方法2.10.1汽轮机主轴不完全退火的缺陷及其预防、补救(1)氧化工件在加热过程中，由于周围的加热介质与钢表面所引起的化学作用，会使钢发生氧化，会严重影响工件质量。氧化是指钢的表面与加热介质中的氧化性气体杂质相互作用形成氧化铁的过程。氧化铁十分疏松，形成后不会防止氧化继续进行，因此必须防止。通常采用保护气氛加热、真空加热或使用保护涂料防止氧化。(2) 硬度过高由于炉冷速度控制不当，造成冷速过快，硬度过大，使机械加工过程困难。冷却时应注意炉温变化速度，保持一定的冷却速度。(3)粗大魏氏体组织魏氏组织是一种典型的过

37、热缺陷，是由于加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，冷速又较快常出现粗大魏氏体，其铁素体呈片状按羽毛或三角形分布在原奥氏体晶粒内。对机械性 能的影响严重。由于魏氏组织针状铁素体横七竖八地割裂了钢的基体，形成许多脆弱面，使钢的强度降低而脆性增大魏氏组织量越多，对钢的基体的割裂就越重，对钢的性能，特 别是韧性的降低就越大。主轴作为汽轮机重要零件，其内部组织绝不允许含魏氏组织等过热缺陷存在。其解决办法是锻前先将原材料进行正火或退火处理，或是锻后正火前进行辅助正火。将带魏氏组织的原材料锻造后先进行高温正火，使晶粒得到很好细化。再将高温正火后送主轴进行正常退火。 2.10.2汽轮机主轴调质的缺陷及其预防、补救(1) 淬火裂纹由于淬火内应力在轴的表层拉应力超过冷却时钢的断裂强度而引起的，这种裂纹是工作在进入冷却介质中不久之后，温度降至MS点以下产生的。因为马氏体转变使塑性变形急剧降低，而组织应力急剧增大，所以容易形成裂纹。淬火裂纹一旦产生便无法挽救，因此必须设法防止。由于40CrNiMo钢本身淬透性良好，不易出现淬火裂纹，但仍应该注意冷却时使工件完整进入淬火介质。而且40CrNiMo钢的回火脆性较为敏感，淬火后要注意立即回火，因为