[00134494]高端装备关键构件用锻后控冷技术的研究及工程应用

我国在高端装备制造业中同发达工业国家相比仍存在一定差距,相当一部分机械制造企业还在采用粗放式的制造方式。机械装备的关键构件存在寿命短、可靠性差、结构重三大问题,严重制约了我国高端装备制造业的发展和国际竞争力。目前,我国装备制造业迎来前所未有的发展机遇,航空航天、轨道交通、核电风电等行业发展迅速,对于关键构件提出了更高的技术需求。因此,我们必须改变传统粗放式的热加工方式,创新工艺路线及方法。世界上高端制造业的技术水平两级分化,热加工的核心技术一直是发达国家的机密,我们拿不来、买不来、也合作不来,必须进行技术创新迎头赶上,进而形成我国特色的技术优势。 目前困扰热处理的主要问题是力学性能不足和变形问题,如核电转子（风电轴）的低温冲击性能、渗碳齿轮和轴承的变形控制问题。这都跟相关冷却工艺存在直接关系,传统上我们一直认为这是由淬火冷却导致。然而,锻后的遗传组织仅通过热处理是无法有效解决的,需通过合理的锻后控冷工艺才能改善或消除遗传组织,为最终热处理做好组织准备,才能保证产品的最终内在质量。根据国内行业专家调研,欧美发达国家的核心关键构件锻后均采锻后控冷工艺,例如美国底特律部分企业采用的是墨西哥生产的某种匀速冷却介质,但无法从国外企业和国外技术资料中找到相关的信息。 该项目中的产品主要是应用于锻后控制冷却的匀速冷却介质。产品锻后直接在该“匀速冷却介质”浸冷,冷却过程中主要以辐射和对流的方式进行,能够保证冷却的持续性和均匀性。可协调表面和心部的冷却过程,能够有效控制锻后“二次偏析”,改善心部组织粗大等问题,为后续热处理做好组织准备。因其替代了正火工序,可节能达45%,填补了国内的技术空白。项目主要完成了以下三个方面的工作： 1.锻后冷却路径与组织均匀性关系研究。锻后遗传组织缺陷是具有遗传特点的,包括杂质元素的偏聚和晶粒粗大,在常规热处理过程中碳和合金元素的奥氏体均匀化是相当困难的,例如碳的均匀化需要950℃以上,而合金元素则需要1100℃以上,可见常规的热处理方式根本无法解决偏析的问题。 2.通过锻后高温快冷控冷,抑制静态再结晶,防止晶粒过度粗化,改善锻坯带状组织。采用匀速冷却介质进行锻后控冷处理,代替传统空冷、风冷、坑冷等粗放式的冷却方式,可有效改善锻坯组织均匀性。 3.改变传统锻后工艺路线,大幅降低能耗,提升生产效率。产业化推广已经实现在齿轮、轴承、大型锻件等领域的成熟应用,取消或缩短预备热处理工艺过程。 该项目研制的匀速冷却介质可有效控制锻坯的冷却路径,满足了高端装备制造业对关键构件高寿命和高可靠性的要求,优化了关键构件的组织遗传,解决了我国高端装备关键构件的“可靠性差、寿命短、结构重”三大难题。该项目的成功实施直接导致了高端装备制造业由传统的粗放、高污染向精密、高效、清洁的方向转变,稳步提升了行业的可持续发展水平和国际竞争力。