零件名稱：不銹鋼活塞桿，見圖8-7。
材質(zhi)：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)
熱(re)處理(li)要求：
a. 固溶(rong)時效(xiao)處(chu)理性能：Ra≥930N/m㎡;Ro3≥725N/mm2;A≥16%;Z≥50%;硬度269~302HB。
b. 圖中Φ105mmx1600mm 處(chu)高頻表面感應淬(cui)火(huo)，硬度：45~50HRC;深(shen)度：1~1.5mm。
1. 零(ling)件常(chang)見的失效(xiao)形式(shi)及應具(ju)備(bei)的性能
活塞桿在工(gong)作時，承受高頻(pin)率的返復拉壓應(ying)力，易產(chan)生(sheng)疲勞斷裂；外(wai)表(biao)面與密封材料四氟(fu)乙烯進行快速多(duo)次摩擦，一旦磨(mo)損(sun)嚴重，會引(yin)起介質泄漏；其使用在含H2S成分(fen)的氣體(ti)介質中，易遭受腐蝕。
因(yin)此，要(yao)求活塞桿具(ju)有耐(nai)腐蝕(shi)性、有較好的(de)基體強度(du)及外表面的(de)耐(nai)磨損性能。
2. 材料選(xuan)用原則及熱(re)處理方法選(xuan)擇(ze)
活(huo)塞桿選用馬氏體沉淀硬(ying)化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)。該(gai)材料具有較好的抗H2S腐蝕性能(neng)，可滿足使用需要(yao)。
0Cr17Ni4Cu4Nb經過固溶和(he)(he)時效(xiao)處理(li)，可以(yi)獲得要求的(de)力學性能(neng)，保證活塞(sai)桿的(de)整體(ti)強度。采用(yong)高(gao)頻表面感應淬火，可以(yi)保證工件表面的(de)硬度，從而提(ti)高(gao)耐磨(mo)性能(neng)和(he)(he)抗疲勞性能(neng)。
3. 零件主要加工工序
鍛造－過時(shi)(shi)效處理(li)(li)（A)-粗加(jia)工－固溶處理(li)(li)（B)-機加(jia)工－時(shi)(shi)效處理(li)(li)（C)-檢查(cha)性(xing)能－機加(jia)工－高(gao)頻表面淬(cui)火(huo)、回火(huo)（D)-磨加(jia)工－修整－檢查(cha)。
4. 熱處理工藝分析及應(ying)注意(yi)問題(ti)
a. 過時效處理
0Cr17Ni4Cu4Nb鍛(duan)件(jian)經(jing)鍛(duan)造(zao)冷卻后(hou)，有(you)較(jiao)(jiao)大(da)(da)的應(ying)力(li)和(he)較(jiao)(jiao)高的硬(ying)(ying)度(du)，不(bu)便(bian)于機械加(jia)工(gong)，組織中具有(you)較(jiao)(jiao)大(da)(da)的合(he)金(jin)元素(su)過(guo)飽和(he)度(du)，看定(ding)性較(jiao)(jiao)差。所(suo)以(yi)，對鍛(duan)件(jian)應(ying)進行(xing)過(guo)時(shi)效處(chu)(chu)理(li)（即高于正常(chang)時(shi)效溫度(du)的時(shi)效處(chu)(chu)理(li)）。通(tong)過(guo)過(guo)時(shi)效處(chu)(chu)理(li)，基體(ti)中的合(he)金(jin)元素(su)充分出(chu)(chu)，析(xi)出(chu)(chu)質點長大(da)(da)，使(shi)組織處(chu)(chu)于穩定(ding)狀態，鍛(duan)件(jian)硬(ying)(ying)度(du)達到較(jiao)(jiao)低包(bao)度(du)，應(ying)力(li)基本消(xiao)除，便(bian)于機械加(jia)工(gong)，并為固溶處(chu)(chu)理(li)作好組織準備。具體(ti)工(gong)藝(yi)見圖8-8。
經研究和實(shi)踐(jian)證(zheng)明，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在630~640℃時(shi)(shi)效(xiao)，將(jiang)獲得最低的硬度(du)(du)，溫度(du)(du)再提高，冷卻后(hou)的組織中可能因產生馬(ma)氏體組織而提高硬度(du)(du)并(bing)降低了組織穩定性。過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)的保(bao)溫時(shi)(shi)間(jian)應適當長一(yi)(yi)些(xie)，以保(bao)證(zheng)析出相充分析出。過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)處理可采用空冷。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經過(guo)過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)處理后(hou)，硬度(du)(du)一(yi)(yi)般不大于280HB。
b. 固溶(rong)處理
固溶處理是馬氏體沉(chen)淀硬化(hua)不(bu)銹鋼(gang)強化(hua)的重要(yao)環(huan)節。
0Cr17Ni4Cu4Nb 活塞(sai)桿固溶處理工藝見圖8-9。將鋼(gang)加熱到1040℃時(shi)，鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)鉻、鎳、鈮(ni)、銅等合金元素充(chong)分地(di)固溶在奧氏體(ti)基(ji)體(ti)中(zhong)(zhong)，再以較(jiao)快的(de)(de)速度(du)冷(leng)卻，這些元素便以過飽和狀態保留在基(ji)體(ti)組(zu)織中(zhong)(zhong)，在以后(hou)的(de)(de)時(shi)效過程中(zhong)(zhong)析出并使鋼(gang)得到強(qiang)化。固溶處理用水(shui)冷(leng)卻似乎更好(hao)一些，但曾發生過固溶水(shui)冷(leng)產生裂紋的(de)(de)事(shi)例，這個活塞(sai)桿的(de)(de)有效截面(mian)不大，用油(you)冷(leng)完全可以滿(man)足要求。
c. 時效處理
時(shi)效(xiao)處理是(shi)馬(ma)氏體沉(chen)淀(dian)硬(ying)化不(bu)(bu)銹鋼(gang)強化的(de)(de)(de)(de)又一個關鍵(jian)工(gong)序。通(tong)過時(shi)效(xiao)處理，使在固溶(rong)(rong)處理時(shi)過飽和(he)溶(rong)(rong)于(yu)奧氏體中的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金元素(su)，特別是(shi)銅(tong)、鈮以(yi)質(zhi)點形(xing)式充(chong)分(fen)析出，使鋼(gang)得到(dao)強化。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼(gang)，依(yi)據(ju)(ju)對(dui)強度(du)等(deng)級要(yao)求的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)，常(chang)有幾種不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)時(shi)效(xiao)溫度(du)，根(gen)據(ju)(ju)活(huo)塞(sai)桿強度(du)和(he)力(li)學性能的(de)(de)(de)(de)要(yao)求，采用610℃加熱(re)溫度(du)是(shi)合(he)(he)適的(de)(de)(de)(de)，一般時(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)保溫時(shi)間不(bu)(bu)低于(yu)4h,以(yi)保證析出相(xiang)的(de)(de)(de)(de)充(chong)分(fen)析出，達到(dao)最佳的(de)(de)(de)(de)強化效(xiao)果(guo)。具體工(gong)藝見圖8-10。
這(zhe)(zhe)(zhe)里將固(gu)(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)和時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)分開敘述(shu)，而(er)沒有像馬(ma)氏體不(bu)銹鋼(gang)調(diao)質那樣，將淬(cui)火和回火同時(shi)(shi)(shi)敘述(shu)，是想說明一個(ge)問題(ti)(ti)，對于馬(ma)氏體沉淀硬(ying)化不(bu)銹鋼(gang)，固(gu)(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)直接進(jin)行時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)，還是固(gu)(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)進(jin)行機(ji)加工(gong)再進(jin)行時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)，這(zhe)(zhe)(zhe)可根據(ju)零部件(jian)特征及要求(qiu)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)硬(ying)度(du)(du)來(lai)考慮。例(li)如，如果(guo)要求(qiu)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)強度(du)(du)等級高(gao)，即經固(gu)(gu)(gu)溶(rong)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)(du)高(gao)，則(ze)最(zui)好在(zai)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)具有較低(di)硬(ying)度(du)(du)的(de)(de)(de)情況下進(jin)行機(ji)械加工(gong)，把大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)機(ji)械加工(gong)量(liang)(liang)(liang)完成，在(zai)留有極少(shao)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)加工(gong)余(yu)量(liang)(liang)(liang)條件(jian)下進(jin)行時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)，因為(wei)(wei)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)后(hou)硬(ying)度(du)(du)很高(gao)，難以進(jin)行大量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)機(ji)械加工(gong)。若采用(yong)這(zhe)(zhe)(zhe)種程序(xu)，需注意的(de)(de)(de)一個(ge)商題(ti)(ti)是，一旦(dan)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)性(xing)能達不(bu)到要求(qiu)，則(ze)無法再重新進(jin)行固(gu)(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)，因為(wei)(wei)加工(gong)余(yu)量(liang)(liang)(liang)少(shao)，滿足不(bu)了(le)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)變形(xing)的(de)(de)(de)要求(qiu)。解(jie)決這(zhe)(zhe)(zhe)種問題(ti)(ti)的(de)(de)(de)辦法，可以在(zai)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)對試件(jian)進(jin)行模擬時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)，先確認(ren)工(gong)件(jian)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)性(xing)能水平。
另一種情(qing)況是要(yao)求的時(shi)效處(chu)理后(hou)的強度(du)等級較低(di)，硬(ying)度(du)低(di)于固(gu)(gu)溶處(chu)理后(hou)的硬(ying)度(du)，則可在(zai)工件固(gu)(gu)溶處(chu)理后(hou)直接進行時(shi)效處(chu)理，再(zai)進行機(ji)械加(jia)工，這不但能提高加(jia)工效率，而(er)且還減(jian)少了冷熱工序間的周(zhou)轉次數，方便生產。如(ru)果采(cai)用這種程序，最好在(zai)機(ji)械加(jia)工后(hou)進行一次低(di)于時(shi)效溫度(du)的消除應力(li)處(chu)理。
d. 高頻表面淬火
活塞(sai)桿高頻表面淬(cui)火(huo)部位(wei)是在(zai)外圓表面，圖8-7所示的長(chang)度約1600mm的部位(wei)。采用連續(xu)加熱淬(cui)火(huo)方式。工件旋轉，感應器(qi)加熱并(bing)同(tong)時噴水冷卻。
感應(ying)(ying)器選擇：選用外圓連(lian)續加熱淬火(huo)感應(ying)(ying)器。感應(ying)(ying)器內(nei)孔直徑為110mm,與(yu)工件外表面間隙2.5mm,感應(ying)(ying)器高度為7mm。
加熱溫度：1060~1080℃。
工件淬火長度總加熱時間：460s(工件相對感應(ying)器移(yi)動速度約為3.5mm/s).
工(gong)件旋(xuan)轉速度：40~50r/min.
淬火冷(leng)卻(que)：噴水(shui)冷(leng)卻(que)。
回火：480℃,保溫2h,空冷。
活塞桿采(cai)用(yong)0Cr17Ni4Cu4Nb馬(ma)氏(shi)體沉淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼，高(gao)頻(pin)表(biao)面淬火(huo)采(cai)用(yong)水冷卻不必擔心淬火(huo)裂紋，其原因參見3Cr13不銹(xiu)鋼軸套高(gao)頻(pin)表(biao)面淬火(huo)相(xiang)關(guan)內容。
活塞桿高頻(pin)表面淬(cui)火(huo)硬度(du)檢(jian)查可(ke)用表面洛氏硬度(du)計或(huo)里(li)氏硬度(du)計。如果還要檢(jian)查淬(cui)硬深度(du)或(huo)金相(xiang)(xiang)組(zu)織，則應(ying)采用一定(ding)長度(du)的與活塞桿淬(cui)火(huo)處(chu)外圓相(xiang)(xiang)同(tong)尺寸的試(shi)件(jian)，該(gai)試(shi)件(jian)應(ying)與實(shi)際工件(jian)進行(xing)相(xiang)(xiang)同(tong)的熱處(chu)理(li)過程和相(xiang)(xiang)同(tong)的高頻(pin)淬(cui)火(huo)方法。
