回转支承调质椭圆度控制

　　随着我国能源战略的实施，国家对大型装备及兆瓦级风力发电机组越来越重视，而大型回转支承作为关键零部件对其可靠性起着举足轻重的作用。大型回转支承由于尺寸大、调质过程中采用压模淬火操作难度大、生产效率低，因此，其椭圆度的有效控制较为困难。过大的椭圆度，迫使后续车加工余量增加，带来车加工刀具成本上升、加工周期延长等困难，甚至可能造成锻件调质后内外径车加工余量不足，无法进行后续加工导致产品报废，从而造成严重质量问题和重大经济损失; 即便可以顺利加工成最终成品，如果椭圆度过大，在圆周上各处淬硬层深度较均匀的情况下，不同位置车削量差异过大，导致各处力学性能差异增加，给轴承寿命及安全带来隐患。因此，本文研究了大型回转支承环锻件调质过程中椭圆度过大的原因及控制措施。

　　1 技术要求及调质工艺

　　1.1 技术要求

　　5MW风力发电机组回转支承锻件材料为42CrMo4钢，调质前加工路线为炼钢—锻造毛坯—正火—粗车处理，粗车后半成品尺寸为Φ3631mm×Φ3317mm×272mm(需取力学性能试样的产品高度加高40mm，调质完毕取下试样环后与其他产品高度一致)，调质前椭圆度≤1mm，零件粗车后示意图如图1所示。根据供需双方签订的技术协议，调质后需要达到的技术要求具体如表1所示。

　　1.2 调质工艺

　　调质工艺如图2所示，整个调质过程的加热及高温回火采用CLES-450/450/130-950CN箱式加热炉和CLES-450/450/130-650CN箱式高温回火炉; 680℃ 预热段的加热及860℃的加热均在同一个加热炉中进行，淬火后待3～5min 淬火液滴干，立即进入高温回火炉进行回火，整个生产过程炉子的进出料及淬火过程均采用全自动化生产。装炉量为3件，分上中下位置叠放在一起，中间一件是为了取样加高40mm，当炉温达到(600±10)℃时，产品装炉进行预热段升温加热。调质后各项指标见表1，可以发现，力学性能及表面硬度指标均达到要求，但3件产品的椭圆度均不合格。

　　2 原因分析与工艺改进

　　工件调质前后都用管尺对椭圆度进行测量，每个样圈在圆周上测量接近均布的8个点，测量位置位于外径面靠上端面处，调质前后椭圆度的具体测试结果见表2。可以看出，调质过后椭圆度较大，最下面一件椭圆度达23.4mm，中间一件椭圆度达15.0mm，椭圆度最小的是最上面一件为10.4mm。由于椭圆度是加热和淬火过程综合作用的结果，下面分别进行讨论。

　　2.1 加热过程对椭圆度的影响

　　就加热过程而言，首先，由于工件十分庞大，粗车后重量仍然达3.66t，因此，前序锻造和机加工留下的残余应力不可能完全消除，只要有残余应力存在，加热时就会导致零件变形[1]。其次，环状工件与方形箱式加热炉内加热丝布局不匹配，而且由于整个炉膛尺寸较大(4500mm×4500mm×1300mm)为了防止升温过程过于缓慢，设计人员将加热丝直接裸露在外面，因此，升温过程中加热丝温度波动将直接作用于工件，而且环形工件外径面上各部分距离位于箱式炉内部前后左右4个面的加热丝的远近不同，造成直射效果差异，在升温过程中先变成塑性状态及先奥氏体化的部分与未变成塑性状态及未奥氏体化的部分之间相互应力作用，而导致变形，因此，应减少加热过程中温度急剧升高的加热丝直射工件，并尽量使工件各部位升温同步。