關于一種風機拉桿的材料選取及熱處理工藝的研究

石陽

摘要：組裝離心式壓縮機經過多年發展，轉子結構中由葉輪與軸齒輪的液壓過盈的方式，轉變為傳動效率更高的端齒結構，即軸向為齒輪連接方式，徑向則需拉桿及螺母連接兩者。經過計算，拉桿材料需要較優異的力學性能。因此，本文系統通過系統的研究，選取了德國標準的合金結構鋼30CrNiMo8為拉桿材料，并制定了相關的熱處理試驗，最終完成該項工作。

Abstract： After years of development in assembling centrifugal compressors， the rotor structure is transformed from the hydraulic interference between the impeller and the shaft gear to the end gear structure with higher transmission efficiency. Both the axial direction is gear connection mode， and the radial direction requires rods. And the nut connects the two. After calculation， the tie rod material requires excellent mechanical properties. Therefore， the system in this paper has selected the German standard alloy structural steel 30CrNiMo8 as the tie rod material through systematic research， and formulated related heat treatment tests， and finally completed the work.

關鍵詞：壓縮機;端齒結構;力學性能;30CrNiMo8

Key words： compressor;end gear structure;mechanical properties;30CrNiMo8

中圖分類號：TG316;TG156? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0094-02

0? 引言

我公司的組裝離心式壓縮機廣泛應用石油石化、冶金、動力站等方面，其主要結構特為多軸多速，其工作轉速多在18000-49000r/min[1-3]。因此，壓縮機轉動結構件都需要較高的力學性能[4-6]。本文研究的拉桿，通過設計部提出的需求，拉桿材料尺寸H≤？準40×500mm，力學性能為Rpm≥1230MPa，Rp0.2≥1030MPa，A≥12，Z≥35。因壓縮機設計依據API617的標準執行，我們在篩選材料時，以歐標/德標材料為首選范圍。因此，采用編號為1.6580 的30CrNiMo8調質合金鋼。

1? 試驗材料與方法

1.1 化學成分

材料30CrNiMo8除了化工設備外，還應用于大型轉動軸，齒輪等承受較大載荷等轉動部件。其化學成分見表1。

1.2 熱處理工藝方案

將試驗用30CrNiMo8鍛件，經860°C正火處理后，可以使鋼的晶粒得到有效的細化 ，為調質處理做準備。然后采用850°C淬火，水冷60秒后轉油冷。正火、淬火采用RX3-45-12型高溫電阻爐。回火溫度根據鋼的強度等級選取540°C、520°C、500°C、480°C，回火設備選用RTX75-9型箱式電阻爐。然后將試驗鍛件加工成尺寸為125mm×25mm×25mm的試塊12個。且將每3個試塊分為一組，并進行打標記。然后力學性能檢驗按照如下標準執行GB/T228.1《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》 ，GB/T229《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》 ，GB/T231.1《金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》GB/T13298? 《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》。

1.3 回火溫度對力學性能的影響

我們通過表2可以發現，30CrNiMo8材料經過850°C淬火后進行480-540°C的回火后。隨著回火溫度的逐漸升高，鋼的硬度的趨勢為先平穩后降低，沖擊吸收能量在上升。480°C回火時，硬度為406HBW，而在500°C回火時，硬度為406HBW，且回火溫度繼續上升時，硬度明顯降低。隨著回火溫度的逐漸升高，鋼的強度在逐漸降低。在480°C回火時，抗拉強度為1357MPa。而在540℃回火時，抗拉強度為1239MPa。沖擊吸收能量則隨著回火溫度的上升而上升，在480℃回火時，沖擊吸收能量為63（平均值），在540℃回火時，沖擊吸收能量為69（平均值）。同時，四組熱處理方案均滿足設計需求。但我們要注意，隨著回火溫度的降低，硬度已經到達400HBW級別。

1.4 回火溫度對金相組織的影響

圖1為30CrNiMo8材料經過850℃淬火后，經過480-540℃回火后的金相組織。我們由此可見，回火溫度為480°C的a圖、500℃的b圖、520℃的c圖及540℃的d圖所顯示，其組織為薄片狀的鐵素體加較為粗大顆粒狀的碳化物的構成，均為回火索氏體。這是由于30CrNiMo8材料經過淬火后，形成淬火馬氏體。當開始進行回火時，因為回火溫度較低，碳原子和其他合金元素并未進行有效的擴散。當隨著回火溫度的升高，碳元素開始從α固溶體中析出形成碳化物，淬火馬氏體開始向鐵素體進行轉變。因為回火溫度及時長有限，相變并未完全轉變。當回火溫度控制在480-540℃區間，并進行長時間保溫后，淬火馬氏體完全分解為鐵素體，碳化物轉變為滲碳體。其組織結構已鐵素體為基體的上分布著滲碳體，形成了回火索氏體。

2? 結論

①經過4輪熱處理工藝方案的試驗，其熱處理后機械性能均滿足設計需求。

②在850℃淬火后，進行480-540℃回火，隨著溫度的升高，其強度、硬度降低，塑性和沖擊吸收能量升高。

③經過金相分析，該熱處理工藝方案試驗的金相組織均為穩定的回火索氏體，該金相組織具有優良的機械性能的同時，在常溫情況下，該金相組織結構穩定，適合用于各種精密零部件的原材料[7-8]。

參考文獻：

[1]劉宗昌，等.合金鋼顯微組織辨識[M].北京：高等教育出版社，2017.

[2]崔忠圻，等.金屬學與熱處理原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1998.

[3]王鑫潮，莊迎，王貴平.冷變形及熱處理工藝對奧氏體不銹鋼0Cr18Ni12和0Cr16Ni14組織及磁性能的影響[J].特殊鋼，2020，41（04）：48-52.

[4]孫洋.金屬材料熱處理技術的發展[J].世界有色金屬，2019（23）：151-152.

[5]李慶棠，陳秀思，王方彬.熱處理對激光選區熔化鈦合金組織和力學性能影響[J].世界有色金屬，2019（21）：153-154.

[6]廖曉文，賴香功.金屬熱處理工藝對齒輪材料性能的影響[J].世界有色金屬，2019（21）：159-160.

[7]劉富金，謝世杰.關于電機軸的金屬熱處理變形的控制[J].世界有色金屬，2019（21）：161-162.

[8]楊建忠.27SiMn鋼熱處理后力學性能分析[J].機電工程技術，2019，48（12）：86-88.