大型鍛件旋轉鎖定螺桿的研制

張承峰 林春生 周預平 趙林武

(武漢重工鑄鍛有限責任公司技術部，湖北430084)

大型鍛件旋轉鎖定螺桿的研制

張承峰 林春生 周預平 趙林武

(武漢重工鑄鍛有限責任公司技術部，湖北430084)

總結了大型鍛件旋轉鎖定螺桿的研制過程，冶煉時合理配比化學成分，采用正火+調質的熱處理方式和水淬油冷的冷卻方式，使旋轉鎖定螺桿的各項性能指標均滿足技術要求。

旋轉鎖定螺桿;制造工藝;力學性能

某型號的升船機為齒輪齒條爬升式機型，以大螺桿螺母作為安全裝置。正常運行時，螺桿螺母由船廂驅動機構帶動，空轉著沿螺桿或螺母柱與船廂同步升降。當升船機平衡條件破壞時，首先應停機并制動，隨著兩側不平衡載荷的逐漸增加，螺桿螺母間的間隙消失，船廂被鎖定。

升船機事故安全機構旋轉鎖定螺桿，材質為42CrMo4，外圓直徑?1 550 mm，盲孔直徑?820 mm，長3 335 mm，具體見圖1。

圖1 旋轉鎖定螺桿外形尺寸及取樣圖Figure 1 Overall dimension and sample taking sketch for the rotational locking screw arbor

1 旋轉鎖定螺桿的技術要求

1.1 化學成分要求

按DIN EN10083—3驗收，具體見表1。

表1 化學成分(質量分數，%)Table 1 The chem ical com position(mass fraction，%)

表2 旋轉鎖定螺桿的力學性能Table 2 Themechanical property of rotational locking screw arbor

1.2 力學性能要求

在1/2壁厚處取縱向試樣(具體取樣位置見圖1)，做室溫一拉三沖，按DIN EN 10083—3驗收，具體力學性能指標見表2。

1.3 金相檢驗

純度及晶粒度按DIN3990—5表4的ME級驗收，其中晶粒度≥7級。

1.4 硬度要求

鍛件精加工后齒面硬度要求:(250±20) HBW。

1.5 超聲檢測

按DIN3990—5表4的ME級驗收，不允許有超過?3 mm當量缺陷存在。

2 研制難點

鍛件力學性能要求高，熱處理后在1/2壁厚處取樣，塑韌性指標要求難以滿足。鍛件晶粒度及無損檢測要求都很嚴，不容易達到標準要求。

懷遠縣的大多數農戶還是一家幾畝地的狀況，以家庭為單位進行種植，并且主要依靠勞動力。但是，由于每家每戶的生產技術和水平不一樣，懷遠的石榴品質上存在一些差別。而這樣的種植方式也不利于統一規劃管理。

3 工藝路線及研制過程

3.1 工藝路線

電爐冶煉(EF)+精煉(LFV1)+VD→鋼錠紅送→鍛造→等溫退火→粗加工外圓、內孔→超聲檢測→加工螺紋→正火+調質處理→力學性能試驗→超聲檢測。

3.2 研制過程

3.2.1 冶煉

合理配比化學成分，配優質低銅廢鋼、料頭、生鐵，嚴禁配入土鐵。電爐冶煉時保持爐況良好。電爐出鋼時，杜絕氧化渣進入精煉包中，爐后脫氧。精煉鋼包包況要好，烘烤干燥，氬氣攪拌壓力充足，高溫冶煉時間不得過長，所有成分進規后，進真空工位進行低真空處理。錠模系統落真空蓋前再抽風吸灰一次，確保錠模系統清潔干燥。澆注時根據兌鋼情況調整注速，防止抽空斷流。澆注時氬氣壓力要足，確保散流良好，注意觀察，控制澆高。

3.2.2 鍛造

采用兩鐓兩拔，將鍛件壓實壓透，用WHF法拔長。齊帽口線壓鉗把，用鉗把料鍛兩段較小直徑，先成形大端，再掉頭成形小端。嚴格控制始鍛和終鍛溫度，有效預防鍛件表面裂紋的產生。嚴格控制鍛件工藝尺寸，確保底部和冒口端棄料充分。

3.2.3 熱處理

合理制定熱處理工藝，鍛件粗加工完后將所有棱角倒鈍，進行調質處理。待力學性能合格后，按圖1所示取一根徑向試棒進行硬度梯度檢測，以確保精加工后齒面硬度合格。具體熱處理工藝見圖2。

4 檢驗結果及分析

旋轉鎖定螺桿的熔煉分析和成品分析結果見表3。力學性能檢驗結果見表4。金相檢驗結果見表5。精加工后齒面硬度(硬度梯度)檢測結果見表6。

圖2 正火+調質熱處理工藝Figure 2 Normalizing+quenching＆tempering process

表3 熔煉分析和成品分析結果Table 3 The result of heat analysis and product analysis

表4 力學性能檢驗結果Table 4 The result ofmechanical property

表5 金相試驗結果Table 5 The result ofmetallographic exam ination

表6 硬度梯度檢測結果Table 6 The result of hardness gradient exam ination

4.2 分析

(1)由表3可以看出，旋轉鎖定螺桿的熔煉分析和成品分析結果均符合化學成分的要求。為使其塑性和沖擊韌性滿足要求，將合金元素Ni、Mo、V含量控制在上限，C、Cr含量控制在下限，并降低P、S、Cu等有害元素的含量。V合金元素對細化晶粒有明顯效果。另外Mn、Ni、Mo、V合金元素對提高強度和沖擊韌性都有較大好處，為獲得良好的綜合力學性能提供了保證。

(2)由圖2可見，在調質前增加了正火工序，可以進一步細化晶粒，均勻組織，為調質做好充分準備。熱處理采用水淬油冷的冷卻方式，目的是在過冷奧氏體分解最快的溫度范圍內具有較強的冷卻能力，而接近馬氏體點時具有緩和的冷卻能力。這樣可以使組織盡量奧氏體化，以獲得更多的馬氏體組織，而馬氏體經高溫回火后，可得到均勻的回火索氏體組織，其強度、塑性和韌性能夠得到最好的配合，即獲得較高的綜合力學性能。水冷時開啟水槽循環系統，保證水充分循環。從表4、表5可以看出，強度、塑性、沖擊韌性、金相檢驗結果均符合相關標準的技術要求。

(3)力學性能合格后，按圖1所示，在離端面1/2L(齒面厚度)處取徑向試樣進行精加工后齒面硬度檢測。由表6可見，從表面3 mm至表面33 mm處的硬度非常均勻，且硬度梯度均符合要求。說明旋轉鎖定螺桿已淬透了至少33 mm深，遠遠超過了其精加工余量，從而確保了精加工后齒面的硬度要求。

(4)旋轉鎖定螺桿的超聲檢測結果符合DIN3990—5表4的ME級要求。

5 結論

(1)冶煉時化學成分配比要合理。對于綜合力學性能要求較高的大型鍛件，添加適量Ni、V等細化晶粒元素是非常必要的。

(2)對于晶粒度要求很高的大型鍛件，在調質前增加一道正火工序是進一步細化晶粒的有力保證。為獲得良好的綜合力學性能，采用水淬油冷的冷卻方式也是非常合理的。

編輯 杜青泉

The Research＆Manufacture of Large Forgings for Rotational Locking Screw Arbor

Zhang Chengfeng，Lin Chunsheng，Zhou Yuping，Zhao Linwu

This paper summarizes the research and manufacture process of heavy forgings for the rotational locking screw arbor.Bymeans of reasonable proportioning chemical composition in melting，normalizing+quenching＆tempering heat treatment，aswell as the water quenching＆oil cooling，each performance index of the rotational locking screw arbormeets technical requirements.

rotational locking screw arbor;manufacture process;mechanical property

TG316

B

2013—06—20