摘要
由于现代的工业迅猛发展，金属热处理技术也受到了日益普遍的使用。而对汽轮机的转子热处理工艺技术来说，对发挥金属的热机械性能潜力，对改善生产的内部品质，对节约金属材料，对降低能耗，增长生产的寿命，对增加效益等都有着非常重大的意义。本课题就是真正对汽轮机转子热处理工艺技术的设计方案，其中对金属材料进行热处理工艺，包括锻后热处理，调质热处理，去应力退火。首先对零件图进行分析，确定失效形式；其次对材料进行选择，确定其加工工艺路线；然后进行热处理设备的选择，并进行工装设计的选择；最后绘制热处理工艺卡。根据所学知识，与在对国内外热处理工艺的设计现状进行分析的基础上，对汽轮机转子使用热处理工艺常用设计的情况，我们对汽轮机转子热处理工艺进行设计，通过国内外文献以及查询热处理手册等途径，了解具有现代汽轮机工艺设计的相关知识，这样可以有效地提高汽轮机的速度和质量，从而提高企业效益或者工程质量。
关键词：汽轮机；转子机体；加工工艺；工艺文件
1绪论
热处理工艺方法，是指根据工作要求在处理产物时必须完成的加热、保温、淬火等步骤的一系列过程相互连贯，不能中断的工序方法，主要涉及热处理规范的制订、工艺流程控制系统的设计和产品质量保障、工序方法、生产过程、工序方法、公众设备和工序测试等。是现代机械设备制造业的一个关键基础技术，因为一般像轴承、轴连、转子、杆等重要的机械零件，以及工模都要必须进行热处理后方能够。建立至今，中国的金属热处理工艺得到了很大的蓬勃发展，目前已有金属热处理制造厂点15000多个，其中全民所有制企业大约占百分之八十，大约12000多家，个体民营和股份制公司约百分之二十，大约三千多家。国内不少省份正实施国有中小企业转制，华东、华南沿海地区的民企也将涌现。
1.1汽轮机转子概述
发电办法有许多，如火力发电，水力发电，大风发电及核动力发带等，但目前仍以火势发电为居多，而且，就风力发电设施类型而言，又以火势发电较为典型，所以，根据火势发电设施的热处理过程，将火势风力发电设施分为锅炉，汽轮机以及发电厂三个部分由高压锅炉形成的高压投资过热蒸气，是汽轮机开始运转，进而驱使汽轮机发电。
1.2汽轮机转子热处理工艺的国内外发展及研究现状
1.2.1国外情况
近年来，COST项目经过对在六百二十℃/630℃下采用的定子材料试验条件进行深入研究，制定了一套成分为9Cr-1，5Mo-1，Co-0，010B的转子钢料标准，并定名为FB2，能够达到六百二十℃级别汽轮机组的设计选材条件。达到的主要技术指标包括：在①六百二十℃下进行一百零五h时效处理后，蠕变模型的断裂强度达到了一百MPa以下，且相应蠕变模型裂纹伸长率超过百分之十；②淬透深度至少达到φ；③在室温条件屈服强度超过了七百MP。④其他特性百分之一～12%Cr高Cr M浓度的铁素体耐热钢，在六百五十℃长时间下服役会出现过早失效现象，而长时间蠕变模型强度也会小于由短期蠕变模型试验结果外推得出的预测值。我国专家学者系统地深入研究了Cr浓度对百分之八～12%Cr耐热钢长时间高热硬度的负面影响，结果表明合理降低Cr浓度有助于改变长期高热Cr转子钢的长时间（超过104h）高热破坏硬度，而其中含有85%Cr的钢种，即使在六百五十℃以上也不会出现。超高Cr含量的铁素体耐热钢，在650℃长时间下使用将会出现过早失效问题，而长时间蠕变的强度也将小于由短时间蠕变模型试验结果外推得出的预测值。其M23C六相生长速度与t三分之一成正比，说明了其主要生长机理是在体内扩散。而此前的发言则指出，高Cr铁素体耐热钢的早期失效是因为在高热蠕变流程中，细小的碳氮化物MX较为粗大的Z所代替，而Z相的形成由于Cr浓度的提高也就越来越易于实现。
上述的研究结果，很好地证明和解析了高Cr铁素体耐热钢在长时间高温服役时会出现早期故障的部分因素日本国制钢厂（JSW）等单位，根据在六百五十℃的工作情况下Cr含量变化对高Cr耐热钢的负面影响，深入研究了大量碳氮化物等较细小的自然分解产物。采用热透射电镜分析和蠕变试验等方式，对经过六百五十℃等温失效后的高Cr钢转子材料展开深入研究表明，在时间六千七百h后，百分之十点五高Cr钢中细小的nbX和M二X逐渐消失了，而在时间一千h后，9%Cr钢在时间前的过渡蠕变速度并无明显改变。结果表明，高Cr耐热钢在长期失效后稳定性蠕变强度降低的重要因素是变软而不是蠕变性脆化，显微组织的恢复则主要是受分离相的稳定性因素而不是位错密度，如Nb X和M二X等碳化物的消失也只是材料稳定性蠕变强度下降的一个因素。日本国铸锻钢企业（JCFC）曾经顺利制造过很多根供600℃工作情况下使用的高、中压转子。近期又在实验室研发的基本上，采用ESHT工艺技术（ESH工艺技术中，钢锭为了可耗用阴极来工作，最后消溶于精炼渣中。ESHT工艺技术成为ESR工艺技术的改进，不同点在于将熔渣加入到钢锭阴极融化的表层上，成为一种理想的保温帽）重新浇铸了钢锭，并采用优化的热处理技术工序，从而提高了超声波传感器探伤检测能力，并顺利地制造出了一根全规格的FB二钢转子。相对于一般不含B及加入了50×10-6B的高Cr钢来说，含100×10-6B的高FB二钢的在奥氏体化流程中晶粒更容易产生粗大现象，从而直接影响后期的超声波探伤检测。为改变这个状况，JCFC在预备热处理流程中添加了一个珠光体转移处理的工艺，以便于获得在高性能热加工时精细、均匀分布奥氏体颗粒的结果。测试结果显示，某部分产品在超声波探伤时可检测的最小缺口宽度（MDDS）远低于在欧盟发现的相同规格的FB二钢转子。
1.2.2国内情况
相对于发达国家水电站领域中先进材料的研究进展情况，中国目前在国内有关领域的研究工作却显得相当单薄，不管理论的深度与创新性，还是对高附加值产品的生产制造能力均有着较大差异。大型电站设备材料的开发，存在着投入大、费时久、见效慢的特点，而在经过工业技术升级后则能产生更重大的效益和服务社会意义。不管是从海外领先国家的宝贵经验或是该领域本身的优势出发，国内相关领域的开发单纯依赖公司本身的投入以及非开放性的研发很难达到更高成长，严重妨碍并影响国内其他领域的开发。期待我国XX能够加强统筹协调，注重创新，提出前瞻性的研究计划，协调有关部门的技术人员和物质条件开展共同研究，并给予国家足够的经费保障，以促进新电站设备的研制开发，在全面吸取国内现有的先进研究成果的基础上，早日完成国内生产能力的提高，缩短与国外领先技术水平之间的距离，使作为国民经济重要基础的电力领域得以继续强劲的发展增长。
1.3对汽轮机转子热处理技术研究的重要意义
能源产业是社会主义国民经济的重要基础，而成为主要工业生产发电装置主机之中的汽轮机工业的水平是我国综合能力的主要表现所在，同时也是中国科学技术的主要衡量标准所在。身为工业生产力的关键装置，汽轮机常在作业出现各类故障，给各行各业造成了许多影响与不便，故通过深入研究当前车轮机科学技术的进展状况，主动地改善当前的汽轮机发展科技，开拓创新改革[13]。蒸汽船发电机组作为国家设备工业的主要装备，在电力行业起到了至关重要的角色，其是否顺利工作，将影响着我国的经济效益和社会发展效果，而汽轮机是整个发电机组的主要驱动源头，其安全，稳定性直接关系着整个蒸汽船发电机组的寿命，降低了蒸汽船发电机组的事故，增强其稳定性就是保障整个发电系统安全正常运行工作的重要基础，而汽轮机转子则是整个系统正常运行的重要关键，部分振动时在发生故障时，普遍的现象，因此，研究汽轮机保证安全可靠运行具有重要意义。
此次，我将继续在我辈研究的基础上，通过对汽轮机转子热处理工艺的研究，提高汽轮机服役条件性能，延长零件使用寿命。因为在近现代工业中，轻工、航空航天、军工、石油、化工等方面对无磁钢和无磁材料越来越高的要求，需要研究出高性能却研发成本低廉的无磁钢以应对逐渐发展的现代工业。但因为中国在上世纪六十年代时的经济实力和制造业基础都比较弱，同时受到了当时西欧发达国家的技术限制，在将Ni、Mo、Cr等资源逐步消耗至很少的状况下，张彦生、师昌绪等人明确提出了优先发展奥氏体无磁钢，但由于当时中国经济迅速发展，对无磁钢技术的要求也日益增多，而高锰奥氏体钢材则由于拥有了更好的热力学性能和无磁能，并且有更加低廉的成本，所以被广泛应用于民生和军事中。近年来Fe-Mn-C和Fe-Mn-Al-C高锰奥氏体钢以其拥有密度低、强度高、塑性高等综合优点成为新一代的用钢的发展方向。当前关于高锰奥氏体钢的研究主要是由于起步晚，技术起步差，而且对钢的研究与发展及应用还不够，需要加强研究。在中国现代转子工业发展快速的历史背景下，虽然人们普遍尊称中国模具为工业之母，也体现了其在世界工业中的重要作用，可是实际上在中国转子工业的发展却并没有十分超前，甚至还一度落后于其他发达国家很多，由于起步晚，投入的研究力度小，我国目前在一些转子用钢的使用上还依赖进口其他国家的模具钢。在我国转子用钢的制造上，最大的问题还是转子用钢的质量精度不足，科研技术研究得不够深入，导致生产的规模远远不及国外，在生产过程中的工艺不成熟也导致了国产的转子用钢竞争力大大下降，影响了转子用钢在国内的发展前景。
2汽轮机转子零件的分析
2.1零件的工艺分析
汽轮机转子机体也是一种非常关键的机械零部件，由于其零部件长度相对小，因此构造形式也较复杂，但其对加工孔和底板的精度要求也较高，另外还有汽轮机的转子机体较小端面端需要机械加工，对精确度的需求也很高。零件的底面、中央孔φ250孔粗糙度需要都是，所以都需要精机械加工。而中央孔φ250孔的细同轴度公差需要是因为其规格精确度、几何造型精确度和相互位移精确度，而且其表面的表面质量均影响机器以及工件的安装质量，从而影响其基本机械性能和工作寿命，所以对它的机械加工是十分重要和重要的。
2.2零件的工艺要求
一种好的机械结构不仅要能够满足产品设计条件，而且还要具有良好的机械加工工艺性，也即既要具有机器制造的可能性，要易于机器制造，并可以提高机器制造产品质量，而且又要机器制造的劳动量较小。而产品设计与工艺是密不可分的，而且也是相互促进的。设计师要思考生产工艺问题。工艺师要思考怎样在工艺技术上提高产品设计的要求。
图2-1零件零件图
该加工有七个加工表面：平面加工包括零件底面、底部平面；孔系加工包括大、小头孔、小孔。
（1）以平面为主有：①零件底面的粗、精细加工，其粗糙度要求是；
②汽轮机转子机体小端面的粗、精细加工，其粗糙度要求是。
（2）孔系加工有：①Φ125粗、精镗加工，其表面粗糙度为；
②Φ47的小孔钻铰加工，
零件毛坯的选择铸造，单边余量一般在，因其年产量是中批量生产。
上面重点是对零件的基本构造、工艺精度以及主要工艺表面进行了剖析，并确定了其加工毛坯的方式主要为铸造和中批的大批量生产方式，进而为工艺规程设计工作进行了必要的准备。最终确定选用的转子材料为34CrMo1A。
3热处理工艺设计
3.1零件的结构与工作条件
图3-1汽轮机转子结构图
该转子零件的模数m=4毫米，要求小批量生产。
1、服役条件
转子是机械设备制造业中使用最普遍的主要零部件之一。其主要功能为传送动能，变化运动速率和方位。是主要零部件。其服役要求包括：
（1）在定子运行中，借助小齿面的交流来传输动能。两个定子在相对运动过程中，有滑动，也有摩擦。同时，在转子表层承担着较大的接触疲劳应力和摩擦力的影响。在齿根区域引起了较大的弯曲应力影响；
（2）因高速转子在工作过程中的过载产生振动，而受到了相应的冲击力或过载；
（3）在某些特定环境下，受周围介质环境的影响或受到其他特定的外力的影响。
2、失效形式
按照其服役要求，最常见的失效形式为如下四点：
（1）疲劳断裂
转子面在交变应力和摩擦力的长期影响下，引起了转子点面接疲劳破坏。其产生原因是当转子所承受的弯曲应力达到了其持久限度，就产生疲劳破坏而达到材料的抗弯强度时，将产生断裂而失效。
（2）表面损伤
a孔蚀是闭式转子传动中最普遍的机械损伤形式，由点蚀逐步发展，突出表现为蚀槽或裂纹。
b硬化层剥离主要是因为在硬化层下的过渡区金属材料，在高温接触应力影响下形成了塑性变化，使表面上压应力减小，从而形成裂纹导致的碳化层剥离。
3.2零件材料的选择
转子材质的选择主要是通过转子工作时负荷的多少，速度的多少和转子的精度等级来判断的。负荷多少一般是指转子输送力矩的多少，一般以牙面单位压应力为判断标准。通常包括：低负荷、重载荷、高负荷和超重负荷。转子工作的速度越高，齿面与牙根引起的交变应力数量愈多，齿面损坏愈剧烈。为此，我们可以将叶轮所转动的圆周转速v的多少，视为材料的疲劳与损坏程度的大小。通常包括：中低速转子(1~9m/s)；中速转子(6~10m/s)；高速转子(10~15 m/s)。转子的精确设计，则齿形精确，公差较小，啮合牢固，传动稳定而无噪音。汽轮机的转子精度通常为6~8级（中、低速）和8~12级（高速度），而车辆、拖拉机的转子精度则通常为6~8级。汽轮机中所用的转子，主要有输送动能、调节运动速率和调整运动方位等的功能。而汽轮机转子的运行要求，相比轿车、拖拉机、采矿机器、动力机器等的转子而言比较运行稳定，机械负荷低，工况环境也较好。一般汽轮机中的转子准确度大都为七级准确度，但是在分度式传动机构中还需要很大的精确度。经过实践证明，通常汽轮机转子都采用中碳钢制作的，如34CrMoIA、Q275、40、45、50、50Mn等钢材制作。
那怎样判断选用那种材质较为理想，在对转子材质进行选择时，一定要围绕着热处理材质的选择准则，进行多方面考察。
3.2.1热处理零件的选材原则
1、实用性原则
使用特性原则是零部件在运用中必须具备的特性，这是确保零部件实现规定用途的条件。在选型前需要知道零部件承担的载荷种类和尺寸，所处工况环境和介质温度等服役要求。服役要求不同，特性要求也不相同。通过上节中叙述的定子的服役要求，我们知道汽轮机定子的受力状况和性能特点包括：汽轮机转子工作时一般受力情况为：
（1）齿部受到较大的交变弯曲应力；
（2）换挡、起步或啮合不平衡后的撞击；
（3）齿面互相翻滚、滑行时碰撞，并承担相接触的压应力。
以上转子的受力特性，决定了其损伤形式主要为大齿的断裂和小齿面的剥离，和过度损坏。据此，在选用转子材料时要使材料的特性符合下列规定：
（1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；
（2）齿面有高的硬度和耐磨性；
（3）转子心部分必须具有足够大的硬度和弹性；
（4）较好的热处理工艺性。
2、工艺性原则
零件毛坯尺寸大致有铸造、锻压机、焊接器和型料四类，为了掌握金属材料的主要加工工艺步骤和金属材料的主要加工特点，使所选金属材料比较易于加工为工件，在选择时应该充分考虑金属材料的主要加工工艺性能。从原料到成型件，不同的加工工作经历了不同的冷却、热加工等工艺，从工艺性开始，选材过程可按以下技术路径展开。
图3-2零件选材技术路线图
3、经济性原则
选材若要讲求经济性，就应该计算所得与所费、投资价值与产量、有用效益与、以及劳动耗费等，并对这些因素加以评估与对比，因此选用自柔佛苏丹的材料不一定是质量最好的或价格最贵的材料，以最好的消耗量求得最高的经济效益，这便是材料经济性原则。零件选择原则的实质是所选材料要耐久，容易加工且费用低廉。同时，人们在做选择时，还必须关注几个问题。
3.2.2选材应注意的问题
1、在一般前提下优先考察实用性，而技术效果与经济性的原则次之；
2、某些力学指数（如σb、σ02、σ-1、K1c）可直观进行设计运算；Δ、ψ、嗄声等不是直接用来计量，是为了增加零部件的耐过载能力，以提高零部件工作稳定性；
3、当对零部件的机械力学性能需求，转换为各种材料力学的特性指标后，要考虑在手册上定义的机械组织状况。若零部件的最终状况与使用手册上提供的资料一致，就可以直接使用，不过，还得检查其他手册、文献资料或进行针对性的热力学性能测试；
4、手册或规范中提供的力学性能数据结果，是在实验室条件对小试样尺寸的实验结果，在参考这些数值时要注意尺寸效应；
5、因为材质成分是一种范畴，而试样或毛坯的供货状况也可能有很多种，所以，就算是同一牌号的金属材料，机械性能也不会完全一致。标准或原冶金工业部规范中提供的热轧及退火状态的动力学特点范围最大或最小值，其数值比较可靠；在科技资料、学术论文中所提供的数值通常是在特定条件下的平均值，实际应用时要予以重视；
（1）对于同一个物料的各种供应情况，对数据结果干扰较大；
（2）选择时应注意同时兼顾所选用材质的成型处理技术。
（3）分别从使用性能、工艺性与经济效益三个方面出发，根据零件的构造形状和现场运行情况研究，最后决定选用34CrMo1A钢材用作汽轮机定子的材质。
3.3汽轮机转子热处理工艺方案的制定
3.3.1零件的技术要求
34CrMo1A钢汽轮机转子技术要求如下：
齿表硬度：700～860 HV
心部硬度：240～295 HV
渗碳层深度为：06～08 mm
3.3.2制定热处理工艺路线
要制订出合理的工艺技术路线，与此密切相关的几个概念都是至关重要的，包括热处理工序在整个工件加工及生产流程中的重要地位、在选定热处理工序时应考虑的各种因素以及热处理工序规程的拟定。在上述理论知识基础上，根据工件的实用技术条件，全面剖析，制订出合理实用的工艺技术路线。
热处理在加工工艺路线中的位置
1、金属材料的加热加工工艺路线通常是比较复杂的，而按照人们对工件特性需求的差异，金属热处理在加工工艺路线中的重要地位，一般有如下三种情形：
（1）毛坯→正火（退火）→机械加工→工件成品（一般工件）
（2）毛坯→预先热处理（正火、退火或调质）→粗加工→最终热处理（淬火、回火、化学热处理等）→精加工（要求较高的工件）
（3）毛坯→预先热处理→粗加工→淬火、回火或化学热处理→半精加工→稳定化处理或化学热处理→精加工→稳定化处理→工件成品（精密工件）
2、选择热处理工艺时应该重点考虑的因素
（1）工件产品设计中热处理技术要求如材质（包含型号、钢种、晶粒度等）、金相组织、表面硬化面和外渗层厚度、热稳定性、冲击韧性和硬度范围的要求；
（2）依据热处理过程的工艺技术性选择热处理工艺时，应当依据加工各种工件的技术手段，尽可能实现工艺技术上的先进性，工艺技术上的可行性以及社会经济上的合理化；
（3）根据工厂生产要求和批量制定热处理工艺流程时还应当充分考虑生产的现场特点、现有技术设备、制造批量大小等因素。在确保工艺技术要求和产品质量稳定性的前提下，可采用循环作业炉、连续作业炉或重新设计的新标准设备。
3、热处理工艺规程的拟定
（1）分析各种可能的热处理工艺方法，对比后选定其中确保工件优质且有最经济效益的方法；
（2）要求热处理的铸件应按材质、造型、规格、重量和性能特点等选用适当的热处理方法；
（3）通过现场升温和制冷装置确定工件的升温和制冷方式；
（4）对热处理工艺流程中各步骤安排的应力求优化，以减少在各步骤传输流程中的时间重叠。
3.3.334CrMo1A钢转子工艺路线
1、工艺路线的安排
定子材质在采用34CrMo1A钢时，毛坯材质也同样为铸铁，同理也应通过退火处理提高钢件的磨削加工能力。主传动系统中的定子，由于承载很大，受撞击也较频繁，所以对钢材的要求较高。因为变形和接触的应力都很重要，所以所有转子均要求渗碳、淬火加热温度等措施，以增加耐磨性和疲劳的抵抗能力。据此，其主要技术路线设计如下：
下料→锻压→退火→机械加工→渗碳、淬火以及温度回火→喷丸→切削等加工
2、热处理工序作用分析
转子经毛坯铸造后经过了高温退火处理，主要用于改善34CrMoIA钢材的切削加工性能，34CrMoIA钢材高温退火后的坚硬性的为170~210HBS，磨削加工工艺特性优异。渗碳处理还改善了材料的表层特征，使钢材的表层具备更高的耐磨、疲劳硬度和抗弯强度，中心处也具备了足够的硬度和弹性。喷丸处理并不仅仅是用来去除氧化皮，使表层更加光滑，更退火处理对铸造转子毛坯质量是必要的热处理工艺，它能够使同批坯料组成件具有同样的表面硬度，从而有利于磨削工艺，使化学成分均匀分布，减小或去除铸造内应力，并为零部件最后高温热处理提供了合适的内在机构。而调质火处理则能够使转子表面具备较高水平的综合机械，从而提高了转子心部的表面硬度和弹性，使转子表面能够经受很大的弯曲应力和撞击力。调质后的转子组织形式为回火索氏体，在高频淬火时温度变化更小。而高频淬火和温度回火则是赋予转子表面机械特点的重要工艺，通过感应加热或表面淬火能够在工件表面获得极细的隐晶马氏体组织，进而提高了转子表面硬度和耐磨性，从而使转子表面有高压应力产生而提高了抗疲劳性损坏的力量。为减小淬火应力，在高频淬火后还应采用温度回火，这对于避免研磨裂纹的形成和提高抗冲击力量十分有益。
主要的是作为一个质量提高手段，使零件表面压力增加，从而有利于增加疲劳强度。
3.4确立工艺参数
所选材料的相变临界点
34CrMo1A钢转子工艺参数
（1）高温退火
低碳钢若采用通常的完全退火，则其硬度太低，切削性能不好，故采用高温退火。
（2）渗碳（固体渗碳）
钢铁为什么可以渗碳，因为钢铁处于高温奥氏体中，对碳存在比较高的水溶性（百分之二点零六），钢铁的渗碳正是利用这种机理。不过，并不是任何形态的碳都能够被钢铁表层所吸附，而只有生活的碳素材料原子才可以被钢铁表层所吸附，被表面吸收的碳原子，在高温情况下从里面向外扩散，因此产生了相当厚的渗碳层。
①渗碳剂：固体渗碳剂，一般是由木炭微粒和碳酸盐BaCO3或Na二CO三等构成。木炭微粒是主渗剂，而碳酸盐则为催渗剂。
②渗碳温度：根据Fe—Fe3C状态图（图3-3），只有在奥氏体区域，铁中碳的浓度才可能在很大范围内变动，碳的扩散才能在单相的奥氏体中进行。900～930℃这个温度恰好较渗碳钢的Ac3点稍高，保证了上述条件的实现。故渗碳温度取920℃。
图3-3 Fe—Fe3C状态图
③保温时间：零件在渗碳温度下需要保温的时间长短视渗碳层深度要求而定，下表中列出了渗碳层深度与保温时间的关系。
由该零件的技术要求可知渗碳层深度为08mm，渗碳温度920℃，故由表中查得保温时间为5小时。
④冷却方式：先随炉冷却到630℃左右，然后出炉空冷，以防止渗碳层深度未达到技术要求。
（3）淬火
①加热温度：一般在Ac3点以上30～60℃，取900℃[15]。
②保温时间：由式3-2，计算可得保温时间为2小时。
③冷却方式：采用水冷。
（4）低温回火
式中τ为保温时间（min），k为时间基数（min），A为回火时间系数（min/mm），D为工件的有效厚度（mm）。
对于300℃以下的回火，k值为120，A值为1；D值为70。
所以保温时间
=120+1×70=190min﹥3h，保温时间合理。
③冷却方式：采用空冷。
4汽轮机转子热处理设备的选择与缺陷分析
4.1热处理设备的选择
34CrMo1A钢作为转子材料，将其切割成10×10×20mm的毛坯试样。34CrMo1A钢作转子材料时，退火处理加热保温之后在进行冷却，这样做的目的是在升温的情况下使奥氏体转变为均匀，而淬火后所得到的组织被进一步细化，柔韧性也下降。从而得到外形和尺寸都稳定的材料。能有效地处理好裂纹的产生。渗碳、淬火以及低温回火34CrMoIA钢的试样渗碳后随炉淬火至共析高温时，共析主要成分奥氏体随即全数转化为片状珠光体。从而达到材料所需的性能要求。采用箱式热水炉（图4-1）加热试样，进行热处理。
图4-1箱式热水炉
退火
将34CrMoIA钢试模放入炉内升温至一千℃，并保温约九点五小时后，随炉制冷至六百℃以内后拿出试样，空冷至常温，留待渗碳处理。
渗碳以及装箱
渗碳的试模，外表要尽可能清洁，不应有明显锈斑和油垢，以防干扰渗碳的过程，导致试模渗碳的深浅不一致和有软点。渗碳箱体通常用钢管焊接制成或铸铁塑造制成，但渗碳箱体不能太大，装箱好之后，用耐火泥（加入3～百分之五食盐水调好）作为封罩，以避免在渗碳过程中渗碳气的溢出。当渗碳箱封好之后，即在箱盖上插长试棒一条，其间也可用耐火泥土封好试棒与箱盖孔之空隙，且试棒材料宜与试模一致，且试棒孔径可用ф10~ф，并且嵌入深度为最接近于上层的试模间隙。
图4-2渗碳箱
淬火以及回火
选用箱型电阻炉如图（图4-3）升温至八百四十℃，接着将经过高温退火处置后的四十五钢试模迅速放入炉内，并保温约二十分钟，然后拔出试模，再投入热水中继续搅拌使之冷至常温，并留待回火后使用。同理，先将电阻炉升温至九百℃，然后再将经过渗碳处理后的34CrMoIA钢试模放入炉内，再保温约二十分钟，终于抽出水冷式，留待回火处理。将淬火后的第34CrMoIA钢试样放入箱型电阻炉中升温至一百八十℃，然后保温约三十分钟，取出试样，再在压缩空气中冷却到常温，留待制成金相试样。同理，将淬火后的四十五钢试模放入电炉内升温至五百六十℃，再保温约二十分钟后，拔出试模，经空冷至常温。
1－底座2－观察孔3－炉门4－热电偶5－炉壳6－电热元件7－耐火材料8－保温材料9－炉架
图4-3箱型电阻炉
图中给出了炉体结构示意图，由炉、炉壳、炉村、，减少热量损先良好的护村材料不仅要有一定的火色热而且热还少，是由料和保材组成近电热元件耐大外的是环保材料，为了减少热量失一般高箱式电阻炉的炉用三期热设计，内层采用耐材料如离铝的火中品和外采用保材如用轻质土，结粉、石或纤维制品等。
4.234CrMo1A钢热缺陷分析及防治方法
退火
出现缺陷原因分析
出现的原因可能是退火温度过高，保温时间过长装炉量太多，原材料脱碳严重，锻造时加热温度高，所以我们采取的防治方法可以通过保护气体；
渗碳层
出现缺陷原因分析
（1）渗碳试模的最表面，而此共析渗碳层和随炉冷却后的金相组织则是珠光体和一些网状碳化物。
（2）将34CrMoIA钢的试样渗碳后随炉淬火至共析高温时，共析主要成分奥氏体随即全数转化为片状珠光体。
（3）碳含量伴随离表面距离的增大而下降，并一直转移到心区原有成分之后，故亚共析过渡区中随炉淬火后所获得的金相组织为珠光体与铁素体的混杂组成物。综上所述渗碳层可能会出现硬度低、硬度渗层不均匀、变形、表面发黑、发亮局部脱落等一系列问题。正确装炉，正确设置辅助阴阳极；调节压力，加强炉气循环；屏蔽狭缝小孔。渗碳前去应力处理；调整温度均匀性；严控升温速度；改进结构设计等建议。
淬火
出现缺陷原因分析
由于组织过热，对于第34CrMoIA钢的渗碳随炉淬火后的控制自己进行研究，其铁素体含量仅在观察区范围的百分之七十五以下，其珠光体仅在百分之二十五以下。这些结构可能会出现适应不了渗碳部件表面上高坚硬、高抗磨的情况，也可能出现适应不了心部强韧的情况。
防止措施
针对以上原因，首先我们应当严格按照工艺流程，控制装炉量，炉子升到退火温度后，工件入炉，选退火温度范围下限值，严格控制所需的热处理过程中所需的温度，提高零件出油温度或提高淬火油的温度。
4.3热处理工艺的检验
1、硬度检验
图4-4实验仪器
（1）选择试验力1471N(150kg)和金刚石压头。顺时针旋转的变荷手轮，决定了总试验压力。
（2）将压头朝发展的主轴邢台市孔桥中学方向推进。
（3）从主菜单的修改选项中确定HRC。
（4）再选择测试硬度的换算标尺和保荷时间。
（5）当转轮顺时限钟旋转，升降螺杆向上，宜使试模缓慢而无撞击地与压头碰撞，
根据下表（4-5）中资料显示，第34CrMo1A钢在渗碳后将碳原子浸入表层，使其表层的硬度范围增加，从图四负九中的曲线走势可以得知，34CrMo1A钢材在热加工后由表层至心部，坚固性值逐步降低，这是由于渗碳后的34CrMo1A钢材，由表及内产生了相应的碳浓度梯度。
检验热处理工艺的合理性
34CrMoIA钢试样在进行热处理后，最终的表面硬度为八百五十HV，对第34CrMoIA钢试样实验得到的硬度数值也符合，即所设计的热处理工艺是合理的。
5厂房设计及成本估算
5.1厂房设计
为有效对零件进行热处理工艺，厂房的设计尤为重要。我们从流程、运输工具和运输方式及其生产特点等多方面考虑，对汽轮机转子的热处理工艺车间进行了设计。如（图5-1）
图5-1工艺路线
5.2成本估算
5.2.1车间成本
根据自己现有资料的统计，车间内成本大概需要1000万元左右，而一个热处理车间还需要厂房土地及配套设施等，综上所述，车间成本大概为6000万元左右。
5.2.2运营成本
热处理车间工业用电为06元/kWh，水价为47元/吨。热处理车间年用电约为200000KWh，因此热处理车间年成本电价大概在92万元左右，车间年用水量14534074L，合14510202吨，所以热处理车间年成本水价约为6万元。除此之外工人工资、车间管理、设备维护等一系列成本共需6800万左右。
6结论
经过对本课题的深入研究，基本解决了汽轮机转子的材料选择与热处理工艺设计中的各种问题。汽轮机定子主要担负着输送动能、调节运动速率和运动方向的工作，但汽轮机定子工作载荷不能过大，在中速运行时较稳定，一般采用四十五钢和34CrMo1A钢制成。通过分析判断，最后确定了四十五钢采取退火、调质的处理，而34CrMo1A钢采取退火、渗碳、一次加热再淬火工艺，以及低温回火的处理。四十五钢经调质处理后能够提高金相组织和金属材料表层的可磨削性能，从而减小了机械加工后的表面粗糙度，并能减少在淬火工艺流程中的热变形。34CrMo1A钢有较好的切削性能，渗碳时对材料的热变化量较小。渗碳后，经过淬火和低压回火处理过程，才能使转子达到较高的牙面硬度而中心部也具备足够弹性和较大的抗弯疲劳强度。但受到当时知识技术水平和生产设备要求的影响，本课题如果继续进行研究工作，除可以在原来基础上进一步完善金属热处理工艺之外，我觉得更有前途的是研究汽车转子的选材与热处理工艺技术。随着人类生活水平的日益增加，车辆的需要量也会逐渐增加。车辆的结构复杂，具有传动功能的定子是至关重要的，所以对定子的质量和稳定性要求都是非常高的。车辆中的转子一般都在较高重载的环境下工作，而一般的碳钢都几乎达到不了标准了，所以尽量选择34CrMo1A这类专门的转子合金钢，再进行制定正确的热处理工序。我认为随着科学技术的提高，金属热处理工艺将更好地造福社会，对中国传统冶金产业的提升将有着重大的积极意义。
致谢
记忆如流水，在这里我们挥洒过汗水，也落下过泪花，这里有我熟悉的一切，热爱的一切，考验，磨炼能够让我更为坚强，去勇敢应对生活中所遇到的困难与磨难，蜕变需要经历磨炼，更少不了良师益友，感谢帮助过我得各位老师，生活中的点点滴滴都印在我心里，感谢你们给我鼓励，对我学习的指导和支持，今后我会更加明确以后的发展方向，在今后的工作和学习中我会更加倍努力，
我相信这篇论文不会是终点，未来的路还很长，在之后的生活和工作中我必将继续努力，勇往直前，争取更大的进步。
参考文献
[1]杨晨,柴京,张涛,王晓升.基于LSTM网络的汽轮机转子热应力预测方法[J].计算机仿真,2023,40(02):123-127+202.
[2]赵继兴,李晨,马少华,雷英俊,李瑞君.基于PSD的汽轮机转子轴振动传感器[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2023,46(01):15-20.
[3]尤国林.汽轮机转子热弯曲的原因及其振动特性分析[J].东方汽轮机,2022(04):74-79+84.
[4]焦晓峰,李晓波,贾斌,司和勇,陈东超.超超临界汽轮机转子的密封动力特性研究[J].汽轮机技术,2022,64(06):439-444.
[5]薛川,曹丽华,司和勇.汽流激振对汽轮机转子振动特性的影响[J].汽轮机技术,2022,64(06):451-455.
[6]钟国坚,陈木凤.汽轮机转子工艺优化设计[J].武夷学院学报,2022,41(12):39-43.
[7]李汪繁,徐佳敏,李思琦.汽轮机转子等效应力的计算方法对比及预测分析[J].动力工程学报,2022,42(12):1198-1205.
[8]杨方.基于NX的汽轮机转子车削轮廓曲线识别研究及应用[J].热力透平,2022,51(04):285-289.
[9]陈旭,岳亚楠,姜伟,石睿,胡晓丹,谢诞梅.核电机组孤岛运行汽轮机转子应力仿真分析[J].热力发电,2022,51(12):149-156.
[10]郑庆行,温玉磊,张文良,赵锦同.30Cr2Ni4MoV钢汽轮机转子冲击性能低的原因分析[J].热处理,2022,37(05):51-53.
[11]刘成松,侯松威,刘晓芹,张华,成日金,倪红卫.30Cr1Mo1V汽轮机转子钢的精炼渣优化[J].钢铁研究学报,2022,34(10):1098-1107.
[12]徐璐,褚衍东,杨琼,李险峰.汽轮机转子系统中共振组织的全局拓扑规律分析[J].振动与冲击,2022,41(18):273-279.
[13]庄乾才,王红海,马德鹏,黄延忠,刘占生.汽轮机转子轮盘加工跳动量引起的振动特性研究[J].汽轮机技术,2022,64(04):285-288.
[14]姜迎春,孔令佳.汽轮机转子轴封汽封的修复改造技术研究[J].现代制造技术与装备,2022,58(07):163-165..
[15]刘军.某汽轮机转子振动故障数值仿真解决方案[J].热力透平,2022,51(02):85-88.
1、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等，请点击“文章版权申述”（推荐），也可以打举报电话：18735597641(电话支持时间：9:00-18:30)。
2、网站文档一经付费（服务费），不意味着购买了该文档的版权，仅供个人/单位学习、研究之用，不得用于商业用途，未经授权，严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等，侵权必究。
3、本站所有内容均由合作方或网友投稿，本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺！文档内容仅供研究参考，付费前请自行鉴别。如您付费，意味着您自己接受本站规则且自行承担风险，本站不退款、不进行额外附加服务。
原创文章，作者：1158，如若转载，请注明出处：https://www.447766.cn/chachong/205407.html,
