汽輪機典型件熱處理工藝設計

1.汽輪機葉輪的熱處理工藝設計

(1)汽輪機葉輪失效方式及其用鋼汽輪機葉輪的主要失效方式是末幾級葉輪，特別是末級葉輪葉根槽或鍵槽部分出現應力腐蝕裂紋，當其裂紋達到一定深度后，將導致整個葉輪飛裂。汽輪機的普通葉輪用鋼主要有：34CrNi3Mo、35CrMoV、34CrMol等，要求強度和韌性較高的或特大型葉輪采用30Cr2Ni4MoV鋼制造。

(2)葉輪的制作工藝路線鋼錠開坯→預防白點退火→下料→模鍛→正火+高溫回火→粗加工→調質→精加工→成品。

(3)承載特點分析由于工作時在高速轉動離心力和振動應力的綜合作用下，使其承受巨大的切應力和徑向應力。葉輪葉根槽和鍵槽的尖角處還受到應力集中和濕蒸汽環境腐蝕的雙重作用等。因此，葉輪要有高的強度，良好的韌性和塑性，以及低的脆性轉變溫度。

(4)熱處理工藝性分析

1)對于35CrMoV、34CrMol等鋼，如果原材料冶煉時未經精煉的真空除氣處理，容易產生白點缺陷，所以鍛造開坯后應進行640~660℃的預防白點處理，且鍛件從鍛后到預防白點處理入爐的停留時間不宜過長，特別是輪緣溫度不得低于350℃。

2)由于汽輪機葉輪結構比較復雜，且其多處壁厚不一，加之所用鋼種導熱性較差等原因，熱處理過程均應控制其加熱和冷卻速度以及冷卻的終止溫度等。

(5)葉輪的熱處理工藝設計以34CrNi3Mo鋼制直徑為Φ1146mm的葉輪為例，闡述其熱處理工藝方法和參數的設計。

1)34CrNi3Mo鋼制葉輪毛坯的預備熱處理。擬采用正火+高溫回火：將鍛件直接裝入已加熱到600~650℃的大型臺車式電阻爐中，保溫透燒后拉出臺車空冷到表面溫度為280~320℃后推入臺車并在該溫度下透燒，然后緩慢加熱到正火溫度，透燒后再拉出臺車進行空冷，待溫度達280~320℃后緩慢加熱到高溫回火溫度進行保溫透燒，隨后爐冷到400℃左右，再控制更慢的速度冷至250℃以下出爐。

2)34CrNi3Mo鋼制葉輪的最終熱處理。根據該葉輪的使用性能要求，擬將調質處理作為其最終熱處理方法，即將粗加工好的半成品裝入350℃的大型臺車爐中保溫透燒后升溫到630~670℃，透燒后繼續升溫到淬火溫度并保溫透燒，隨后拉出臺車，將葉輪浸入油中冷卻，待葉輪溫度達150℃左右出油。殘油靠余熱自然燒干后，及時裝上臺車，在330~370℃保溫透燒，隨后升溫到高溫回火溫度，并保溫透燒后緩慢冷卻到250℃以下出爐。

2.葉輪的處理結果

葉輪最終熱處理后，同爐處理的試樣力學性能如表所示。