电动机护环的锻造

电动机护环的锻造

顾 利

沈阳辽沈锻压厂，辽宁沈阳 （110172）

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摘要：电机护环不仅要求有小的导磁率，防止因漏磁造成磁滞与涡流损失，而且要求较高的屈服强度，以满足高速旋转的电机强大的离心力要求。

奥氏体类钢具有低的导磁率，但强度较低，满足不了电机对其强度的要求。 本文主要介绍了SKY型大型异步电动机，40Mn18Cr4奥氏体钢护环的锻造、半热锻强化工艺。通过采取特殊的强化措施来提高护环的屈服强度，以满足对其强度的要求。 关键词：锻造，奥氏体化，半热锻。 中图分类号：TG3

1.引言

护环是紧固发电机转子绕组端部线圈的箍圈，承受热装配合及高速旋转的离心力，因而要

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求很高的屈服极限及较高的综合机械性能。

同时，为防止因漏磁造成磁滞与涡流损失从而降低发电机功率，要求护环有最小的导磁率，因此具有高强度无磁性的护环，均用奥氏体类钢制造，于此相同，电动机所用的护环亦有相同的要求。

而奥氏体类钢因无相变，组织较软，屈服强度较低，远远不能满足护环性能的要求，所以必须采取各种特殊的强化措施来提高屈服强度。

提高护环屈服强度的措施通常有两种：一种是热锻成形，半热锻强化；另一种是热锻成形，冷变形强化。

根据护环类别的不同，对护环屈服强度从75Kg/mm2、85 Kg/mm2、90 Kg/mm2、95 Kg/mm2

有不等的要求。

经强化处理后的护环的屈服强度，可由原来的40 Kg/mm2左右，上升到75 Kg/mm2以上，以充分满足护环对强度的要求。

在变形强化之前，锻坯尚需进行粗加工和奥氏体处理。

目前，我国多采用无镍高锰奥氏体钢：40Mn18Cr3、50Mn18Cr4、50Mn18Cr4WN作为护环材料。

随着装机容量的不断加大，300MW以上发电机护环多采用6000PPM超高氮不锈钢

【】

Mn18Cr18N制造，强化方法亦多采用外补液胀形法或扩挤复合成形法等新工艺1。

本文介绍的是SKY型大型异步电动机护环的制造过程，即热锻成型及半热锻强化的工艺。

2.护环的化学成分、机械性能、验收标准

KYS1000—4型大型异步电动机，功率为10300KW，工作电压10000V，单机重量达30T。

其护环的化学成分，机械性能如下：

2.1化学成分：

（表1）化学成分标准（%） (Table ) Chemical composition（%）

化学成分 钢 种 C 0.30— 0.55 Si 0.30— 0.80 Mn S P Cr 3.0—5.0 40Mn18Cr4 17—19 ≤0.050 ≤0.080

2.2机械性能：

（表2）机械性能标准(MPa) (Table 2) Mechanical performance standards (MPa) 性能 σb σs δ(%) ψ(%) μ 指标 735 640 ≥20 ≥35 ≤1.05

2.3无损检测标准： GB6402—98Ⅱ级。

3.护环的锻造工艺

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3.1护环的零件图纸 φ800φ966φ1046φ1106 图1护环零件图 Figure 1 Retaining Ring Parts 3.2锻造工艺 3.2.1锻件工艺图纸 采用覆盖锻造法锻造，锻件重量：1325Kg,利用2000Kg炉外精炼、真空脱气钢锭锻造，钢锭利用率：66%。 【】 始锻温度：1180℃，终锻温度：850℃，锻造比：≥2.52,3 G=1325Kg265±12163φ730±12(φ800)φ1145±12 图2护环锻件图 Figure 2 Figure Retaining Ring Forgings 3.2.2工艺变形过程 火次 温度 工序说明 (φ1106)变形过程 φ500 1100 (163)备注 1： 倒棱锻比：1.1 2： 水帽口切除20% L/D≤2.5 I 1： 倒棱 2： 下料 续 表 火次 温度 工序说明 变形过程 3 备注 II 3： 镦粗 L/H=2—3.5 300 III φ355 4: 冲孔 5： 芯棒拔长到热锻毛坯尺寸。 φ350(冲子） 1：用实心冲子，冲子对正锻件中心。 300 Ⅳ 火次 温度 φ995 6： 粗加工 7：奥氏体化处理 φ386300265 变形过程 1表面光洁度全部▼4。 2：将锻件加热到 1050-1100℃ 保温后水冷至550—600℃。 工序说明 φ963 备 注 4

V 265 图3工艺变形过程 Figure 3, the deformation process technology 3.2.3加热规范 3.2.3.1冷钢锭的加热规范（采用2T钢锭） 温度°C600°C装炉温度≤650°C≤50°C保温2h≤≤8800°CC//hh1230±10°C850°均保温6-7h保温3h按功率时间h3.2.3.2返炉半成品加热规范 φ1145φ730 8： 变形强化 1：表面水冷到550—600 ℃开始半热锻，终锻温度不限。 2：均匀转动压下。 3：使用窄砧马架，变形率取28%。 图4冷钢锭加热曲线 Figure 4 Cold ingot heating curve 温度°C≤100°C/h1230±10°C850°均保温4-5h保温2h按功率时间h 图5半成品加热曲线 Figure 5, the heating curve of semi-finished products 3.3护环半热锻强化各工序尺寸关系【4】 5 锻件图粗加工图热锻毛坯图D1d1d2HH1H2D2dD 图6各工序尺寸关系 Figure 6 Relationship between the process size D2=D1+30mm；d2=d1-30mm；H2=H1+50—70mm。 （D+ d）(1-ε) （D- d） D1=-------------------- +-------------------- 2K 2(1-ε) （D- d） d1= D1－ --------------- (1-ε) 式中：D， d, H 为锻件毛坯尺寸 D1 ，d1, H1 为粗加工后锻件尺寸 D2， d2, H2 为热锻件毛坯尺寸 ε---为锻件变形率， k—为展宽系数（0.96—1.00 3.4奥氏体化处理 在半热锻前，将粗加工后的坯料重新加热到1050--1100℃，使沿晶界析出的碳化物全部融入奥氏体内，然后取出并水空冷却到600-550（℃），此时碳化物来不及析出，得到均匀而稳定且塑性良好的奥氏体组织，使其既具有良好的耐蚀性又有低的导磁率。 温度（℃）

1050—1100 ℃ 650℃ 均、保温 4—5h 550℃ 功率 水冷 时间（h）

图7奥氏体化曲线 Figure 7 Curve of austenite

3.5半热锻强化

3.5.1半热锻工艺的始锻温度

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为使护环得到足够的强化，同时又具有满意的塑性，半热锻应在低于再结晶软化温度和碳化物析出温度下进行，这时钢的塑性较好，加工硬化后不再软化。

HRC 40 ③ 30

① 20

②

10 0 300 400 500 600 700 800 900 温度℃

图8 40Mn18Cr4硬度、温度关系图

Figure8 40Mn18Cr4 hardness, temperature graph

①---开始再结晶温度 ②---完全在结晶温度 ③---开始软化温度 所以半热锻始锻温度确定为600--500℃，终锻温度不限。 3.5.2半热锻变形率

实践表明随着变形率的不断增加，强度指标开始增加很快，随之逐渐减慢，当变形率达到一定数值后，强化作用不再生效。

护环型号 （KW） --3000 6000 12000 25000 50000 屈服强度 Kg/mm2 65 65 75 80 85 变形率 （ε%） 28 28 32 35 35 生产实践表明：KYS1000—4型大型异步电动机护环的半热锻变形率采用28%即可。

4.护环的实际检测

通过上述方法生产的电动机护环，其实际检测指标为：

4.1机械性能：

表4实际检测机械性能标准(MPa)

Table 4 Mechanical properties of the actual testing standards (MPa) 性能 指标 实际指标

σb 735 765 σs 640 660 7

δ(%) ≥20 23 ψ(%) ≥35 37 μ ≤1.05 1

4.2超声波检测

表5超声波检测结果 Table 5 the results of ultrasonic testing 设备型号 表面状态 耦合剂 灵敏度 验收标准 TS-2028C Ra6.3 机油 φ2 GB6402—98Ⅱ级。 探头规格 型号 0o 晶片尺寸 φ20 频率 2.5MHZ 检验结果： 未发现超标缺陷，结果为合格。 （单点缺陷5处，φ2—φ3.5）

5.结论

实际性能及缺陷检测表明，采用上述工艺方法已充分满足了护环对性能及内在质量的要求，说明工艺过程与方法可行。

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参考文献：

[1]杨建辉Mn18Cr18无磁护环的锻造技术[J].《大型锻件》1989年03期 [2]机械工程手册编辑委员会.机械工程手册（第四十篇锻压） [M].机械工业出版社.1978年6月.25--44.

[3]机械类通用教材编审委员会.锻工工艺学[M]机械工业出版社.1979年5月.49—162. [4]吕炎.锻压工艺学[M].哈尔滨工业大学.1983年6月.

Motor Retaining Ring Forging

Gu Li

Shenyang liaoshen forge mill CO.LTD shenyang(110172)

Abstract

motor retaining ring requires not only the permeability of the small, to

prevent magnetic flux leakage caused by hysteresis and eddy current losses, but also require a higher yield strength, high-speed rotation of the motor to meet the strong centrifugal force requirements.

Austenite steel has low permeability, but lower strength, their strength can not meet the requirements of the motor.

This paper introduces the SKY-type induction motors, 40Mn18Cr4 austenitic steel retaining ring forging, semi-hot forging hardening process. Enhanced through the adoption of special measures to improve the yield strength of retaining rings to meet the requirements of its strength.

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