本發(fā)明涉及薄壁鑄件產(chǎn)品加工，具體涉及大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的大型轉(zhuǎn)輪通常是由上冠、葉片及下環(huán)相互組焊成；大型轉(zhuǎn)輪的作用是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，是水輪機(jī)的核心部件；轉(zhuǎn)輪下環(huán)在增加轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)度及剛度并與上冠形成過(guò)流通道中具有重要的作用。根據(jù)不同電站設(shè)計(jì)，大型轉(zhuǎn)輪的功率通常也不同，常見的下環(huán)參數(shù)為：輪廓直徑φ4000mm～8000mm，高度800mm～1500mm，壁厚80mm～300mm。為此，大型轉(zhuǎn)輪的下環(huán)通常需要一體澆鑄成型為薄壁下環(huán)鑄鋼件。

2、目前，薄壁下環(huán)鑄鋼件在澆鑄成型及后期的坑冷過(guò)程極易產(chǎn)生變形，變形后產(chǎn)品不能滿足產(chǎn)品粗加工及裝配尺寸要求。下環(huán)鑄鋼件變形形式之一為橢圓狀變形，其形變方向及形變量呈現(xiàn)對(duì)稱的特點(diǎn)(附圖1所示)，薄壁下環(huán)鑄鋼件的橢圓形綜合變形量包括縮短形變量d以及伸長(zhǎng)形變量d，通常綜合變形量一般可達(dá)到約15mm～80mm。產(chǎn)品一旦出現(xiàn)變形，就會(huì)導(dǎo)致薄壁下環(huán)鑄鋼件產(chǎn)品加工余量不均勻甚至局部缺量，工件變形情況一般為以下兩種情況：

3、1、產(chǎn)品變形后，其尺寸雖能夠滿足加工尺寸要求，但切屑量不均勻且偏差較大，根據(jù)鑄鋼材料凝固特性，其內(nèi)外組織及致密性存在差異，如果加工余量的不一致，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品組織差異，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量存在一定的影響。

4、2、產(chǎn)品因變形導(dǎo)致局部加工缺量，如果采用焊補(bǔ)修復(fù)的方式，即對(duì)缺量部位進(jìn)行局部補(bǔ)焊(堆焊)。但是采用堆焊的方式存在較大的弊端，一是堆焊面積大，補(bǔ)焊合格率不高、修復(fù)成本大；二是局部補(bǔ)焊會(huì)引起產(chǎn)品出現(xiàn)新的變形，其變形趨勢(shì)及變形量更難控制。

5、現(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)專利cn105312367a公開了高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形裝置及矯形方法，并具體公開了高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形方法，包括：執(zhí)行步驟s1：對(duì)待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件進(jìn)行測(cè)量，記錄產(chǎn)生的橢圓度大小；執(zhí)行步驟s2：根據(jù)測(cè)量之參數(shù)，制定待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件所需要的矯形尺寸，并根據(jù)所述矯形尺寸獲取內(nèi)徑的最小尺寸處需要擴(kuò)大的變形量，簡(jiǎn)稱擴(kuò)徑量；執(zhí)行步驟s3：根據(jù)需要矯形的尺寸選用相應(yīng)的高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形裝置；執(zhí)行步驟s4：制定待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件的加熱溫度參數(shù)；執(zhí)行步驟s5：對(duì)待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件進(jìn)行加熱；執(zhí)行步驟s6：將已加熱至第一預(yù)設(shè)溫度的待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件出爐，并在高溫下將所述高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形裝置置入已產(chǎn)生膨脹量的待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件的內(nèi)徑處；執(zhí)行步驟s7：將容置高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形裝置的待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件在空氣中冷卻；執(zhí)行步驟s8：將容置高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形裝置的待矯形之高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件進(jìn)爐快速加熱至第二預(yù)設(shè)溫度出爐。利用本發(fā)明高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件之矯形裝置進(jìn)行矯形的方法，不僅使已經(jīng)變形的高強(qiáng)度鋼薄壁環(huán)形鍛件內(nèi)外徑尺寸得到矯正、修復(fù)，滿足后續(xù)機(jī)械加工余量的需求，而且產(chǎn)品矯正尺寸可實(shí)現(xiàn)精確控制，矯形方案簡(jiǎn)便、易于操作，同時(shí)矯形裝置成本低廉、推廣性強(qiáng)。該矯正方法每次的矯形尺寸僅僅為第一次加熱時(shí)工件短軸熱膨脹量，所以單次能夠矯形尺寸有限；另外所矯形產(chǎn)品應(yīng)為批量生產(chǎn)且變形量大體一致；如果為單件生產(chǎn)或矯形量差異大，則需制作較多剛度與強(qiáng)度高的矯形裝置，則存在矯形前期投入較大，矯形成本高的問(wèn)題；未公布其矯形操作(特別是加熱溫度)是否會(huì)影響產(chǎn)品力學(xué)性能。

6、中國(guó)專利cn117299882a公開了一種環(huán)類工件熱處理翹曲變形修復(fù)方法，并具體公開了修復(fù)方法包括以下步驟：s1.裝料：將薄壁類軸承工件依次裝入淬火料框內(nèi)的最頂層；s2.清洗：采用噴淋式清洗機(jī)對(duì)軸承工件進(jìn)行清洗，清洗液由配比為100:1的水和清洗劑調(diào)配而成；s3.烘干：清洗結(jié)束后將軸承工件放入烘干機(jī)箱體內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為130℃，烘干時(shí)間7～10min；s4.加熱：烘干結(jié)束后將軸承工件放入加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱爐內(nèi)具有加熱一區(qū)、加熱二區(qū)、加熱三區(qū)、加熱四區(qū)，所述軸承工件依次經(jīng)過(guò)上述四個(gè)加熱區(qū)進(jìn)行加熱，加熱一區(qū)溫度820±20℃，加熱二區(qū)溫度830±5℃，加熱三區(qū)溫度835±5℃，加熱四區(qū)溫度835±5℃；s5.保溫：將軸承工件在加熱爐內(nèi)進(jìn)行保溫，保溫溫度835±5℃，保溫時(shí)間70min；s6.淬火：將軸承工件放入180℃的鹽槽中進(jìn)行淬火，淬火時(shí)間3～5min；s7.整翹曲：淬火結(jié)束后使用40t油壓機(jī)對(duì)軸承工件進(jìn)行施壓5～6min；s8.風(fēng)冷：整翹曲完成后進(jìn)入風(fēng)冷臺(tái)，使用筒式風(fēng)冷設(shè)備自上而下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行風(fēng)冷，確保軸承工件溫度降到70℃以下；s9.清洗：風(fēng)冷完成后將工件進(jìn)入鹽水槽清洗3min，再進(jìn)入清水槽清洗3min，最后進(jìn)入深冷槽深冷處理3min；s10.烘干：清洗結(jié)束后將軸承工件放入烘干機(jī)箱體內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為130℃，烘干時(shí)間5min；s11.橢圓整形：烘干后進(jìn)行測(cè)量橢圓，對(duì)橢圓超差的軸承工件使用撐桿調(diào)整尺寸進(jìn)行整形；s12.回火：整形結(jié)束后軸承工件帶著撐桿進(jìn)入回火爐，回火溫度180℃，回火時(shí)間4～5h；s13.卸料：回火完成后進(jìn)入風(fēng)冷臺(tái)，使用筒式風(fēng)冷設(shè)備自上而下對(duì)軸承工件進(jìn)行風(fēng)冷，確保工件溫度降到60℃以下，然后進(jìn)行卸料裝入儲(chǔ)料框中。在加熱步驟中使工件依次經(jīng)過(guò)加熱一區(qū)、加熱二區(qū)、加熱三區(qū)、加熱四區(qū)，逐步升溫加熱，使加工后的工件硬度更均勻，質(zhì)量更優(yōu)，符合環(huán)類軸承的技術(shù)要求；在保溫和淬火步驟，采用適當(dāng)?shù)臏囟群蜁r(shí)間，可在一定程度上避免工件變形；淬火后通過(guò)油壓機(jī)施壓給工件，工件受到物理作用力擠壓，克服內(nèi)部應(yīng)力，將淬火步驟產(chǎn)生的翹曲變形擠壓平整；采用筒式風(fēng)冷設(shè)備自上而下對(duì)工件進(jìn)行冷卻，更加溫和，緩慢冷卻工件，避免過(guò)于激烈的冷卻使工件產(chǎn)生應(yīng)力；之后再對(duì)清洗后的工件進(jìn)行深冷處理，可一定程度上減少應(yīng)力的產(chǎn)生，增強(qiáng)工件的穩(wěn)定性。該修復(fù)方法的步驟s7整翹曲中采用了油壓機(jī)對(duì)需要修復(fù)的軸承工件施壓，在步驟s11橢圓整形中使用撐桿調(diào)整尺寸進(jìn)行整形，該修復(fù)方法需要對(duì)工件進(jìn)行施壓，難以一次性修復(fù)至符合內(nèi)徑要求，且該修復(fù)方法針對(duì)可矯形工件的變形尺寸不會(huì)太大，否則無(wú)法采用油壓機(jī)實(shí)現(xiàn)矯形。

7、前述cn105312367a和cn117299882a均是以采用矯形工具實(shí)現(xiàn)薄壁環(huán)形工件的修復(fù)，修復(fù)過(guò)程復(fù)雜。

8、鑒于此，提供馬氏體鋼薄壁環(huán)形鑄件的修復(fù)方法，具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供馬氏體鋼薄壁環(huán)形鑄件的修復(fù)方法，無(wú)需使用矯形工具，可有效的修復(fù)薄壁環(huán)形鑄件的橢圓變形，同時(shí)通過(guò)修復(fù)橢圓變形使得薄壁環(huán)形鑄件獲得更好的力學(xué)性能以及必要的組織。

2、大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的修復(fù)方法，包括以下步驟：

3、1)檢測(cè)：對(duì)出現(xiàn)橢圓變形的大型薄壁環(huán)形鑄件進(jìn)行三維型線尺寸檢測(cè)，獲得大型薄壁環(huán)鑄件橢圓變形的長(zhǎng)軸和短軸尺寸參數(shù)，并定位長(zhǎng)軸和短軸在大型薄壁環(huán)形鑄件的位置；

4、2)熱處理準(zhǔn)備：選擇爐體寬度適合大型薄壁環(huán)形鑄件的臺(tái)車式熱處理爐，在所述臺(tái)車式熱處理爐的臺(tái)車上裝入用于支撐大型薄壁環(huán)形鑄件的方形墊鐵；

5、3)裝爐熱處理：將步驟1)檢測(cè)后的大型薄壁環(huán)形鑄件裝載至步驟2)熱處理準(zhǔn)備的臺(tái)車上，根據(jù)定位的所述長(zhǎng)軸和所述短軸，調(diào)節(jié)大型薄壁環(huán)形鑄件的在臺(tái)車上的裝載位置，使得所述短軸在裝爐后朝向爐側(cè)并且所述長(zhǎng)軸在裝爐后朝向爐前或爐后；在所述調(diào)節(jié)完成后進(jìn)行裝爐，并對(duì)大型薄壁環(huán)形鑄件進(jìn)行正火熱處理；

6、4)冷卻：將步驟3)裝爐熱處理的大型薄壁環(huán)形鑄件出爐，對(duì)大型薄壁環(huán)形鑄件進(jìn)行冷卻；

7、5)回火：將步驟4)冷卻的大型薄壁環(huán)形鑄件送入熱處理爐中進(jìn)行回火熱處理，出爐，即完成大型薄壁環(huán)形鑄件的橢圓形變形修復(fù)。

8、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述大型薄壁環(huán)形鑄件的材質(zhì)為低碳馬氏體不銹鋼，包括zg00cr13n?i4mo、zg04cr13n?i4mo、zg06cr13n?i4mo、zg04cr13n?i5mo、zg06cr13n?i5mo、zg06cr16n?i5mo、astma743ca6nm、gx4crn?i?13-4中的任意一種。

9、其中，低碳馬氏體不銹鋼的化學(xué)成分及含量為：c≤0.06％；s?i≤1.00％；mn≤1.00％；cr?12.00～14.00％；n?i?3.50～4.50％；mo≤1.00％；p≤0.020％；s≤0.020％。

10、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，步驟2)熱處理準(zhǔn)備，所述方形墊鐵在臺(tái)車上的間距＜2000mm。

11、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，步驟3)裝爐熱處理，所述正火處理是將大型薄壁環(huán)形鑄件緩慢加熱至正火溫度；所述正火溫度控制為大型薄壁環(huán)形鑄件的ac3點(diǎn)以上200℃～250℃。

12、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，加熱至正火溫度后，根據(jù)大型薄壁環(huán)形鑄件最厚處熱節(jié)的直徑來(lái)確定保溫時(shí)間，所述直徑每100mm的保溫時(shí)間為2～4h。

13、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，步驟4)冷卻，所述冷卻是根據(jù)所述長(zhǎng)軸與所述短軸的差值控制冷卻的速度和終冷溫度；當(dāng)所述差值＜20mm時(shí)，自然冷卻至大型薄壁環(huán)形鑄件的mf點(diǎn)以下；當(dāng)所述差值為20mm～60mm，將大型薄壁環(huán)形鑄件進(jìn)行鼓風(fēng)快冷至300℃～500℃，接著自然冷卻至大型薄壁環(huán)形鑄件的mf點(diǎn)以下；當(dāng)所述差值＞60mm時(shí)，將大型薄壁環(huán)形鑄件鼓風(fēng)快冷至100℃～300℃，接著自然冷卻至大型薄壁環(huán)形鑄件的mf點(diǎn)以下。

14、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述鼓風(fēng)快冷是在所述短軸向外延伸的兩個(gè)方向上設(shè)置鼓風(fēng)器，每個(gè)所述鼓風(fēng)器的冷卻面積至少覆蓋以所述短軸為對(duì)稱軸的大型薄壁環(huán)形鑄件的四分之一圓周及其下環(huán)高度。

15、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，每個(gè)所述鼓風(fēng)器包括3～4臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。

16、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，步驟6)回火處理，所述回火處理的回火溫度控制為大型薄壁環(huán)形鑄件的ac1點(diǎn)以上20℃～25℃；加熱至所述回火溫度后，根據(jù)大型薄壁環(huán)形鑄件最厚處熱節(jié)的直徑來(lái)確定保溫時(shí)間，所述直徑每100mm的保溫時(shí)間為3～5h。

17、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，步驟6)回火處理，所述橢圓形變形修復(fù)后的大型薄壁環(huán)形鑄件的力學(xué)性能：rp0.2≥550mpa；rm≥750mpa；a≥15％；z≥35％；kv2≥50j；221～294hbw。

18、本發(fā)明中，mf點(diǎn)是指大型薄壁環(huán)形鑄件的馬氏體轉(zhuǎn)變完成的溫度，ac1點(diǎn)是指大型薄壁環(huán)形鑄件奧氏體開始形成的溫度，ac3點(diǎn)是指大型薄壁環(huán)形鑄件奧氏體轉(zhuǎn)變完成的溫度；rp0.2、rm、a、z均為gb/t?228中的術(shù)語(yǔ)，其中，rp0.2表示為塑性延伸率為0.2％時(shí)的屈服強(qiáng)度；rm表示為抗拉強(qiáng)度；a表示為原始標(biāo)距為50mm的斷后伸長(zhǎng)率；z表示為斷面收縮率；kv2為gb/t?229中的術(shù)語(yǔ)，表示為v型缺口試樣使用半徑為2mm的擺錘刃測(cè)得的沖擊吸收能量；hbw為gb/t?231.1中的術(shù)語(yǔ)，表示為布氏硬度。

19、本發(fā)明基于熱處理方式修復(fù)橢圓變形的大型薄壁環(huán)形鑄件的原理為：低碳馬氏體不銹鋼鑄鋼材料，鑄造成型后冷卻后，鑄態(tài)顯微組織為馬氏體，由于材料具備極好的淬透性，正火冷卻速率的快慢，對(duì)材料的組織及性能影響小，但會(huì)因馬氏體組織膨脹而發(fā)生體積膨脹，因此巧妙利用此膨脹以及熱脹冷縮的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的矯正修復(fù)。

20、本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)大型薄壁環(huán)形鑄件進(jìn)行熱處理保證了材料的力學(xué)性能；2、本發(fā)明通過(guò)對(duì)測(cè)量大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的長(zhǎng)軸和短軸參數(shù)，設(shè)計(jì)了裝爐方式以及冷卻方式以適應(yīng)熱處理過(guò)程，無(wú)需采用其他矯形工具，自然實(shí)現(xiàn)了大型薄壁環(huán)形鑄件橢圓變形的矯形，同時(shí)提高了大型薄壁環(huán)形鑄件的力學(xué)性能，減少了大型薄壁環(huán)形鑄件廢品的產(chǎn)生，降低了損失，節(jié)約了生產(chǎn)成本。