電動機護環鍛件的制造工藝

張旭東　謝　斌　鄒　穎　張福生　曲　聰　魏慶亮

(沈陽鑄鍛工業有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

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電動機護環鍛件的制造工藝

張旭東謝斌鄒穎張福生曲聰魏慶亮

(沈陽鑄鍛工業有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

研究了1Mn18Cr18N電動機護環的熱鍛工藝、固溶處理工藝、冷變形液壓脹形強化工藝等，確定了工藝技術參數，最終生產出符合要求的護環鍛件。

1Mn18Cr18N；護環鍛件；固溶處理

超高轉數的20MW高強度電動機護環是國家重點成套設備國產化項目——西氣東輸工程加壓泵上帶動電動機上的關鍵構件，國內能否批量制造生產，是解決該電動機國產化進程的關鍵。由于該規格護環技術指標要求高，制造難度大，裝機使用的都是進口鍛件，價格高，整機成本負擔重，制約了該規格電動機國產化的進程。為替代進口，消除技術壁壘，我公司對該產品進行研制，并取得了成功，形成批量制造能力。

隨著轉子做高速旋轉(5 200r/min)的護環，需要承受轉子端部較大的離心力，并且要防止其對轉子線圈端部的破壞，要求護環具有良好的力學性能(Rp0.2>1 070MPa)。用1Mn18Cr18N這種材料來生產護環，既可以避免因電磁感應使電機護環在運轉時發熱，又可以有效的提高電動機工作效率和運轉時的安全性。普通的熱處理方法無法提高這種在常溫下是無相變的奧氏體材料的力學性能，只能用液壓冷變形強化的方法提升這種材料的力學性能[1-5]。

1　20 MW 1Mn18Cr18N電動機護環的技術指標

護環成品交貨時需要滿足客戶對其性能指標及內部質量的要求?？蛻粢笞o環鍛件的成品化學成分滿足表1，力學性能滿足表2，并且要求在磁場強度為8 000A/m時，其磁導率應不大于13.2×10-7H/m，殘余應力要小于屈服強度的10%。護環成品按照?800mm×?670mm×585mm尺寸交貨，并且按JB/T7030—2002中無損檢測要求檢測其內部，保證無超標缺陷存在。

表1　1Mn18Cr18N化學成分要求(質量分數，%)Table 1　The requirements of chemical compositionfor 1Mn18Cr18N retaining ring (mass fraction, %)

表2　力學性能要求Table 2　The requirements of mechanical property

2　護環熱鍛工藝的研制

根據客戶對護環工件試驗環的力學性能要求，并且結合多年的生產制造經驗和材料自身的性能特性，得出相關數據，給出護環鍛件的粗車尺寸和鍛造工藝尺寸。這是與常規鍛件工藝設置的最大區別。

護環的生產工藝流程為：冶煉→鑄錠→加熱→鍛造→粗車→固溶處理→強化前精加工→冷變形液壓脹形強化→消除殘余應力熱處理→理化檢測→精加工后無損檢測→包裝交貨。護環的毛坯鍛件尺寸見圖1，熱鍛工藝步驟見表3，采用電渣重熔鋼錠鍛造。

圖1　護環毛坯鍛件尺寸Figure 1　The dimension sketch ofretaining ring forging blank表3　熱鍛工藝方案Table 3　The hot forging process program

火次溫度/℃變形過程說明第1火第2火第3火第4火第5火1000～12001000～12001000～12001000～1200950～1200鐓粗至高400mm沖孔直徑為?300mm擴孔直徑為?470mm把芯棒拔長至600mm拔長、平整端面滿足工藝要求后水冷

圖2　固溶處理工藝曲線Figure 2　The curve of solution treatment

在熱鍛護環鍛件的過程中，由于1Mn18Cr18N護環鋼屬于無磁高錳奧氏體不銹鋼，其中的錳、鉻含量達18%，氮含量高達0.5%以上，在鍛造過程中極易產生表面裂紋。為防止表面裂紋的產生，鍛造時要輕打，合理采用小壓下量，控制送進量。

3　固溶處理

固溶處理是指將合金加熱到高溫單相區恒溫保持，使碳化物充分溶解到奧氏體基體中后快速冷卻，以得到均勻、穩定的奧氏體組織，并提高韌性及抗蝕性能，提高材料冷變形強化的性能。1Mn18Cr18N護環粗加工后坯料固溶處理曲線如圖2所示。

4　冷變形強化

(1)為了達到客戶對護環鍛件的力學性能及零件的尺寸要求，需要通過液壓脹形冷變形的方法進行強化。

(2)在護環與模具形成的封閉空間內用高壓泵把水打入，使粗車后的護環發生塑性變形，這樣可以方便控制護環的外形尺寸及變形速度。

(3)與常規護環相比，此護環脹形前細長，高徑比大，在液壓脹形過程中，非常容易造成母線凹形(俗稱喇叭口)。我們制造了護環脹形前的定位裝置及限位裝置，確定了能夠保證護環液壓脹形過程中與脹形所需要的液體超高壓相匹配的瞬時低壓參數值。經過精心控制，不斷完善控制參數，護環從脹形前尺寸?660mm變形至?810mm，其公差控制在±2mm。

5　消除應力熱處理

護環鍛件在強化后為了穩定組織，減少殘余應力，需要進行熱處理。護環消除應力曲線圖如圖3所示。

6　檢測結果

制造廠家分別在護環兩端取中環，切取試環做力學性能試驗，每個試環的拉伸和沖擊試樣數量及位置如圖4所示。以爐次T1205271為例，力學性能檢測結果見表4，超聲檢測結果見表5。金相組織檢測結果為晶粒度徑向4級，縱向4級，金相組織為奧氏體+微量點狀碳化物。磁導率檢測按照《西氣東輸電機護環鍛造制造技術協議》規定進行，檢測結果低于用戶要求一個數量級。

圖3　消除應力曲線圖Figure 3　The curve of stress relief heat treatment

圖4　取樣位置和取樣數量Figure 4　The sampling position and sampling quantity表4　力學性能實際檢測結果Table 4　The actual tested resultsof mechanical property

Rp0.2/MPaRm/MPaA(%)Z(%)KV2/J112010831103108511301130110311361124109911171098114311451113114723.524.524.524.022.523.022.524.06062646262636662115.0129.0133.0130.5144.0137.5145.0156.0

表5　超聲檢測結果Table 5　The results of ultrasonic testing

7　結論

電機護環的制造工藝包括熱鍛工藝、固溶處理工藝、冷變形液壓脹形強化工藝等，確定的工藝技術參數保證了對實際制造過程的質量控制，滿足用戶對該規格護環鍛件各項技術指標的要求，填補了國內超高轉數1Mn18Cr18N護環制造的空白。

[1]張旭東，王樹立，魏慶亮，等.電動機護環溫鍛強化工藝研究[J]. 大型鑄鍛件，2014(6):48-49.

[2]康大韜，葉國斌.大型鍛件材料及熱處理.北京：龍門書局.

[3]張志文. 鍛造工藝學. 北京：機械工業出版社.

[4]趙俊民. 1Mn18Cr18N鋼無磁性護環鍛件的試制[J].大型鑄鍛件，2010(1):27-29.

[5]禹興勝，田繼紅，何文武，等.護環熱成形短流程工藝的研究[J].大型鑄鍛件，2012(4):7-9.

編輯杜青泉

ManufacturingProcessofRetainingRingForgingforElectricMotor

ZhangXudong,XieBin,ZhouYing,ZhangFusheng,QuCong,WeiQingliang

Thehotforgingprocess,thesolutionheattreatmentprocess,andthestrengtheningprocessesofcolddeformationandhydro-formingfor1Mn18Cr18Nretainingringofelectricmotorhavebeenstudied.Meanwhile,theparametersofprocesstechnologyhavebeendetermined.Eventually,thequalifiedretainingforgingshavebeenmanufactured.

1Mn18Cr18N;retainingringforging;solutionheattreatment

2016—01—13

張旭東(1982—)，本科，工程師，從事大型鍛件自由鍛工藝、護環冷變形液壓脹形強化工藝研究。電話：15840170597，E-mail：15840170597@139.com

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