一种核电用泵轴的表面强化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于表面强化处理领域，涉及核电用高压多级泵，具体涉及一种核电用泵 轴的表面强化方法。
【背景技术】
[0002] 通常，泵轴承受的力包括扭转引力、轴向力及弯曲应力，且轴的表面的工作应力最 大，所以提高轴的表面质量是提高轴的疲劳强度的重要措施。轴的表面处理形式较多，目前 较常用在核泵泵轴上的表面处理方式有电镀铬，电镀铬具有表面光洁度高，耐磨性好的优 点，同时电镀铬容易导致氢脆裂纹，涂层内裂纹的扩展会影响到母材，最终导致轴使用过程 中的断裂，对于承受交变载荷的轴尤为显著。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种核电用泵轴的表面强化方法，通过喷丸强化及爆炸喷涂 的表面处理方式，增加泵轴在承受扭转引力、轴向力及弯曲应力综合交变载荷作用下的疲 劳强度，且提供泵轴在与叶轮、平衡鼓及轴承配合运行中的耐磨性。
[0004] 为达到上述目的，本发明提供了一种核电用泵轴的表面强化方法，该方法包括以 下步骤： 步骤1，对轴表面进行喷丸处理，形成喷丸层，该喷丸层仅在基体表面产生压应力，无材 料的改变； 步骤2,爆炸喷涂：爆炸喷涂采用Cr-C+ Ni-Cr的组合物涂层材料，形成Cr-C+ Ni-Cr涂 层； 步骤3,对经步骤2处理后的泵轴进行磨削加工。
[0005] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，所述的爆炸喷涂涂层材料中，Cr-C所占 的重量百分数为75%，Ni-Cr所占的重量百分数为25%。
[0006] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，所述的Cr-C由重量百分数为92%的Cr 与8%的C构成。
[0007] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，所述的Ni-Cr由重量百分数为80%的Ni 与20%的Cr构成。
[0008] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，在步骤2中，所述的爆炸喷涂工序前， 还对轴表面进行喷砂处理，降低表面的粗糙度至Ral. 5-5 ym。
[0009] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，在步骤1中，在喷丸处理前，还包含对 轴表面的精加工处理。
[0010] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，在步骤1中，喷丸后轴表面粗糙度达到 Ra5 ym，强度达到0. 3-0. 4A，覆盖率超过100%，喷丸后高速运转的弹丸使工件表面产生塑 性变形，轴表面的残余压应力可达到约500MPa以上，疲劳极限提高50MPa以上。
[0011] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，在步骤2中，涂层的厚度为 150-250 u m〇
[0012] 上述的核电用泵轴的表面强化方法，其中，在步骤2中，喷砂处理采用A120 3对轴表 面进行喷砂处理。
[0013] 泵轴加工过程中易产生残余的拉应力，残余拉应力的存在会降低材料的疲劳强 度，使其在运转过程增加疲劳断裂的风险；本发明在轴表面先进行喷丸强化，可使泵轴表面 产生较高的压应力层，提高轴泵轴在承受扭转引力、轴向力及弯曲应力综合交变载荷作用 下的疲劳强度；再经爆炸喷涂，可提高泵轴在与叶轮、平衡鼓及轴承配合运行中的耐磨性。 本发明采用喷丸强化与爆炸喷涂的工艺组合不仅增加了轴的疲劳强度还提高了轴表面的 耐磨性；两种工艺综合使用时，涂层与基材的附着力的控制较难，通过使用喷砂工艺调整轴 的表面粗糙度增加涂层的附着力。
[0014] 本发明对泵轴采用喷丸强化以及爆炸喷涂的表面处理工艺，喷丸强化在泵轴表面 形成压应力层增加轴的疲劳强度和使用寿命；爆炸喷涂涂层材料为Cr-C+Ni-Cr组合物，喷 粉的组分质量百分比为75% (92Cr-8C)+25%(80Ni-20Cr);这种涂层可使轴表面产生硬化层 增加轴的耐磨性、耐冲击性及耐滑动磨损的性能；爆炸喷涂涂层结合强度高可达到70MPa， 附着力高于其他的热喷涂涂层，且表面硬度可达到HV600-900。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的核电用泵轴的结构示意图。
[0016] 图2为本发明的轴表面进行强化处理的部位的示意图。
[0017] 图3为本发明的核电用泵轴表面强化处理后的涂层的硬度分布图。
[0018] 图4为本发明的核电用泵轴表面强化处理后的涂层的金相照片。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0020] 本发明的核电用泵轴的结构如图1所示。该轴的轴表面、轴套、平衡鼓及叶轮接触 的部位需进行表面强化处理，以增加轴表面的耐磨性、耐蚀性及强度。轴表面进行强化处理 的部位如图2中所示的A1，A3，A4，A5，A6，A7，A8区域，在图2中，该轴还包含设置在轴两端 部的中心孔A和中心孔B，及设置在中心孔A邻近的基准C (A9区域)。
[0021] 步骤1，对精加工后的轴表面进行喷丸处理，形成喷丸层（该喷丸层仅在基体表面 产生压应力，无材料的改变）：喷丸采用自动控制喷丸设备采用S330铸钢弹丸进行喷丸，喷 丸后表面粗糙度达到Ra5ym，强度达到0.3-0. 4A，覆盖率超过100%，喷丸后高速运转的 弹丸使工件表面产生塑性变形，轴表面的残余压应力可达到约500MPa以上，疲劳极限提高 50MPa以上。
[0022] 步骤2,爆炸喷涂：喷涂工序进行前对轴表面采用A1203进行喷砂处理，降低表面 的粗糙度至Ral. 5-5 ym，提高后续涂层的附着能力，为后续的爆炸喷涂做好准备；喷砂结 束后进行爆炸喷涂处理，爆炸喷涂采用Cr-C+ Ni-Cr的组合形式；爆炸喷涂在轴表面形成 150-250 y m的涂层。爆炸喷涂后的涂层性能请见表1，涂层的硬度分布如图3所示，其表面 硬度达到HV800以上；涂层金相照片请见图4,由金相照片可见，涂层厚度较均匀，涂层内孔 隙较少，未见微裂纹及材料分离。
[0023] 表1.爆炸喷涂后涂层的性能
【主权项】
1. 一种核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤1，对轴表面进行喷丸处理，形成喷丸层； 步骤2,爆炸喷涂：爆炸喷涂采用Cr-C+ Ni-Cr的组合物涂层材料，形成Cr-C+ Ni-Cr涂 层； 步骤3,对经步骤2处理后的泵轴进行磨削加工，完成对核电用泵轴的表面强化处理。
2. 如权利要求1所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，所述的爆炸喷涂涂 层材料中，Cr-C所占的重量百分数为75%，Ni-Cr所占的重量百分数为25%。
3. 如权利要求1或2所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，所述的Cr-C由 重量百分数为92%的Cr与8%的C构成。
4. 如权利要求3所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，所述的Ni-Cr由重量 百分数为80%的Ni与20%的Cr构成。
5. 如权利要求4所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，在步骤2中，所述的 爆炸喷涂工序前，还对轴表面进行喷砂处理，降低表面的粗糙度至RaL 5-5 y m。
6. 如权利要求5所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，在步骤1中，在喷丸 处理前，还包含对轴表面的精加工处理。
7. 如权利要求6所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，在步骤1中，喷丸 后轴表面粗糙度达到Ra5ym，强度达到0.3-0. 4A，覆盖率超过100%，喷丸后高速运转的 弹丸使工件表面产生塑性变形，轴表面的残余压应力可达到约500MPa以上，疲劳极限提高 50MPa以上。
8. 如权利要求7所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，在步骤2中，涂层的 厚度为 150-250 ym。
9. 如权利要求8所述的核电用泵轴的表面强化方法，其特征在于，在步骤2中，喷砂处 理采用Al2O3对轴表面进行喷砂处理。
【专利摘要】本发明公开了一种核电用泵轴的表面强化方法，该方法包括以下步骤：步骤1.对轴表面进行喷丸处理，形成喷丸层；步骤2.爆炸喷涂：爆炸喷涂采用Cr-C+Ni-Cr的组合物涂层材料，形成Cr-C+Ni-Cr涂层；步骤3.对经步骤2处理后的泵轴进行磨削加工，完成对核电用泵轴的表面强化处理。本发明通过喷丸强化及爆炸喷涂的表面处理方式，增加泵轴在承受扭转引力、轴向力及弯曲应力综合交变载荷作用下的疲劳强度，且提供泵轴在与叶轮、平衡鼓及轴承配合运行中的耐磨性。
【IPC分类】C21D7-06, C23F17-00, C23C4-12
【公开号】CN104746086
【申请号】CN201410565212
【发明人】其其格, 王宗智, 平帆, 常丽君, 朱家炜, 陈奇, 李振山, 庄培华, 陈广福, 程剑, 孙艳红
【申请人】上海电气凯士比核电泵阀有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年10月22日