風電產品熱處理工藝分析
2023-05-16近幾年，隨著我國風電行業的快速發展，風電技術的國產化成為我國發展風電領域的重要課題，而風電齒輪箱又是風電機組中的核心部件。風電齒輪箱的服役條件嚴酷，功率大，速差大，精度高，使用壽命要求長，可靠性要求高。為了實現復雜工作環境下傳動系統的長服役周期及高可靠性,對傳動系統特別是齒輪、主軸、軸承部品（如圖1）等關鍵零部件的結構設計、制造工藝(包括材料加工工藝及表面處理工藝等)都提出了嚴格要求。這類風電產品對其表面硬度、耐磨性等機械性能指標有較高的要求。在實際生產中，風電用齒輪、齒軸、軸承部品主要都采用滲碳淬火工藝。通過采用合理的熱處理工藝設計，使其Z終可以達到規定的技術要求。因此，熱處理給風電產品帶來了良好的機械性能提升。
一般工藝設計要求
材料的性能是產品承載能力的基礎，合理選擇材料和熱處理工藝可以提高風電產品的承載能力。目前18CrNiMo7-6 已成為風電產品的主流標準用鋼。其特點如下：高的心部抗拉強度及韌性；芯部及滲碳層均具有高的疲勞強度；高淬透性能；淬火后微畸變；良好的高溫使用性能。
產品技術指標如下：
1）有效硬化層深度為2.0-6.0mm（550HV），以深滲層居多；
2）淬火后表面硬度58-62HRC；芯部硬度30-47HRC；
3）內氧化深度根據不同產品滲層要求而不同；
4）表面組織、芯部組織滿足相關標準規定。
目前通過采用滲碳后緩冷再加熱淬火工藝，熱處理后性能滿足ISO6336-5中MQ級材料要求，加工過程中要盡量減小熱處理變形，以保證各產品面機加工過程中磨削余量一致，使各產品面Z終獲得一致的含碳量、金相組織和硬度，從而得到均勻的工作性能。
工藝參數設計圖示
產品生產流程中的注意事項
熱處理流程：生產準備→裝料→前清洗→氣體滲碳緩冷+再次加熱淬火→回火→檢驗→包裝→出庫。
1、產品變形的控制：在熱處理設備的可靠性、穩定性、精確性得到保障的前提下，滲碳淬火時的裝爐方式、滲碳溫度、淬火升溫速度、淬火溫度、淬火冷卻溫度、淬火介質是滲碳淬火工藝中影響產品變形的關鍵因素。
加熱過程中采取預熱、階梯升溫的加熱方法，具體預熱溫度、保溫時間根據產品結構及產品裝爐情況而定；對于結構形狀復雜的滲碳淬火產品采用補償墊塊、墊圈、芯軸，合適的工裝夾具、合理的裝夾擺放；淬火冷卻中采用熱油實施淬火等，這些措施可以使產品在加熱時的受熱及冷卻時的散熱比較均勻，讓產品芯表及各部位的溫度分布趨于平衡，目的在于減小產品在受熱和冷卻過程中的溫度分布差異，提高其均勻性，從而減小畸變。
2、加工過程中產品內部組織的控制：合理選擇熱處理工藝溫度、保溫時間及碳勢，嚴格控制工件表面的碳濃度。從熱處理工藝角度分析，淬火前奧氏體晶粒大小與奧氏體化溫度及時間，表面碳濃度，淬火加熱前原始組織有關，奧氏體化溫度越高時間越長，奧氏體晶粒越大；表面碳濃度增高到一定程度將導致過剩碳化物融入奧氏體中，進而促進奧氏體晶粒長大，使得淬火后馬氏體粗大，同時也會增加殘余奧氏體數量。而淬火溫度對產品變形的影響也很關鍵，因此，在保證淬火后組織合格的前提下，盡量選擇較低的淬火溫度。
Z終產品加工結果
利用該工藝對幾種不同風電產品進行加工，均達到產品技術要求，熱處理后性能滿足ISO6336-5中MQ級材料要求。熱處理后產品的金相組織如圖3所示。
（來源：豐東熱技術）