零(ling)件名(ming)稱：不銹鋼平(ping)衡套(tao)，見圖8-4.
材質：3Cr13不銹鋼
熱處理(li)要求。
a. 調質(zhi)硬度：241~285HB.
b. Φ105內孔離子滲氨。硬(ying)度≥650HV;深(shen)度≥0.3mm.
c. A面高頻感應加熱(re)淬火(huo)硬度(du)，50~56HRC;深度(du)1~1.5mm.
1. 零件(jian)常見的失效形式及應具備的性能
平衡套是用以平衡軸向力(li)的(de)(de)重要(yao)功能件，長(chang)期在(zai)180℃左右具有(you)(you)一定腐蝕性能的(de)(de)水(shui)介質(zhi)中工作，內孔與(yu)軸套有(you)(you)0.3mm的(de)(de)左右間隙，A面與(yu)平衡盤正常時(shi)有(you)(you)0.06~0.07mm的(de)(de)間隙。在(zai)設備啟動(dong)、停轉時(shi)，內孔及A面有(you)(you)可(ke)能與(yu)對應(ying)件接(jie)觸而磨(mo)(mo)損，又有(you)(you)高溫(wen)高速水(shui)流動(dong)沖(chong)刷(shua)，可(ke)能被(bei)沖(chong)蝕。一旦出現被(bei)磨(mo)(mo)損或沖(chong)蝕，將對設備的(de)(de)性能產(chan)生很大(da)的(de)(de)影響。
因此，除(chu)要求(qiu)平衡套有一定(ding)的(de)(de)耐腐蝕性，一定(ding)的(de)(de)基體強度外，尤(you)其要求(qiu)內孔及A面具有較高的(de)(de)耐磨損、耐沖(chong)刷性能，即應具有較高的(de)(de)硬度。
2. 材料選用原則及(ji)熱處理方法(fa)選擇
平(ping)衡套采(cai)用(yong)3Cr13馬氏體不銹鋼鍛件。3Cr13 鋼具有(you)一(yi)定的(de)耐腐蝕性，可(ke)勝任(ren)在高溫水(shui)中(zhong)的(de)工作。3Cr13鋼可(ke)以(yi)通過調質(zhi)處(chu)理(li)提高整體強度，又可(ke)通過高頻(pin)(pin)表面(mian)感應(ying)淬火(huo)(huo)(huo)、離子(zi)滲(shen)氮等表面(mian)熱處(chu)理(li)方(fang)法(fa)提高表面(mian)硬(ying)(ying)度和耐磨(mo)性。Φ105mm內(nei)孔高頻(pin)(pin)表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)難度大(da)，采(cai)用(yong)離子(zi)滲(shen)氮，硬(ying)(ying)化(hua)層雖然(ran)較薄，但可(ke)滿足要求。而A面(mian)需要有(you)較厚的(de)硬(ying)(ying)化(hua)層，且用(yong)高頻(pin)(pin)表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)方(fang)便可(ke)行(xing)，比離子(zi)滲(shen)氮硬(ying)(ying)層厚，故采(cai)用(yong)高頻(pin)(pin)表面(mian)淬火(huo)(huo)(huo)。通過上述(shu)熱處(chu)理(li)手段，完全可(ke)以(yi)滿足工件的(de)使用(yong)功(gong)能(neng)要求。
3. 零件主要加工工序
鍛造－退火(huo)（A)-粗加(jia)(jia)工－調質（B)-機加(jia)(jia)工－高溫(wen)時效(xiao)（C)-加(jia)(jia)工（離(li)子滲(shen)氮的內孔加(jia)(jia)工到尺寸(cun)，A表面(mian)留 0.2mm磨(mo)量）－離(li)子滲(shen)氮（D)-A面(mian)表面(mian)淬火(huo)、回火(huo)（E)-磨(mo)A面(mian)－清理－檢查。
4. 熱處理工藝分(fen)析及注意問(wen)題(ti)
a. 退火
見軸套退(tui)火
b. 調(diao)質
見軸套調質
c. 高溫時效
高溫時效的目的是為了較徹底(di)地消(xiao)除或減(jian)少以前(qian)各加工(gong)工(gong)序產生的應(ying)力(li)，即保(bao)證零件滲(shen)氮(dan)前(qian)不(bu)存(cun)在較大的應(ying)力(li)，防止零件滲(shen)氮(dan)時產生變形，實質上，高溫時效是作為離子滲(shen)氮(dan)前(qian)的預處理工(gong)序。
高溫時效工藝見(jian)圖8-5.
高溫時(shi)效(xiao)溫度(du)(du)的(de)選定原則是，低于(yu)調(diao)(diao)質(zhi)(zhi)回(hui)火(huo)溫度(du)(du)以下20~40℃,高于(yu)離子滲氨(an)溫度(du)(du)。根據平衡套零件的(de)調(diao)(diao)質(zhi)(zhi)工(gong)(gong)藝和(he)離子滲氮工(gong)(gong)藝，確定高溫時(shi)效(xiao)溫度(du)(du)為(wei)580~600℃,這樣，既可(ke)(ke)保持(chi)調(diao)(diao)質(zhi)(zhi)硬度(du)(du)和(he)強度(du)(du)基(ji)本不變，還可(ke)(ke)使零件具有保證離子滲氨(an)時(shi)無(wu)殘余應力的(de)基(ji)本要求(qiu)。
高溫時效采(cai)用(yong)爐冷至(zhi)400℃以下出爐，以盡量(liang)減(jian)少零件產生新的應(ying)力。
d. 離子滲(shen)氮
該平衡套用(yong)100kV離子滲氮爐處理，爐的有效空間約(yue)為ф600x1200(mm).
滲(shen)氮溫(wen)(wen)度(du)選定(ding)為540~560℃,這個溫(wen)(wen)度(du)是3Cr13馬氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)可滲(shen)氮的中下限溫(wen)(wen)度(du)，主(zhu)要考慮了平衡套根據調質回火溫(wen)(wen)度(du)確(que)定(ding)的高(gao)溫(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)度(du)為580~560℃,離子(zi)滲(shen)氮溫(wen)(wen)度(du)應(ying)低于高(gao)溫(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)度(du)。具體(ti)(ti)工藝見(jian)圖8-6。
3Cr13不銹(xiu)鋼屬于高合(he)金元素材(cai)料(liao)，滲氮速度偏慢，所以，應采用(yong)較長的保溫時間。
平衡套(tao)屬薄(bo)壁(bi)易變(bian)形件，應(ying)(ying)適(shi)當控制升(sheng)溫(wen)、降(jiang)溫(wen)速(su)度和出(chu)爐溫(wen)度，以保(bao)證(zheng)(zheng)零件具(ju)有(you)較(jiao)小(xiao)的應(ying)(ying)力和滲氨時的較(jiao)小(xiao)變(bian)形度。低(di)于100℃出(chu)爐，還可保(bao)證(zheng)(zheng)零件表(biao)面不出(chu)現(xian)氧化而呈(cheng)銀白(bai)色。
在(zai)實際操作中，控制為較小的(de)電流和電壓，實現較慢的(de)升溫速度。
根據(ju)使用(yong)設(she)備(bei)的(de)容積及(ji)實際裝爐量、工件有(you)效(xiao)表面積等因素，采用(yong)0.3m/h的(de)氨氣供給量。
該平衡套滲氮內(nei)孔(kong)為(wei)(wei)Φ105mm,高(gao)度為(wei)(wei)115mm,如此徑高(gao)比的內(nei)孔(kong)滲氮不必在孔(kong)內(nei)施加輔助陽(yang)極，也可獲得滿意的滲氮效果。
該零件的設計條件只要求內(nei)孔離子滲氮(dan)，但只內(nei)孔滲氮(dan)時，大量(liang)非(fei)滲氮(dan)面需屏蔽或(huo)采取其他防滲氮(dan)措(cuo)施，不(bu)僅增(zeng)加了操作的復(fu)雜性，還(huan)增(zeng)加了處理成本。而(er)其他面離子滲氮(dan)對使(shi)用并無不(bu)利影響(xiang)，只是(shi)在冷加工工藝上適(shi)當考(kao)慮即可。經設計人員同意，實際滲氮(dan)時是(shi)全部滲氮(dan)。
設計要求高(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)感應淬火(huo)的(de)(de)A面(mian)(mian)(mian)(mian)，經(jing)離子滲氮(dan)后再進行高(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)加(jia)(jia)熱(re)淬火(huo)，不但對高(gao)(gao)頻(pin)(pin)處理(li)效果和質量無不利(li)影響，反而有(you)積極的(de)(de)作用(yong)，因為工件表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)滲氮(dan)后，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)富集了(le)高(gao)(gao)濃度的(de)(de)氮(dan)元(yuan)素，經(jing)高(gao)(gao)頻(pin)(pin)加(jia)(jia)熱(re)淬火(huo)后，獲得(de)富氮(dan)的(de)(de)馬氏體組織，使馬氏體更均勻、更細，具有(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)硬度，對提高(gao)(gao)使用(yong)功能(neng)更有(you)利(li)。先離子滲氮(dan)再高(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)加(jia)(jia)熱(re)淬火(huo)，這是常(chang)采用(yong)的(de)(de)所謂“表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)復合(he)熱(re)處理(li)”的(de)(de)方法之(zhi)一。
平衡(heng)套離子(zi)滲氮后(hou)的硬度檢(jian)(jian)查(cha)可(ke)以在工件可(ke)檢(jian)(jian)面(mian)上進行，也可(ke)用同(tong)材質、同(tong)狀態、同(tong)爐(lu)處理的試塊進行。如果(guo)檢(jian)(jian)查(cha)滲氮深度或金(jin)相組織，則必須在同(tong)爐(lu)試塊上進行。
離子滲氮(dan)滲層較(jiao)淺，進行硬度檢驗時應(ying)采用負荷(he)不大(da)于9.8N的(de)硬度檢測設備。
e. 高頻(pin)表面淬火
平衡套(tao)高頻表(biao)面淬火部位是(shi)內徑(jing)為180mm、外徑(jing)為220mm的(de)圓(yuan)環表(biao)面，即圖中的(de)A面。采用連(lian)續加熱淬火方(fang)式，工件旋轉，感應(ying)器加熱并(bing)同時噴水冷卻。
感(gan)應(ying)(ying)器(qi)選擇(ze)：選用指型連續加(jia)熱淬(cui)火感(gan)應(ying)(ying)器(qi)，感(gan)應(ying)(ying)器(qi)有(you)效加(jia)熱冷(leng)卻長度(du)與A面(mian)寬度(du)（即(ji)圓環面(mian)寬度(du)）相同，應(ying)(ying)為20mm,感(gan)應(ying)(ying)器(qi)加(jia)熱部分(fen)的寬度(du)為7mm。
加熱溫度：1080~1100℃。
工(gong)件(jian)總加(jia)熱(re)時間約(yue)為(wei)(wei)135s(即工(gong)件(jian)旋轉一(yi)周(zhou)時間約(yue)為(wei)(wei)135s)
淬火冷卻(que)：噴水冷卻(que)。
回火(huo)：200~240℃,保溫(wen)1~1.5h.
如(ru)果設備功率足夠(gou)大，也可同時加(jia)熱淬火，采(cai)用(yong)圓環形(xing)平(ping)面感應(ying)器加(jia)熱，浸水冷卻(que)。
采(cai)用(yong)同(tong)時(shi)加(jia)熱(re)淬火(huo)方法(fa)可防止采(cai)用(yong)連續加(jia)熱(re)淬火(huo)方法(fa)時(shi)在(zai)(zai)淬火(huo)面(mian)頭(tou)尾銜接處的軟帶(dai)，但對感(gan)應器平行度的要(yao)求(qiu)更嚴格。平面(mian)感(gan)應加(jia)熱(re)時(shi)，應注意防止邊緣部分的過熱(re)和裂紋，需要(yao)在(zai)(zai)選用(yong)和制造感(gan)應器時(shi)予以考慮。
平衡套也是3Cr13馬氏體不銹鋼(gang)，所以，有(you)關高(gao)頻表面淬(cui)火(huo)的注(zhu)意事(shi)項參照軸(zhou)套高(gao)頻表面淬(cui)火(huo)的有(you)關說明。
