叶轮材料及热处理工艺.doc

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1、机械技术学院机械技术学院 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 叶轮材料及热处理工艺叶轮材料及热处理工艺 学生姓名： 邱邱 杰杰 指导教师姓名： 马海波马海波 所在班级 材料 10831 所在专业 材料成型与控制技术 论文提交日期 20112011 年年 4 4 月月 1818 日日 论文答辩日期 20112011 年年 4 4 月月 2 2 日日 答辩委员会主任 主答辩人 黄晓徐 机械技术学院 2011 年 1 月 29 日 目目 录录 1 叶轮的应用及发展前景叶轮的应用及发展前景1 1.1 叶轮的应用1 1.2 叶轮的工作条件1 1.3 叶轮的材料要求2 1.4 叶轮的失效形式分析2 1.4

2、.1 工作环境和断口分析.2 1.4.2 应力的影响.2 1.4.3 缺陷对应力腐蚀裂纹的影响.3 1.4.4 应力腐蚀失效的预防措施.4 1.5 叶轮的发展前景4 2 叶轮的性能要求叶轮的性能要求6 3 叶轮的材料选择叶轮的材料选择6 3.1 材料合金元素的作用分析7 3.2 材料加工工艺分析9 3.3 热处理工艺分析10 3.4 材料工艺的技术要求11 3.5 材料的质量控制11 3.6 材料的价格比较12 3.7 材料的最终性能比较12 3.8 材料的最终选择14 4 35CrMoVA 叶轮热处理工艺方案设计叶轮热处理工艺方案设计14 4.1 叶轮选用的热处理设备14 4.2 叶轮的工艺

3、路线14 4.3 叶轮的热处理工艺制定14 4.4 叶轮的预备热处理工艺15 4.5 叶轮的最终热处理工艺16 5 叶轮零件图叶轮零件图17 6 35CrMoVA 叶轮热处理工艺曲线图叶轮热处理工艺曲线图18 7 叶轮热处理工艺卡片叶轮热处理工艺卡片19 总结总结20 参考文献参考文献20 小小 结结21 叶叶轮轮材材料料及及热热处处理理工工艺艺设设计计 材料 10831 邱杰 摘要：摘要：本文通过对叶轮的工作环境及失效形式分析，提出了叶轮的性能要求；经 过对材料价格、加工工艺及最终性能等多方面比较分析，确定了叶轮的最终性能； 运用了一套完整的热处理工艺；生产出了符合国家标准要求的叶轮。 关键

4、词：关键词：叶轮；材料；热处理 1 叶轮的应用及发展前景叶轮的应用及发展前景 1.1 叶轮的应用叶轮的应用 叶轮既指装有动叶的轮盘，是冲动式汽轮机转子的组成部分。又指轮盘与安装 其上的转动叶片的总称。还指轮盘与安装其上的转动叶片的总称。在汽轮机运转中 蒸汽喷射到叶片上，产生转动力矩经叶轮传到主轴，高速运转下的叶轮圆周速度。 叶轮主要有以下 3 种形式。闭式：由叶片与前、后盖板组成。闭式叶轮的效率较高, 制造难度较大,在离心泵中应用最多。适于输送清水,溶液等黏度较小的不含颗粒的清 洁液体；半开式：一般有两种结构其一为前半开式,由后盖板与叶片组成,此结构叶轮 效率较低,为提高效率需配用可调间隙的密

5、封环另一种为后半开式,由前盖板与叶片组 成,由于可应用与闭式叶轮相同的密封环,效率与闭式叶轮基本相同,且叶片除输送液 体外,还具有(背叶片或副叶轮的)密封作用。半开式叶轮适于输送含有固体颗粒、纤 维等悬浮物的液体。半开式叶轮制造难度较小,成本较低,且适应性强,近年来在炼油 化工用离心泵中应用逐渐增多,并用于输送清水和近似清水的液体；开式：只有叶片 及叶片加强筋,无前后盖板的叶轮（开式叶轮叶片数较少 2-5 片 )。叶轮效率低,应用 较少,主要用于输送黏度较高的液体,以及浆状液体。在汽轮机中选用闭式叶轮。 1.2 叶轮的工作条件叶轮的工作条件 （1）汽轮机叶轮是将传动力矩传到主轴的部件。 （2）

6、转子旋转时离心作用产生的巨大切向力和径向力及振动所产生的反复应力。 （3）蒸汽的腐蚀作用。 （4）长期受高温作用而引起的金属蠕变及内外缘温差所引起的热应力及叶轮与 主轴配合器所产生的压紧力。 1.3 叶轮的材料要求叶轮的材料要求 为了适应上述工作条件，汽轮机叶轮材料应具有良好的综合机械性能，常温及 高温强度、塑性、韧性都要求较高。为此，汽轮机的叶轮都是在调质状态下使用的。 冶炼和锻造质量要求严格，钢锭力求纯净，锻件组织与性能要求均匀。 1.4 叶轮的失效形式分析叶轮的失效形式分析 1.4.1 工作环境和断口分析工作环境和断口分析 作为应力腐蚀裂纹应符合如下几个特征： （1）拉应力和敏感介质共同

7、存在，且介质对金属组织敏感； （2）裂纹沿最大主应力垂直方向发生； （1）在微观上裂纹是沿着材料的晶界或穿过晶粒发生的； （4）裂纹不一定在应力集中处萌生； （5）裂纹萌生处可能有腐蚀产物，但不一定有点蚀。 1.4.2 应力的影响应力的影响 叶轮构件中的应力是促使裂纹从裂纹源扩展的主要动力。根据应力产生时机和 来源的不同大致可分为工艺应力和工作应力。所谓工艺应力就是叶轮在工艺施工过 程中产生的应力，根据实际的不同可分为以下几类。 （1）焊接残余应力 对于采用焊接结构的闭式叶轮， 在焊接接头处产生的残余应力是相当大的（有 时接近材料的屈服强度） ，虽然经过热消应力处理，按照理论上消除 85%残余

8、应力计 算，最终残留在接头处的应力通常也在 40MPa 以上，接头处主要表现为拉应力。 （2）结构刚性的热处理残余应力 由于结构及工艺过程的需要，叶片与轮盘、盖盘的厚度差很大。 这种因为结构 尺寸的差异必然造成热处理冷却过程各部分的差异而引起构件的热处理残余应力。 在叶片与轮盘、盖盘的焊接接头处表现为拉应力。这部分应力与焊接残余应力在热 处理过程中达到了一个新的平衡。这就可能引起变形或裂纹的产生。 （3）主轴与叶轮安装的热胀引起的残余应力 主轴与叶轮安装过程的加热和冷却使叶轮的内孔处发生形变而产生新的应力， 特别是在叶片进风口处产生的拉应力较为明显。 （4）叶轮的正常工作应力 叶轮在正常运转时

9、的离心力、叶片与介质相互作用时的叶轮主要外力，通过计 算可以知道，在靠近轮盖侧叶片进风口处所承受的应力最大，在局部很小的范围内， 其应力值可能超过材料的屈服极限，如果恰好在这个地方存在缺陷的话，那么对于 叶轮的安全运行将是致命的。 （5）振动引起的扰动应力 作为一套大型复杂装置，振动很难消除，因而由于振动引起的扰动应力也就是 一个值得关注的问题。振动产生的扰动应力往往增加应力集中的幅度，并会加速裂 纹的扩展。 1.4.3 缺陷对应力腐蚀裂纹的影响缺陷对应力腐蚀裂纹的影响 在应力腐蚀开裂中，腐蚀常常是局部的和有选择性的，开裂源多半是所谓的点 蚀。在点蚀处材料的组织缺陷和施工工艺缺陷必然是腐蚀产生

10、之处。 （1）焊缝区粗大的晶粒组织，在熔合线区明显有晶界夹杂物的聚集和组织的不 均匀性。 另外，在焊接接头处，由于焊接过程局部的高能量输入和冷却过程中温差 的极不均匀性，必然会造成性能分布的不均匀性，而且在熔合线附近性能下降最大 可达 1/4，严重地影响了其使用性能。 （2）材料本身的成分偏析、轧制过程夹杂物的聚集在许多断裂失效中屡见不鲜。 （3）叶片与轮盖、轮盘的焊缝在焊接时所产生的咬肉、表面气孔、打磨所形成 的尖角等缺陷成为腐蚀性介质聚集和应力集中的滋生之处，往往会加剧应力腐蚀裂 纹的产生。 1.4.4 应力腐蚀失效的预防措施应力腐蚀失效的预防措施 （1）材料的选择，采用低杂质的钢材。介质

11、的腐蚀对材料具有选择性，因而针 对不同的环境可选择适当的合金钢或不同类型的不锈钢；并且采用真空精炼的低杂 质（严格控制 S、P 含量）的钢材，对于抗应力腐蚀的作用也非常明显。 （2）减少焊缝工艺缺陷，尽量避免叶轮超转后的补焊。对于焊脚部位的打磨尽 量圆滑过渡，焊接过程尽量减少表面气孔和夹渣等缺陷，夹渣是不可忽视的缺陷。 (3) 提高热处理和热装等工艺手段。采用真空热处理的手段减少热处理过程应 力集中及裂纹产生的几率。在理论计算的基础上尽量减少叶轮轴孔的过盈量或采取 过渡配合键连接的形式，以降低应力集中的可能性。 (4) 采用超声冲击等先进的工艺方法在焊接接头处产生压应力。压应力对腐蚀 裂纹的产

12、生具有抑制作用。采用喷砂、焊缝表面超声冲击等工艺手段在焊缝表面产 生压应力，从而提高焊缝耐应力腐蚀的性能 1.5 叶轮的发展前景叶轮的发展前景 叶轮既指装有动叶的轮盘，是冲动式汽轮机转子的组成部分。汽轮机是将蒸汽 的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动 机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排 汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要汽轮机的出现推动了电力工业的发展， 到 20 世纪初，电站汽轮机单机功率已达 10 兆瓦。随着电力应用的日益广泛，美国 纽约等大城市的电站尖峰负荷在 20 年代已接近 1000 兆瓦，如果单机功率只有

13、 10 兆 瓦，则需要装机近百台，因此 20 年代时单机功率就已增大到 60 兆瓦，30 年代初又 出现了 165 兆瓦和 208 兆瓦的汽轮机。 此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发，使汽轮机单机功率的增大处于停 顿状态。50 年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增 大，陆续出现了 325600 兆瓦的大型汽轮机；60 年代制成了 1000 兆瓦汽轮机；70 年代，制成了 1300 兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为 300600 兆瓦。 汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。汽轮机种类很多，并有不同的 分类方法。汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口，单位质量蒸汽

14、的容积增大几百倍， 甚至 上千倍，因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很 大，末级叶片须做得很长。 汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出 单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整 个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此，电站热耗率比单独汽轮机的热耗率 高，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。 一座汽轮发电机总功率为 1000 兆瓦的电站，每年约需耗用标准煤 230 万吨。如 果热效率绝对值能提高 1%，每年可节约标准煤 6 万吨。因此，汽轮机装置的热效 率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除了不断改进汽

15、轮机本身的效率，包括 改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外，还可 从热力学观点出发采取措施。 根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所 用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于 20。随着单机功率的提高，30 年代初新 蒸汽压力已提高到 34 兆帕，温度为 400450。随着高温材料的不断改进，蒸 汽温度逐步提高到 535，压力也提高到 612.5 兆帕，个别的已达 16 兆帕，热效 率达 30以上。50 年代初，已有采用新蒸汽温度为 600的汽轮机。以后又有新蒸 汽温度为 650的汽轮机。 现代大型汽轮机按照其输出功率的不同，采用的新蒸

16、汽压力又可以分为各个压 力等级，通常采用新蒸汽压力 24.526 兆帕，新蒸汽温度和再热温度为 535578 的超临界参数,或新汽压力为 16.5 兆帕、新汽温度和再热温度为 535的亚临界参数。 使用这些汽轮机的热效率约为 40。 另外，汽轮机的排汽压力越低，蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要 取决凝汽器的真空度，真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备（通常称为真 空泵） ，如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷 却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备，较长的末级叶片， 但同时真空太低又会导致汽轮机汽缸（低压缸）的蒸汽流速加快，使汽轮机汽缸

17、 （低压缸）差胀加剧，危及汽轮机安全运转。凝汽式汽轮机常用的排汽压力为 510 千帕（一个标准大气压是 101325 帕斯卡） 。船用汽轮机组为了减轻重量，减小尺寸, 常用 0.0060.01 兆帕的排汽压力。此外，提高汽轮机热效率的措施还有，采用回热 循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提高汽轮机的热效率，对节约能源有 着重大的意义。 大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末 级叶片，是进一步发展大型汽轮机的一个关键；研究提高热效率是汽轮机发展的另 一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则 是这方面发展的重要趋势。 现代核电站汽

18、轮机的数量正在快速增加，因此研究适用于不同反应堆型的、性 能良好的汽轮机具有特别重要的意义。 全世界利用地热的汽轮机的装机容量，1983 年已有 3190 兆瓦，不过对熔岩等 深层更高温度地热资源的利用尚待探索；利用太阳能的汽轮机电站已在建造，海洋 温差发电也在研究之中。所有这些新能源方面的汽轮机尚待继续进行试验研究。 另外，在汽轮机设计、制造和运行过程中，采用新的理论和技术，以改善汽轮 机的性能，也是未来汽轮机研究的一个重要内容。例如：气体动力学方面的三维流 动理论，湿蒸汽双相流动理论；强度方面的有限元法和断裂力学分析；振动方面的 快速傅里叶转换、模态分析和激光技术；设计、制造工艺、试验测量

19、和运行监测等 方面的电子计算机技术；寿命监控方面的超声检查和耗损计算。此外，还将研制氟 利昂等新工质的应用，以及新结构、新工艺和新材料等。 目前发展瓶颈主要在材料上，材料问题解决了，单片的功率就可以更大。 2 叶轮的性能要求叶轮的性能要求 （1）有足够的室温、高温力学性能。 （2）有高的抗振动衰减能力; （3）高的组织稳定性; （4） 良好的耐腐蚀和抗冲蚀能力; （5）良好的工艺性能. 3 叶轮的材料选择叶轮的材料选择 叶轮的材料选择主要取决于其在汽轮机中的工作条件、使用情况。初步选定材 料为 （1）35CrMoVA， （2）25Cr2NiMoV 3.1 材料合金元素的作用分析材料合金元素的作

20、用分析 （1） 35CrMoVA 的化学成分见表 1 表 1 35CrMoVA 的化学成分 化学成分 CSiMnCrMoVNiCuPS 含量 （%） 0.30 0.4 0 0.17 0.3 7 0.40 0.7 0 1.00 1.3 0 0.20 0.3 0 0.10 0.2 0 0. 30 0. 20 0. 02 0.0 2 1）碳：钢中含碳量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低，屈 服点和抗拉强度升高，当碳量 0.23%超过时，钢的焊接性能变坏， 。碳量高还会降低 钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的脆性和 时效敏感性。 2）硅：在炼钢过程中加硅作

21、为还原剂和脱氧剂。硅能显著提高钢的弹性极限， 屈服点和抗拉强度。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可 制造耐热钢。Si 有固溶强化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率， 提高淬透性、抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件 下的耐磨性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回 火时产生石墨化。 3）锰：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的 过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显 提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的影响。锰量增高，减弱钢的抗腐 蚀能力，降低焊

22、接性能。 4）铬：铬能提高钢的淬透性，并有二次硬化的作用，增加高碳钢的耐磨性，但 同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热 钢的重要合金元素。 5） 钼：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的 强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。 6）钒：钒是钢的优良脱氧剂。可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成 的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 7）镍：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐 腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较

23、稀缺的资源，故应尽量采用 其他合金元素代用镍铬钢。 8）铜：铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产 生热脆，当铜含量小于 0.50%对焊接性无影响。 9）磷：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏， 降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于 0.045%，优质钢要求更 低些。 10）硫：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和 韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常 要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于 0.040%。在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可 以改善切削加工

24、性。 （2）25Cr2NiMoV 的化学成分见表 2 表 2 25Cr2NiMoV 的化学成分 化学成 分 CSiMnCrMoVNiCuPS 含量 （%） 0.22 0.2 8 0.15 0.3 5 0.70 0.9 0 1.70 2.0 0 0.75 0.9 5 0.03 0.0 9 1.00 1.2 0 0. 20 0.0 15 0.01 5 1）碳：钢中含碳量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低，屈 服点和抗拉强度升高，当碳量 0.23%超过时，钢的焊接性能变坏， 。碳量高还会降低 钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性 和时效敏感性。 2）

25、硅：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂。硅能显著提高钢的弹性极限， 屈服点和抗拉强度。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可 制造耐热钢。Si 有固溶强化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率， 提高淬透性、抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件 下的 耐磨性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回 火时产生石墨化。 3）锰：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的 过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显 提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的影响。锰量增高，减弱

26、钢的抗腐 蚀能力，降低焊接性能。 4）铬：铬能提高钢的淬透性，并有二次硬化的作用，增加高碳钢的耐磨性，但 同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热 钢的重要合金元素。 5） 钼：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的 强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。 6）钒：钒是钢的优良脱氧剂。可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成 的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 7）镍：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐 腐蚀能力，在高温下有防锈

27、和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用 其他合金元素代用镍铬钢。 8）铜：铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产 生热脆，当铜含量小于 0.50%对焊接性无影响。 9）磷：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏， 降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于 0.045%，优质钢要求更 低些。 10）硫：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和 韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常 要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于 0.040%。在钢中加入 0.08-0.20%

28、的硫，可 以改善切削加工性。 3.2 材料加工工艺分析材料加工工艺分析 （1）35CrMoVA 的工艺路线 下料锻造正火回火机加工调质处理（高温淬火+回火）精加工 （2）25Cr2NiMoV 工艺路线 下料锻造正火回火机加工调质处理（高温淬火+回火）精加工 3.3 热处理工艺分析热处理工艺分析 （1）预先热处理 1）35CrMoVA 35CrMoVA 的预先热处理工艺相关要求见表 3： 表 3 35CrMoVA 的预先热处理工艺相关要求 工艺加热温度（）保温时间（h）硬度（HBS） 正火 92012200 回火 70018200 35CrMoVA 锻造后锻件叶片内存在残余应力，对叶轮叶片在以后

29、的机加工或使 用中潜在地使其产生变形或开裂，锻后锻件有氢脆，预备热处理采用正火加回火， 消除锻造应力 2）25Cr2NiMoV 25Cr2NiMoV 的预先热处理工艺相关要求见表 4： 表 4 25Cr2NiMoV 的预先热处理工艺相关要求 工艺加热温度（）保温时间（h）硬度 正火 98012200 正火 92012200 回火 70018200 锻造后锻件叶片内存在残余应力，对叶轮叶片在以后的机加工或使用中潜在地 使其产生变形或开裂，锻后锻件有氢脆，预备热处理采用正火加回火，消除锻造应 力 （2）最终热处理 1）35CrMoVA 工艺：调质处理 淬火温度：860 淬火介质：淬火油 回火温度：

30、600 获得综合力学性能好的回火索氏体 2）25Cr2NiMoV 工艺：调质处理 淬火温度：900 淬火介质：空气和水间歇水淬 回火温度：640 获得综合力学性能好的回火索氏体 3.4 材料工艺的技术要求材料工艺的技术要求 （1）35CrMoVA 1）去应力退火后其硬度应低于 200 HBS，以便于切削加工。 2）淬火后硬度在 HB210250 3）不应有任何形式的裂纹存在，硬化层组织为索氏体 （2）25Cr2NiMoV 1）去应力退火后其硬度应低于 200 HBS，以便于切削加工。 2）淬火后硬度在 HB236239 3）不应有任何形式的裂纹存在，硬化层组织为索氏体 3.5 材料的质量控制材

31、料的质量控制 （1）35CrMoVA 1）加强原材料的检测力度，严格控制材料的质量 2）规范操作，热处理前锻造严格按照工艺规程执行 3）合理选择加热设备。根据叶片的实际尺寸选择热处理设备 4）精确控制正火回和调质加热温度，保温时间，选择正确的冷却介质。 5）加强检测淬火硬度、回火质量。 6）严格按照工艺规程，准确操作。 （2）25Cr2NiMoV 1）加强原材料的检测力度，严格控制材料的质量 2）规范操作，热处理前锻造严格按照工艺规程执行 3）合理选择加热设备。根据叶片的实际尺寸选择热处理设备 4）精确控制正火回和调质加热温度，保温时间，选择正确的冷却介质。 5）加强检测淬火硬度、回火质量。

32、6）严格按照工艺规程，准确操作。 7）按照相关技术标准对操作人员进行培训。 3.6 材料的价格比较材料的价格比较 材料的价格比较见表 5： 表 5 材料的价格比较 材料价格（元/吨） 35CrMoVA19500 25Cr2NiMoV34000 3.7 材料的最终性能比较材料的最终性能比较 两种材料的力学性能比较见表 6 表 6 材料的力学性能比较 材料屈服强度 s（MP ） 抗拉强度 b（MP ） 伸长率 s() 断面收缩 率 () 冲击功 Akv(J) 硬度 HBS 35CrMoVA600780143550 210250 25Cr2NiMoV637745154059 265285 两种材料的

33、热处理性能比较见表 7 表 7 材料的热处理性能比较 预先热处理最终热处理 材 料 工 艺 硬度 （HBS） 工 艺 硬度 （HBS） 原材料价 格（元/吨） 加 工 工 艺 经 济 成 本 性 能 35CrMoVA 一 次 正 火 加 回 火 200 淬 火 + 低 温 回 火 210250 19500 低 金相组织： 细针状回火 马氏体+珠光 体 +少量残 余奥氏体。 层深： 1.72.2mm。 表面有较高 的硬度和耐 磨性，心部 有较高韧性 和强度。 25Cr2NiMoV 两 次 正 火 加 回 火 200 淬 火 + 低 温 回 火 236239 34000 高 金相组织： 索氏体+珠

34、光 体+少量残余 奥氏体。层 深：2.5mm。 综合力学性 能良。 35CrMoVA 和 25Cr2NiMoV 表面都具有较高的硬度和耐磨性，心部具有较高的 韧性和强度及抗冲击韧性，综合力学性能良好，但淬透性较低。 3.8 材料的最终选择材料的最终选择 从使用性能的原则、工艺性能的原则及经济性能的原则出发，通过以上对两种 材料的热处理工艺和原材料价格的比较，最终确定使用材料 35CrMoVA 4 35CrMoVA 叶轮热处理工艺方案设计叶轮热处理工艺方案设计 4.1 叶轮选用的热处理设备叶轮选用的热处理设备 热处理设备及参数见表 8 表 8 叶轮热处理炉 主要参数 电 源型号名称额定功率 /K

35、W相数电压/V 额定温 度/工作空间尺寸 RT2-180-9 台车式 电阻炉18033809502100*1350*950 4.2 叶轮的工艺路线叶轮的工艺路线 下料锻造正火回火机加工淬火回火精加工 4.3 叶轮的热处理工艺制定叶轮的热处理工艺制定 包括设备、工装夹具，根据工件大小选择此最大直径 4.4 叶轮的预备热处理工艺叶轮的预备热处理工艺 锻后正火加回火： 预备热处理工艺曲线图见图 1 1000 800 600 400 200 0 920 700 618 图 1 正火回火工艺曲线图 技术要求： (1）热处理后其硬度200HBS。 (2）金相组织：珠光体+少量铁素体。 (3）操作过程不要随

36、意开炉门，出炉时要小心，以防磕碰变形。 预备热处理后质量检测方法见表 9 表 9 质量检测方法 检查项目检测内容及方法备注 外观工件表面无裂纹及伤痕、 腐蚀等缺陷 畸变工件尺寸变化，形状畸 变，如弯曲、翘曲 硬度布氏硬度机测定回火后检验 金相组织 有无出现反常组织，组 织是否属于正常，使用 金相显微镜 按技术要求进行测定检 验 4.5 叶轮的最终热处理工艺叶轮的最终热处理工艺 调质处理（淬火+高温回火） ，工艺曲线图见图 2、图 3 1000 800 600 400 200 0 860 油冷 图 2 淬火工艺曲线图 1000 800 600 400 200 0 600 炉冷至 250 空冷 图

37、 3 回火火工艺曲线图 叶轮热处理技术要求： （1）.叶轮淬火表面不应有过热、融化及裂纹（可采用磁粉探伤、超声波探伤 或着色探伤） （2）叶轮表面硬度符合技术要求,210250HBS （3）操作过程不要随意开炉门，出炉时要小心，以防磕碰变形。 （4）叶轮不允许出现有不影响使用质量的软带出现 5 叶轮零件图叶轮零件图 叶轮平面图见图 4： 图 4 叶轮平面图 6 35CrMoVA 叶轮热处理工艺曲线图叶轮热处理工艺曲线图 35CrMoVA 叶轮热处理工艺曲线图见图 5： 2 350 650 860 600 350 2 油冷 180 左右 出油 炉冷 至 250 空冷 炉 空冷 920 炉冷 70

38、0 618 618 图 5 35CrMoVA 叶轮热处理工艺曲线图 叶轮的热处理工艺卡片见表 6-1 时间（h） 温度 （） 7 叶轮热处理工艺卡片叶轮热处理工艺卡片 表 10 某厂叶轮热处理工艺卡片 某厂热处理工艺卡工件名称叶轮工件编号 材料牌号化学成分（） CSiMnCrMoVNiCuPS35CrMoVA 0.300.400.170.370.400.701.001.300.200.300.100.20 0.300.200.0200.02 伸长率(s)冲击性(Ak)抗拉强度（b）屈服强 （s） 收缩率()力学性能 14%50780MP637MP35% 技术要 求 1 叶轮待加工表面不允许有氧

39、化皮、折叠、夹层、裂纹、充不满等缺陷。 2.叶轮加工表面不允许有擦伤、烧伤、划痕、气孔、缩松、裂纹、凹陷、斑点等缺陷。 3.正火回火后硬度低于 200HBS，最终热处理后表面硬度 210250HB，淬硬层深度 1.72.2mm，组织：珠光体和索氏体。 加热冷却工时定额 时间 工序名 称 工 序 号 设备型号名 称温度（） 保温时间 （h） 冷却介 质 温度 （）方式 工 人 等 级 基本工 时/min 辅助工时 /min 每件工时/min 正火 19206 空冷 300 回火 2700 18 炉冷室温 淬火 38606 油冷 180 回火 4 电阻炉加淬火槽 RT2-180-9 台车式 600

40、18 炉冷空冷 制定日期校对日期审核日期批准日期 总结总结 本论文文通过对叶轮的工作条件、材料要求及叶轮失效形式分析，提出了叶轮 的性能要求；经过对两种叶轮材料价格、加工工艺及最终性能等多方面比较分析， 确定了叶轮的最终性能；设计出一套完整的 35CrMoVA 叶轮的热处理工艺，毕业设 计是对自己三年来所学的知识的一个总的概括，是三年知识的见证，通过此次毕业 设计自己对热处理知识有了更广泛的认识。 参考文献参考文献 1 中国机械工程学会热处理专业学会，热处理手册，编委会编，第二版，机 械工业出版社，1991 年。 2 张玉庭主编，热处理技师手册，北京：机械工业出版社，2005 年。 3 樊东黎

41、、徐跃明、终晓辉主编，热处理工程师手册，机械工业出版社， 2005 年。 4 曾正明主编，实用钢铁材料手册，机械工业出版社。 6 韩永生主编，工程材料性能与选用，化学工业出版社，2004 年。 7 全国热处理标准化技术委员会主编，金属热处理标准应用手册，机械工业 出版社，1994 年。 8 丁建生主编，金属学与热处理，机械工业出版社，2007 年。 9 吉泽开主编，热处理炉，哈尔滨工业大学出版社，2006 年。. 10 徐年宝主编，热处理及工程材料，无锡职业技术学院，2007 年。 11 干勇、田志凌、冯涤、董瀚、王新林主编钢铁材料手册，化学工业出版社， 2009 年。 11 徐灏主编机械设计

42、手册第 5 卷，机械工业出版社，1992 年。 12 李瑞彬主编，典型机械零件热处理，机械工业出版社，2005 年。 13 刘瑞堂主编，机械零件失效分析，哈尔滨工业大学出版社，2003 年。 15 吉泽升编著，热处理炉，第三版，哈尔滨工业大学，1998 年。 16 吕伟文主编，机械设计基础，电子科技大学出版社，2007 年。 小小 结结 整个方案设计和论文完成的过程中，我充分认识到自己的不足，完成毕业设计 后我的专业知识和专业技能得到强化和提高，热处理有了重新的认识和感触。在整 个方案的设计和完成的过程中，我认识到自己对设计的认知的误区。当然在认识到 自己不足的同时我也学到了许多新的知识，主要

43、包括以下几点：第一，新知识的增 加。在毕业设计完成的同时，我热处理方案有了进一步的认识。第二，基础知识的 增强。在毕业设计完成的过程中，通过大量的专业书籍和网络资料，我的专业理论 知识得到了提高。第三，电脑软件的应用。在完成设计过程中，我对办公室软件 word 软件的应用熟练程度得到了提高，这为我以后的学习和工作奠定了良好的基础。 第四，理论与实际的差距。理论上可行、可用的东西在实际中不一定能用，书本上 的知识是死的、教条的、古板的，而设计在实际的应用过程中却灵活多变。 在最初的几天花在图书馆找资料，是以个痛苦的过程，希望有很多资料，当找 到很多资料的同时也不知道怎么选，当资料累积起来很多的时

44、候，就要大方面的考 虑问题，以大整体定向小布局。整合资料，我一步一步的往下考虑，期间会发现自 己的不足，只有在网上搜索答案，在图书馆的书上找答案，还有咨询老师，当设计 一步一步完成出现在眼前是，我露出会心的一笑，毕竟自己做出来了，当然离不开 前段时间课程设计的训练给我找到了设计的大方向。 总之，在毕业设计的过程中有汗水，也有欢笑，它是一个暴露和改正缺点与不 足的过程，也是一个应用和学习的过程。它强化了我们三年来所学习的知识，使得 我的知识更加的融会贯通，也使得我们的视线更加的宽广、开阔。 在本次设计过程中，我的导师马老师给予了我悉心的指导和耐心的帮助，在此 对马老师致以我最诚挚的谢意。感谢大学三年来教育、培养过我的所有老师，为我 今后的学习和工作打下扎实的理论基础；最后感谢我的母校三年来对我的栽培。！ 由于个人能力有限，所设计的热处理方案难免会有些不足之处，希望老师谅解 并给予批评与指正。 材料 10831 邱杰