一种大型风电齿轮箱输入法兰的生产方法与流程

本发明涉及法兰锻件，具体涉及一种大型风电齿轮箱输入法兰的生产方法。

背景技术：

1、风电主轴传动的动力通过风电齿轮箱输入法兰传递至行星架。作为下一级的动力，输入法兰与行星架通过花键联接来传递载荷。随着风电机组的传动功率的提升，风电齿轮箱输入法兰的尺寸要求也相应增大。风电齿轮箱输入法兰的工艺要求主要包括：可靠性高，内部不能存在疏松，纯净度要求高、金相组织均匀，工件表面硬度均匀性好等。

2、输入法兰的金属坯料包括连铸圆坯和模铸钢坯两种，传统生产多采用模铸钢坯。大型材模铸钢满足大型材生产对致密度的高要求，并能提供高屈服强度和冲击功，但其缺陷在于：钢锭越大，冒口端与水口端的原材料成分差异越大，例如碳重量百分比差异大。经过锻造和锻后热处理，原材料成分差异最终导致法兰产品局部硬度差异。而连铸圆坯不存在冒口和水口成分差异；但其凝固方式决定了坯料中容易出现影响锻件性能的中心偏析、疏松和缩孔等内部缺陷，这也使得将连铸圆坯用作大型材生产原料受限，尤其是在重量达20吨左右的特大型输入法兰锻件的生产中。

3、输入法兰锻造原料的牌号为42crmo4，与cn102703818a所记载的元素相近。cn102703818a公开的调质过程包括650±10℃保温均热、850±10℃保温均热、炉外水冷、回火610±10℃和空冷步骤。将上述调质工艺用于以连铸圆坯为原料的输入法兰生产时，产品材料的塑性指标会出现劣化，主要是断面收缩率和冲击功两个指标。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种大型风电齿轮箱输入法兰的生产方法，通过采用多次镦拔和合适的锻造比，有效锻合锻件的内部疏松缺陷，提高锻件中心部分金属的致密程度，降低材料整体偏析，工件整体硬度和组织分布均匀，力学性能达到预定的生产要求。

2、为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种大型风电齿轮箱输入法兰的生产方法，以42crmo4的连铸圆坯为坯料，依次包括锻造工序和锻后热处理工序，所述锻造工序包括镦拔、冲孔、修整成型、辗环步骤，所述锻后热处理工序包括正回火处理和调质热处理步骤；

3、锻造步骤包括交替进行的n次镦粗和n+1次拔长；n为3或4；

4、以镦粗前后的锻件长度比值为单次镦粗锻造比计，n次镦粗的镦粗锻造比之和为7.2～8.1。进一步的，n为4。进一步的，n次镦粗的镦粗锻造比之和为7.5～8.0，更进一步的，n次镦粗的镦粗锻造比之和为7.7～7.95。具体的，n次镦粗的镦粗锻造比之和为7.2、7.3、7.41、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1点值以及以上述两个数值作为最大值和最小值的区间。

5、优选的技术方案为，冲孔步骤为毛坯的中心冲孔，孔直径与孔径向坯料直径的比值为(0.25～0.35)：1。进一步的，孔直径与孔径向坯料直径的比值为(0.27～0.35)：1，更进一步的，孔直径与孔径向坯料直径的比值为(0.285～0.335)：1。具体的，孔直径与孔径向坯料直径的比值为0.25：1、0.26：1、0.27：1、0.28：1、0.29：1、0.3：1、0.31：1、0.32：1、0.33：1、0.34：1、0.35：1点值以及以上述两个数值作为最大值和最小值的区间。

6、优选的技术方案为，所述n为4；

7、第一次镦粗和第二次镦粗的镦粗锻造比为1.55～1.8；

8、第三次镦粗的镦粗锻造比为1.47～1.75；

9、第四次镦粗的镦粗锻造比为2.5～2.9。

10、进一步的，第一次镦粗和第二次镦粗的镦粗锻造比为1.63～1.78；第三次镦粗的镦粗锻造比为1.59～1.69，第四次镦粗的镦粗锻造比为2.7～2.84；更进一步的，第一次镦粗的镦粗锻造比大于第二次镦粗的镦粗锻造比。

11、优选的技术方案为，以拔长前后的锻件长度比值为单次拔长锻造比计，

12、第一次拔长的拔长锻造比为0.56～0.78；

13、第二次拔长和第三次的拔长锻造比均为0.50～0.72。

14、进一步的，第一次拔长的拔长锻造比为0.62～0.74；第二次拔长和第三次的拔长锻造比均为0.55～0.67。

15、优选的技术方案为，所述坯料的直径为1180～1270mm；所述输入法兰的内径为2200～2300mm，内径和外径之差为380～480mm。

16、优选的技术方案为，所述锻造工序的锻件温度为1220～850℃，所述锻造工序采用两火次锻造成型。

17、优选的技术方案为，按重量百分比计，所述连铸圆坯的元素组成为：

18、c：0.38％～0.45％、si：≤0.4％、mn：0.6％～0.9％、cr：0.9％～1.2％、mo：0.15％～0.3％、ni：≤0.3％、al：0.02％～0.05％、cu：≤0.2％、p：≤0.015％、s：≤0.015％、as+sn+pb+sb+bi：≤0.035％、sn：≤100ppm、pb：≤100ppm、sb：≤100ppm、bi：≤100ppm、as：≤150ppm、ca：≤10ppm、ti：≤80ppm、h：≤2ppm、o：≤20ppm、n：≤100ppm，余量为fe。

19、优选的技术方案为，所述正回火处理包括：

20、正火：锻件装炉后升温至900±20℃，保温13～16h，冷却至300～500℃；

21、回火：炉内温度升温至690±20℃，保温20～23h，随后空冷。

22、进一步的，正火的锻件装炉后升温至900±10℃；进一步的，回火的炉内温度升温至690±10℃。

23、优选的技术方案为，调质热处理包括：

24、650±20℃装炉，保温2.5～3.5h，以≤100℃/h的速率升温至860±20℃，出炉淬水，冷却至200～300℃；

25、炉内温度以≤100℃/h的速率回火升温至543±20℃，保温15～18h，空冷。

26、进一步的，装炉温度为650±10℃；进一步的，以70～90℃/h的速率升温至860±10℃；进一步的，调质回火升温至543±10℃。更进一步的，升温速率为75～85℃/h。

27、优选的技术方案为，正火步骤中锻件的冷却包括：首先空冷25～55min，随后炉冷至300～500℃。进一步的，空冷25～55min后的锻件温度为650～800℃。

28、本发明的优点和有益效果在于：

29、该大型风电齿轮箱输入法兰采用大直径连铸圆坯作为锻造坯料，克服模铸钢锭作为坯料所导致的冒口水口成分差异缺陷，通过多次镦拔以及优选合适的锻造比，充分锻合远离坯料中心处的疏松和缩孔等内部缺陷，然后通过中心冲孔有效去除连铸坯中心疏松缺陷，最后通过辗环和锻后热处理，得到金相组织和整体硬度均匀的输入法兰产品；

30、输入法兰满足预定的非金属夹杂物、低倍组织、晶粒度、金相组织、带状组织、硬度、机械性能、淬透性和超声探伤要求，塑性指标优良，质量稳定，适于量产。