一种风洞风机用KMN材料焊接主轴亚温淬火工艺的制作方法

一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺
技术领域
1.本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺。


背景技术：

2.风洞机组是空气动力试验风洞装备用轴流式压缩机组，其结构形式完全不同于普通的轴流或离心压缩机。
3.风机主轴常用于支撑旋转零件和传递扭矩,因此对主轴材料的刚性和强度要求都很高。当前，风洞风机主机转子进、出侧轴的组装形式采用把和形式组装,且进、出气侧轴头和各级轮毂支撑环成型方式均采用焊接成型方式，其结构形式完全不同于普通的轴流或离心压缩机。
4.主轴使用焊接结构，且主轴材质为kmn材质，之前kmn材料的焊接结构通常用做转子件的叶轮使用，一般将其性能热处理调质的淬火温度控制为970
±
10℃。由于焊接成型的主轴轴头、轮毂及支撑环有效截面差较大，轴头与轮毂间的有效截面尺寸差最大高达14倍，如果还使用常规的970
±
10℃的淬火温度，极容易造成零件焊后热处理淬火变形甚至开裂。
5.因此，当前需要改进风洞风机用kmn材料的焊接主轴的淬火工艺，以防止主轴焊后热处理淬火变形甚至开裂。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种既能满足材料力学性能要求、又能保证材料热处理变形量的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，包括如下步骤：
8.将所述焊接主轴放入温度为500℃的淬火炉内，第一次加热至600-700℃，保温3.5-4.5小时，然后第二次加热至820-880℃，保温14.0-15.0小时后，出炉油冷；
9.将油冷后的焊接主轴放入温度为350℃的燃气炉内，第三次加热至620℃
±
10℃，保温22.5-23.5小时，出炉空冷。
10.进一步地，所述第一次加热的加热速率为50-100℃/h。
11.进一步地，所述第二次加热的加热速率为70-100℃/h。
12.进一步地，所述第三次加热的加热速率为50-100℃/h。
13.进一步地，所述油冷是在淬火油中冷却。
14.进一步地，所述淬火炉为燃气式淬火炉。
15.由于转子主轴材料选用kmn材料，且焊接成型的主轴轴头、轮毂及支撑环有效截面差较大，轴头与轮毂间的有效截面尺寸差最大高达14倍，热处理时若采用较高的淬火温度容易造成零件焊后热处理淬火变形甚至开裂。因此，本发明提供的一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，在保证零件性能满足要求、热处理变形及防止零件开裂的情况下，
选用亚温淬火的热处理工艺，既能保证大尺寸截面差焊接零件的热处理不开裂，使热处理变形在可控范围内，又能保证零件的力学性能满足使用要求，为扩大材料的使用空间提供有力支撑。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺温度曲线图。
具体实施方式
17.参见图1，本发明实施例提供的一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，包括如下步骤：
18.将所述焊接主轴放入温度为500℃的淬火炉内，第一次加热至600-700℃，保温3.5-4.5小时，然后第二次加热至820-880℃，保温14.0-15.0小时后，出炉油冷；
19.将油冷后的焊接主轴放入温度为350℃的燃气炉内，第三次加热至620℃
±
10℃，保温22.5-23.5小时，出炉空冷。
20.其中，所述第一次加热的加热速率为50-100℃/h。
21.其中，所述第二次加热的加热速率为70-100℃/h。
22.其中，所述第三次加热的加热速率为50-100℃/h。
23.其中，所述油冷是在淬火油中冷却。
24.其中，所述淬火炉为燃气式淬火炉。
25.由于kmn材料的焊接结构通常适用于转子件叶轮中，焊接成型的轮盖、轮盘厚度差较小，为保证kmn材料获得良好的力学性能，kmn材料焊接结构的转子件叶轮的淬火温度通常使用970
±
10℃的热处理工艺，而本发明提供的kmn材料的焊接主轴的成型主轴轴头、轮毂及支撑环有效截面差较大，轴头与轮毂间的有效截面尺寸差最大可达14倍，若采用常规的淬火温度容易导致零件焊后热处理淬火变形甚至开裂。因此，在保证零件性能满足要求、防止零件热处理变形和开裂的情况下，本发明提供的风洞风机用kmn材料焊接主轴的淬火工艺选用亚温淬火工艺。
26.亚温淬火是亚共析钢在ac1～ac3温度之间两相区内加热，经充分保温后淬火，又称临界区淬火。亚温淬火是根据亚共析钢在加热到奥化体和铁素体两相区后进行淬火的工艺。亚温淬火工艺，温度较低，材料相变不完全，铁素体未全部溶于奥氏体，这部分未溶的铁素体可阻止晶粒长大，沿淬火前原粗大奥氏体晶界可形成极细的奥氏体晶粒，晶粒细化，晶界增多，故单位界面上有害杂质元素含量降低，有利于增加材料强韧性，降低材料缺口敏感性，故而亚温淬火工艺的选择能保证零件性能满足要求且变形尺寸较小。
27.下面通过实施例对本发明提供的一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺做具体说明。
28.实施例1
29.对风洞风机用kmn材料的焊接主轴(零件号定为kmn-01)进行亚温淬火工艺如下：
30.将燃气炉加热到500℃，放入焊后待热处理的零件kmn-01，以50℃/h加热速率加热至600℃进行保温4.5小时，再以50℃/h加热速率加热至820℃保温15.0小时，然后放入淬火
油中冷却。
31.淬火后再对零件kmn-01进行回火处理，将燃气炉加热升温至350℃放入零件kmn-01，以50℃/h加热速率加热至610℃进行保温23.5小时，然后出炉空冷。
32.采用本实施例的亚温淬火工艺对零件kmn-01进行热处理后的性能如表1所示。
33.实施例2
34.对风洞风机用kmn材料的焊接主轴(零件号定为kmn-02)进行亚温淬火工艺如下：
35.将燃气炉加热到500℃，放入焊后待热处理的零件kmn-02，以100℃/h加热速率加热至700℃进行保温3.5小时，再以100℃/h加热速率加热至880℃保温14.0小时，然后放入淬火油中冷却。
36.淬火后再对零件kmn-02进行回火处理，将燃气炉加热升温至350℃放入零件kmn-02，以100℃/h加热速率加热至630℃进行保温22.5小时，然后出炉空冷。
37.采用本实施例的亚温淬火工艺对零件kmn-02进行热处理后的性能如表1所示。
38.实施例3
39.对风洞风机用kmn材料的焊接主轴(零件号定为kmn-03)进行亚温淬火工艺如下：
40.将燃气炉加热到500℃，放入焊后待热处理的零件kmn-03，以60℃/h加热速率加热至650℃进行保温4.小时，再以70℃/h加热速率加热至840℃保温15.0小时，然后放入淬火油中冷却。
41.淬火后再对零件kmn-03进行回火处理，将燃气炉加热升温至350℃放入零件kmn-03，以70℃/h加热速率加热至620℃进行保温23小时，然后出炉空冷。
42.采用本实施例的亚温淬火工艺对零件kmn-03进行热处理后的性能如表1所示。
43.实施例4
44.对风洞风机用kmn材料的焊接主轴(零件号定为kmn-04)进行亚温淬火工艺如下：
45.将燃气炉加热到500℃，放入焊后待热处理的零件kmn-04，以80℃/h加热速率加热至670℃进行保温4小时，再以90℃/h加热速率加热至860℃保温14.5小时，然后放入淬火油中冷却。
46.淬火后再对零件kmn-04进行回火处理，将燃气炉加热升温至350℃放入零件kmn-04，以90℃/h加热速率加热至620℃进行保温23小时，然后出炉空冷。
47.采用本实施例的亚温淬火工艺对零件kmn-04进行热处理后的性能如表1所示。
48.实施例5
49.对风洞风机用kmn材料的焊接主轴(零件号定为kmn-05)进行亚温淬火工艺如下：
50.将燃气炉加热到500℃，放入焊后待热处理的零件kmn-05，以90℃/h加热速率加热至690℃进行保温3.5小时，再以90℃/h加热速率加热至850℃保温14.5小时，然后放入淬火油中冷却。
51.淬火后再对零件kmn-05进行回火处理，将燃气炉加热升温至350℃放入零件kmn-05，以85℃/h加热速率加热至625℃进行保温22.5，然后出炉空冷。
52.本实施例采用亚温淬火工艺对零件kmn-05进行热处理后的性能如表1所示。
53.表1
54.实施例零件号rm(mpa)rp
0.2
(mpa)硬度(hbw)实施例1kmn-01859754257
实施例2kmn-02863763267实施例3kmn-03910823276实施例4kmn-04866762252实施例5kmn-05856752254
55.从上述各实施例热处理后的零件性能可以看出，本发明提供了一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，能在保证零件力学性能满足材料选用要求的同时，还能保证零件热处理时不会发生开裂，以及热处理后的变形量能够满足设计尺寸要求。
56.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，其特征在于，包括如下步骤：将所述焊接主轴放入温度为500℃的淬火炉内，第一次加热至600-700℃，保温3.5-4.5小时，然后第二次加热至820-880℃，保温14.0-15.0小时后，出炉油冷；将油冷后的焊接主轴放入温度为350℃的燃气炉内，第三次加热至620℃
±
10℃，保温22.5-23.5小时，出炉空冷。2.根据权利要求1所述的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，其特征在于：所述第一次加热的加热速率为50-100℃/h。3.根据权利要求1所述的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，其特征在于：所述第二次加热的加热速率为70-100℃/h。4.根据权利要求1所述的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，其特征在于：所述第三次加热的加热速率为50-100℃/h。5.根据权利要求1所述的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，其特征在于：所述油冷是在淬火油中冷却。6.根据权利要求1所述的风洞风机用kmn材料焊接主轴亚温淬火工艺，其特征在于：所述淬火炉为燃气式淬火炉。

技术总结
本发明提供了一种风洞风机用KMN材料焊接主轴亚温淬火工艺，其步骤包括：将所述焊接主轴放入温度为500℃的淬火炉内，第一次加热至600-700℃，保温3.5-4.5小时，然后第二次加热至820-880℃，保温14.0-15.0小时后，出炉油冷；将油冷后的焊接主轴放入温度为350℃的燃气炉内，第三次加热至620℃


技术研发人员：陈丽娟 邹鹏 陈炜 赵亮 王飞宇
受保护的技术使用者：沈阳透平机械股份有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14