一種核電用泵軸的表面強化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于表面強化處理領域，涉及核電用高壓多級泵，具體涉及一種核電用泵 軸的表面強化方法。
【背景技術】
[0002] 通常，泵軸承受的力包括扭轉引力、軸向力及彎曲應力，且軸的表面的工作應力最 大，所以提高軸的表面質量是提高軸的疲勞強度的重要措施。軸的表面處理形式較多，目前 較常用在核泵泵軸上的表面處理方式有電鍍鉻，電鍍鉻具有表面光潔度高，耐磨性好的優(yōu) 點，同時電鍍鉻容易導致氫脆裂紋，涂層內裂紋的擴展會影響到母材，最終導致軸使用過程 中的斷裂，對于承受交變載荷的軸尤為顯著。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種核電用泵軸的表面強化方法，通過噴丸強化及爆炸噴涂 的表面處理方式，增加泵軸在承受扭轉引力、軸向力及彎曲應力綜合交變載荷作用下的疲 勞強度，且提供泵軸在與葉輪、平衡鼓及軸承配合運行中的耐磨性。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種核電用泵軸的表面強化方法，該方法包括以 下步驟： 步驟1，對軸表面進行噴丸處理，形成噴丸層，該噴丸層僅在基體表面產生壓應力，無材 料的改變； 步驟2,爆炸噴涂：爆炸噴涂采用Cr-C+ Ni-Cr的組合物涂層材料，形成Cr-C+ Ni-Cr涂 層； 步驟3,對經步驟2處理后的泵軸進行磨削加工。
[0005] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，所述的爆炸噴涂涂層材料中，Cr-C所占 的重量百分數(shù)為75%，Ni-Cr所占的重量百分數(shù)為25%。
[0006] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，所述的Cr-C由重量百分數(shù)為92%的Cr 與8%的C構成。
[0007] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，所述的Ni-Cr由重量百分數(shù)為80%的Ni 與20%的Cr構成。
[0008] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，在步驟2中，所述的爆炸噴涂工序前， 還對軸表面進行噴砂處理，降低表面的粗糙度至Ral. 5-5 ym。
[0009] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，在步驟1中，在噴丸處理前，還包含對 軸表面的精加工處理。
[0010] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，在步驟1中，噴丸后軸表面粗糙度達到 Ra5 ym，強度達到0. 3-0. 4A，覆蓋率超過100%，噴丸后高速運轉的彈丸使工件表面產生塑 性變形，軸表面的殘余壓應力可達到約500MPa以上，疲勞極限提高50MPa以上。
[0011] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，在步驟2中，涂層的厚度為 150-250 u m〇
[0012] 上述的核電用泵軸的表面強化方法，其中，在步驟2中，噴砂處理采用A120 3對軸表 面進行噴砂處理。
[0013] 泵軸加工過程中易產生殘余的拉應力，殘余拉應力的存在會降低材料的疲勞強 度，使其在運轉過程增加疲勞斷裂的風險；本發(fā)明在軸表面先進行噴丸強化，可使泵軸表面 產生較高的壓應力層，提高軸泵軸在承受扭轉引力、軸向力及彎曲應力綜合交變載荷作用 下的疲勞強度；再經爆炸噴涂，可提高泵軸在與葉輪、平衡鼓及軸承配合運行中的耐磨性。 本發(fā)明采用噴丸強化與爆炸噴涂的工藝組合不僅增加了軸的疲勞強度還提高了軸表面的 耐磨性；兩種工藝綜合使用時，涂層與基材的附著力的控制較難，通過使用噴砂工藝調整軸 的表面粗糙度增加涂層的附著力。
[0014] 本發(fā)明對泵軸采用噴丸強化以及爆炸噴涂的表面處理工藝，噴丸強化在泵軸表面 形成壓應力層增加軸的疲勞強度和使用壽命；爆炸噴涂涂層材料為Cr-C+Ni-Cr組合物，噴 粉的組分質量百分比為75% (92Cr-8C)+25%(80Ni-20Cr);這種涂層可使軸表面產生硬化層 增加軸的耐磨性、耐沖擊性及耐滑動磨損的性能；爆炸噴涂涂層結合強度高可達到70MPa， 附著力高于其他的熱噴涂涂層，且表面硬度可達到HV600-900。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的核電用泵軸的結構示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的軸表面進行強化處理的部位的示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明的核電用泵軸表面強化處理后的涂層的硬度分布圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明的核電用泵軸表面強化處理后的涂層的金相照片。
【具體實施方式】
[0019] 以下結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。
[0020] 本發(fā)明的核電用泵軸的結構如圖1所示。該軸的軸表面、軸套、平衡鼓及葉輪接觸 的部位需進行表面強化處理，以增加軸表面的耐磨性、耐蝕性及強度。軸表面進行強化處理 的部位如圖2中所示的A1，A3，A4，A5，A6，A7，A8區(qū)域，在圖2中，該軸還包含設置在軸兩端 部的中心孔A和中心孔B，及設置在中心孔A鄰近的基準C (A9區(qū)域)。
[0021] 步驟1，對精加工后的軸表面進行噴丸處理，形成噴丸層（該噴丸層僅在基體表面 產生壓應力，無材料的改變）：噴丸采用自動控制噴丸設備采用S330鑄鋼彈丸進行噴丸，噴 丸后表面粗糙度達到Ra5ym，強度達到0.3-0. 4A，覆蓋率超過100%，噴丸后高速運轉的 彈丸使工件表面產生塑性變形，軸表面的殘余壓應力可達到約500MPa以上，疲勞極限提高 50MPa以上。
[0022] 步驟2,爆炸噴涂：噴涂工序進行前對軸表面采用A1203進行噴砂處理，降低表面 的粗糙度至Ral. 5-5 ym，提高后續(xù)涂層的附著能力，為后續(xù)的爆炸噴涂做好準備；噴砂結 束后進行爆炸噴涂處理，爆炸噴涂采用Cr-C+ Ni-Cr的組合形式；爆炸噴涂在軸表面形成 150-250 y m的涂層。爆炸噴涂后的涂層性能請見表1，涂層的硬度分布如圖3所示，其表面 硬度達到HV800以上；涂層金相照片請見圖4,由金相照片可見，涂層厚度較均勻，涂層內孔 隙較少，未見微裂紋及材料分離。
[0023] 表1.爆炸噴涂后涂層的性能
【主權項】
1. 一種核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟1，對軸表面進行噴丸處理，形成噴丸層； 步驟2,爆炸噴涂：爆炸噴涂采用Cr-C+ Ni-Cr的組合物涂層材料，形成Cr-C+ Ni-Cr涂 層； 步驟3,對經步驟2處理后的泵軸進行磨削加工，完成對核電用泵軸的表面強化處理。
2. 如權利要求1所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，所述的爆炸噴涂涂 層材料中，Cr-C所占的重量百分數(shù)為75%，Ni-Cr所占的重量百分數(shù)為25%。
3. 如權利要求1或2所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，所述的Cr-C由 重量百分數(shù)為92%的Cr與8%的C構成。
4. 如權利要求3所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，所述的Ni-Cr由重量 百分數(shù)為80%的Ni與20%的Cr構成。
5. 如權利要求4所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，在步驟2中，所述的 爆炸噴涂工序前，還對軸表面進行噴砂處理，降低表面的粗糙度至RaL 5-5 y m。
6. 如權利要求5所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，在步驟1中，在噴丸 處理前，還包含對軸表面的精加工處理。
7. 如權利要求6所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，在步驟1中，噴丸 后軸表面粗糙度達到Ra5ym，強度達到0.3-0. 4A，覆蓋率超過100%，噴丸后高速運轉的 彈丸使工件表面產生塑性變形，軸表面的殘余壓應力可達到約500MPa以上，疲勞極限提高 50MPa以上。
8. 如權利要求7所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，在步驟2中，涂層的 厚度為 150-250 ym。
9. 如權利要求8所述的核電用泵軸的表面強化方法，其特征在于，在步驟2中，噴砂處 理采用Al2O3對軸表面進行噴砂處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核電用泵軸的表面強化方法，該方法包括以下步驟：步驟1.對軸表面進行噴丸處理，形成噴丸層；步驟2.爆炸噴涂：爆炸噴涂采用Cr-C+Ni-Cr的組合物涂層材料，形成Cr-C+Ni-Cr涂層；步驟3.對經步驟2處理后的泵軸進行磨削加工，完成對核電用泵軸的表面強化處理。本發(fā)明通過噴丸強化及爆炸噴涂的表面處理方式，增加泵軸在承受扭轉引力、軸向力及彎曲應力綜合交變載荷作用下的疲勞強度，且提供泵軸在與葉輪、平衡鼓及軸承配合運行中的耐磨性。
【IPC分類】C21D7-06, C23F17-00, C23C4-12
【公開號】CN104746086
【申請?zhí)枴緾N201410565212
【發(fā)明人】其其格, 王宗智, 平帆, 常麗君, 朱家煒, 陳奇, 李振山, 莊培華, 陳廣福, 程劍, 孫艷紅
【申請人】上海電氣凱士比核電泵閥有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年10月22日