淺析水輪機葉片中頻感應加熱設備熱處理工藝的改進

大型水輪機葉片應具有高的綜合力學性能和優良的耐腐蝕、抗泥砂磨損、抗水下疲勞等使用性能，并且同時具有優良的中頻感應加熱設備熱處理等工藝加工性能。Ni4鋼是滿足上述性能的大型水輪機葉片馬氏體不銹鋼。生產實踐表明，水輪機葉片氣蝕破壞是導致工件斷裂失效重要原因之一，引起了人們高度重視。為此，進行了提高和改善Ni4鋼葉片耐蝕性能及影響因素的中頻感應加熱設備熱處理工藝試驗與分析工作，并提出了工件獲得較佳耐氣蝕性能與力性能的熱處理工藝。

試驗采用Ni4鋼葉片試件．經不同中頻感應加熱設備熱處理并進行金相組織與力學性能測試。試驗結果顯示。經上述不同熱處理工藝處理的試件采用轉盤氣蝕法和磁致伸縮（氣蝕）法試驗，并測試試件氣蝕失重情況，試驗結果可以看出，隨著試件鋼中殘留奧氏體含量增加，氣蝕失重變化呈凹形曲線狀況，在殘留奧氏體含量約10%（體積分數）左右其氣蝕失重較低。試驗研究表明，氣蝕過程中，機械應力造成裂紋的萌生與擴展是氣蝕破壞的主要原因，而裂紋的萌生與擴展是要消耗能量的，裂紋擴展時吸收外力應變能愈多，裂紋擴展則越緩慢；也就是說，材料的應變能越大，即材料強度愈高，則材料的耐氣蝕性能越好。試驗研究發現，Ni4鋼葉片組織中殘留奧氏體很細小，分布彌散，分割基體而使晶粒細化，但是，殘留奧氏體細化晶粒作用是隨殘留奧氏體含量不同而變化的。在中頻感應加熱設備熱處理后，當殘留奧氏體含量達10%（體積分數）左右時，殘留奧氏體呈細小彌散分布，其作用基本可連續分割基體，此時具有較佳細化晶粒效果。當殘留奧氏體體積分數大于10%后，殘留奧氏體慢慢集聚為大塊形貌，其連續分割基體作用下降，故細化晶粒作用明顯下降。另外，試驗研究發現，Ni4鋼葉片試件氣蝕過程中，組織中發生殘留奧氏體一馬氏體轉變，使工件耐氣蝕性能提高；當殘留奧氏體為10%(體積分數）左右時，由于殘留奧氏體呈連續網狀分布造成裂紋與殘留奧氏體接觸幾率最高，達最大值，因而發生殘留奧氏體一馬氏體轉變的殘留奧氏體量最多，其吸收外面應變能最多，達最大值。

綜上所述，Ni4鋼葉片中殘留奧氏體具有的細化晶粒作用，以及殘留奧氏體一馬氏體轉變吸收相變能效果對工件材料性能影響很大。氣蝕時，機械應力是造成氣蝕破壞的主要原因，因面葉片工件的力學性能決定其耐蝕性能優劣。此外，殘留奧氏體作為韌性相還具有阻礙氣蝕裂紋擴展的功能與作用，并且這三個因素在殘留奧氏體約為10%（體積分數）時達到較佳效果，使工件具有最優的耐氣蝕性能。采用優化中頻感應加熱設備熱處理工藝，使葉片殘留奧氏體控制在10%（體積分數）左右，可使其耐氣蝕性能較佳。