关于一种风机拉杆的材料选取及热处理工艺的研究

石阳

摘要：组装离心式压缩机经过多年发展，转子结构中由叶轮与轴齿轮的液压过盈的方式，转变为传动效率更高的端齿结构，即轴向为齿轮连接方式，径向则需拉杆及螺母连接两者。经过计算，拉杆材料需要较优异的力学性能。因此，本文系统通过系统的研究，选取了德国标准的合金结构钢30CrNiMo8为拉杆材料，并制定了相关的热处理试验，最终完成该项工作。

Abstract： After years of development in assembling centrifugal compressors， the rotor structure is transformed from the hydraulic interference between the impeller and the shaft gear to the end gear structure with higher transmission efficiency. Both the axial direction is gear connection mode， and the radial direction requires rods. And the nut connects the two. After calculation， the tie rod material requires excellent mechanical properties. Therefore， the system in this paper has selected the German standard alloy structural steel 30CrNiMo8 as the tie rod material through systematic research， and formulated related heat treatment tests， and finally completed the work.

关键词：压缩机;端齿结构;力学性能;30CrNiMo8

Key words： compressor;end gear structure;mechanical properties;30CrNiMo8

中图分类号：TG316;TG156                           文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）22-0094-02

0  引言

我公司的组装离心式压缩机广泛应用石油石化、冶金、动力站等方面，其主要结构特为多轴多速，其工作转速多在18000-49000r/min[1-3]。因此，压缩机转动结构件都需要较高的力学性能[4-6]。本文研究的拉杆，通过设计部提出的需求，拉杆材料尺寸H≤？准40×500mm，力学性能为Rpm≥1230MPa，Rp0.2≥1030MPa，A≥12，Z≥35。因压缩机设计依据API617的标准执行，我們在筛选材料时，以欧标/德标材料为首选范围。因此，采用编号为1.6580 的30CrNiMo8调质合金钢。

1  试验材料与方法

1.1 化学成分

材料30CrNiMo8除了化工设备外，还应用于大型转动轴，齿轮等承受较大载荷等转动部件。其化学成分见表1。

1.2 热处理工艺方案

将试验用30CrNiMo8锻件，经860°C正火处理后，可以使钢的晶粒得到有效的细化 ，为调质处理做准备。然后采用850°C淬火，水冷60秒后转油冷。正火、淬火采用RX3-45-12型高温电阻炉。回火温度根据钢的强度等级选取540°C、520°C、500°C、480°C，回火设备选用RTX75-9型箱式电阻炉。然后将试验锻件加工成尺寸为125mm×25mm×25mm的试块12个。且将每3个试块分为一组，并进行打标记。然后力学性能检验按照如下标准执行GB/T228.1《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》 ，GB/T229《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》 ，GB/T231.1《金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法》GB/T13298  《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》。

1.3 回火温度对力学性能的影响

我们通过表2可以发现，30CrNiMo8材料经过850°C淬火后进行480-540°C的回火后。随着回火温度的逐渐升高，钢的硬度的趋势为先平稳后降低，冲击吸收能量在上升。480°C回火时，硬度为406HBW，而在500°C回火时，硬度为406HBW，且回火温度继续上升时，硬度明显降低。随着回火温度的逐渐升高，钢的强度在逐渐降低。在480°C回火时，抗拉强度为1357MPa。而在540℃回火时，抗拉强度为1239MPa。冲击吸收能量则随着回火温度的上升而上升，在480℃回火时，冲击吸收能量为63（平均值），在540℃回火时，冲击吸收能量为69（平均值）。同时，四组热处理方案均满足设计需求。但我们要注意，随着回火温度的降低，硬度已经到达400HBW级别。

1.4 回火温度对金相组织的影响

图1为30CrNiMo8材料经过850℃淬火后，经过480-540℃回火后的金相组织。我们由此可见，回火温度为480°C的a图、500℃的b图、520℃的c图及540℃的d图所显示，其组织为薄片状的铁素体加较为粗大颗粒状的碳化物的构成，均为回火索氏体。这是由于30CrNiMo8材料经过淬火后，形成淬火马氏体。当开始进行回火时，因为回火温度较低，碳原子和其他合金元素并未进行有效的扩散。当随着回火温度的升高，碳元素开始从α固溶体中析出形成碳化物，淬火马氏体开始向铁素体进行转变。因为回火温度及时长有限，相变并未完全转变。当回火温度控制在480-540℃区间，并进行长时间保温后，淬火马氏体完全分解为铁素体，碳化物转变为渗碳体。其组织结构已铁素体为基体的上分布着渗碳体，形成了回火索氏体。

2  结论

①经过4轮热处理工艺方案的试验，其热处理后机械性能均满足设计需求。

②在850℃淬火后，进行480-540℃回火，随着温度的升高，其强度、硬度降低，塑性和冲击吸收能量升高。

③经过金相分析，该热处理工艺方案试验的金相组织均为稳定的回火索氏体，该金相组织具有优良的机械性能的同时，在常温情况下，该金相组织结构稳定，适合用于各种精密零部件的原材料[7-8]。

参考文献：

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