风机轴锻件的制造工艺是确保其承载能力、疲劳寿命和可靠性的关键环节。以下是分步骤的详细工艺解析，涵盖从材料准备到***终检测的全流程：

1. 材料准备与下料

1.1 材料验收

化学成分检测：

使用光谱仪验证元素含量（如42CrMo4：C 0.38-0.45%，Cr 0.90-1.20%）

低倍组织检查：

酸蚀试验检测中心疏松（≤2级）和偏析（GB/T 1979）

1.2 下料工艺

锯切：

采用硬质合金圆盘锯，切口倾斜度≤3°

重量控制：

料段重量=锻件理论重量×(1+烧损率3-5%+料头损失2%)

2. 加热工艺

2.1 加热参数

材料类型始锻温度（℃）终锻温度（℃）加热时间（min/mm）

42CrMo4 1150-1200 ≥850 0.6-0.8 

34CrNiMo6 1180-1220 ≥880 0.7-0.9 

2.2 加热控制

阶梯加热：

650℃预热（防开裂）+ 850℃均热+ ***终加热

控温精度：

炉温均匀性±10℃，热电偶间距≤1.5m

3. 锻造工艺

3.1 自由锻关键工序

镦粗：

高径比≤2.5，防止弯曲

变形量≥50%（破碎铸态组织）

拔长：

送进量L=(0.75-1.0)×砧宽

锻造比≥4:1（重要件≥6:1）

成形：

台阶轴分段锻造，预留5-8mm精加工余量

3.2 模锻工艺要点

模具设计：

飞边槽宽度=5%锻件***大投影尺寸

设备选型：

锻压力≥600MPa（按投影面积计算）

4. 热处理工艺

4.1 预备热处理

正火：

860-890℃空冷（细化晶粒）

退火：

680℃等温退火（硬度≤229HB）

4.2 ***终热处理

工艺类型参数设置性能结果

调质处理 850℃油淬+580℃回火 抗拉强度≥900MPa 

感应淬火 900-950℃加热，水冷 表面硬度52-56HRC 

去应力退火 550℃×4h（焊补后必做） 残余应力≤50MPa 

5. 机械加工

5.1 加工流程

粗车：

单边留量2-3mm（用于矫直）

半精车：

轴承位留磨量0.3-0.5mm

精加工：

磨削：砂轮粒度60#，进给量≤0.01mm/r

滚压：提高表面硬度10-15%

5.2 关键控制

轴承位加工：

圆度≤0.005mm，圆柱度≤0.01mm

花键加工：

采用成形磨削，齿距累积误差≤0.02mm

6. 检测与质量控制

6.1 无损检测

检测方法标准依据合格指标

超声波探伤 GB/T 6402 Class B φ2mm平底孔当量 

磁粉检测 JB/T 6061 Ⅰ级 无任何线性缺陷 

渗透检测 ISO 3452 点状缺陷≤1.5mm 

6.2 力学性能测试

取样位置：

轴端径向1/4处（避开心部偏析区）

测试项目：

室温拉伸：Rp0.2≥650MPa，A%≥14%

-20℃冲击：KV2≥40J

6.3 动平衡测试

平衡等级：G2.5（ISO 1940-1）

校正方法：

去重钻孔深度≤0.3D（D为轴径）

7. 典型工艺缺陷与对策

缺陷类型产生原因解决措施

折叠 送进量过大 控制L≤1.0×砧宽 

白点 氢含量高 锻后缓冷（≤50℃/h） 

淬火裂纹 冷却速率过快 预冷至800℃再油淬 

流线紊乱 锻造比不足 总变形量≥60% 

8. 工艺优化案例

案例1：某2MW风机主轴

原工艺：自由锻+调质 → 疲劳寿命8万次

改进后：

增加喷丸强化（覆盖率100%）

采用控锻控冷（终锻温度***至±15℃）

结果：疲劳寿命提升至15万次

案例2：海上风机轴防腐

工艺组合：

锻后热处理→热喷涂Al涂层（200μm）→有机封闭

盐雾试验：≥3000小时无红锈

9. 制造过程记录要点

锻造记录：

始/终锻温度实测值

变形工步与锻造比计算

热处理曲线：

升温/保温/冷却速率记录

硬度检测点位图

通过上述工艺控制，可确保风机轴锻件达到：

疲劳寿命：≥10⁷次循环（载荷谱验证）

尺寸稳定性：运行温度≤150℃时变形量＜0.05mm/m

可靠性：平均无故障时间（MTBF）≥5万小时