零件名稱：不銹鋼平衡套，見圖8-4.
材質：3Cr13不(bu)銹(xiu)鋼(gang)
熱處理(li)要求。
a. 調質硬(ying)度：241~285HB.
b. Φ105內孔(kong)離子滲(shen)氨。硬度≥650HV;深度≥0.3mm.
c. A面高頻感(gan)應(ying)加熱(re)淬火硬度，50~56HRC;深度1~1.5mm.
1. 零件(jian)常見的失效形式及應(ying)具備的性能(neng)
平(ping)衡(heng)套是用以平(ping)衡(heng)軸(zhou)向力(li)的(de)重要(yao)功能(neng)件(jian)(jian)，長(chang)期(qi)在180℃左右具有一定腐蝕性(xing)能(neng)的(de)水介質中工作，內(nei)孔與軸(zhou)套有0.3mm的(de)左右間隙(xi)，A面與平(ping)衡(heng)盤正(zheng)常時有0.06~0.07mm的(de)間隙(xi)。在設(she)備啟動、停轉時，內(nei)孔及A面有可(ke)能(neng)與對(dui)應(ying)件(jian)(jian)接觸而磨損，又有高溫高速水流動沖刷，可(ke)能(neng)被沖蝕。一旦出現被磨損或沖蝕，將(jiang)對(dui)設(she)備的(de)性(xing)能(neng)產生很(hen)大的(de)影(ying)響。
因此，除(chu)要求平衡套有一(yi)定(ding)的耐(nai)腐蝕(shi)性，一(yi)定(ding)的基(ji)體強(qiang)度(du)外，尤其(qi)要求內孔及A面具(ju)有較高(gao)的耐(nai)磨損(sun)、耐(nai)沖刷性能(neng)，即應具(ju)有較高(gao)的硬度(du)。
2. 材料選用原則及熱處理(li)方法選擇
平衡套采用(yong)3Cr13馬氏體(ti)不銹鋼鍛件。3Cr13 鋼具(ju)有(you)一定的耐(nai)腐蝕(shi)性，可勝任在高(gao)溫(wen)水中的工作。3Cr13鋼可以通(tong)(tong)過調質處理(li)提高(gao)整體(ti)強度(du)，又可通(tong)(tong)過高(gao)頻表面(mian)(mian)感應淬火、離子滲氮(dan)等表面(mian)(mian)熱(re)處理(li)方法提高(gao)表面(mian)(mian)硬(ying)度(du)和(he)耐(nai)磨性。Φ105mm內孔(kong)高(gao)頻表面(mian)(mian)淬火難度(du)大，采用(yong)離子滲氮(dan)，硬(ying)化層(ceng)雖然較薄，但(dan)可滿足要(yao)求(qiu)。而A面(mian)(mian)需(xu)要(yao)有(you)較厚的硬(ying)化層(ceng)，且用(yong)高(gao)頻表面(mian)(mian)淬火方便可行，比(bi)離子滲氮(dan)硬(ying)層(ceng)厚，故采用(yong)高(gao)頻表面(mian)(mian)淬火。通(tong)(tong)過上述(shu)熱(re)處理(li)手段，完全可以滿足工件的使(shi)用(yong)功能要(yao)求(qiu)。
3. 零件主要加(jia)工(gong)工(gong)序
鍛造(zao)－退火(huo)(huo)（A)-粗加(jia)工(gong)(gong)－調質（B)-機加(jia)工(gong)(gong)－高溫時效（C)-加(jia)工(gong)(gong)（離子滲(shen)氮(dan)的(de)內孔加(jia)工(gong)(gong)到尺寸(cun)，A表面留 0.2mm磨(mo)量）－離子滲(shen)氮(dan)（D)-A面表面淬火(huo)(huo)、回火(huo)(huo)（E)-磨(mo)A面－清理－檢查。
4. 熱處理(li)工藝分析及注意問題
a. 退火(huo)
見軸套退(tui)火(huo)
b. 調質
見軸套調質
c. 高溫時效(xiao)
高溫(wen)時效的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是為(wei)了較徹底地消除或減少(shao)以(yi)前(qian)各加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)序產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)，即保證(zheng)零(ling)件滲氮前(qian)不存在較大的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)，防止零(ling)件滲氮時產(chan)(chan)生變(bian)形，實質上，高溫(wen)時效是作為(wei)離(li)子滲氮前(qian)的(de)(de)(de)預處理(li)工(gong)(gong)序。
高(gao)溫時效(xiao)工(gong)藝見圖(tu)8-5.
高溫(wen)(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)(wen)度(du)的選定原(yuan)則是，低于調質(zhi)回火溫(wen)(wen)(wen)度(du)以下20~40℃,高于離子滲氨(an)溫(wen)(wen)(wen)度(du)。根據平衡套零(ling)件(jian)的調質(zhi)工(gong)藝(yi)和離子滲氮工(gong)藝(yi)，確定高溫(wen)(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)(wen)度(du)為580~600℃,這樣，既可(ke)保持調質(zhi)硬度(du)和強度(du)基本不變，還可(ke)使零(ling)件(jian)具有保證離子滲氨(an)時無殘余應力的基本要求。
高溫時效采用爐冷(leng)至400℃以(yi)下出爐，以(yi)盡量減少零件產(chan)生新(xin)的應力。
d. 離子滲(shen)氮(dan)
該(gai)平衡套(tao)用100kV離(li)子滲氮爐(lu)處(chu)理，爐(lu)的(de)有效空間約為ф600x1200(mm).
滲(shen)氮溫(wen)度(du)(du)選定為540~560℃,這個溫(wen)度(du)(du)是(shi)3Cr13馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼可滲(shen)氮的(de)中下限溫(wen)度(du)(du)，主要考慮了平衡套根據調(diao)質回火(huo)溫(wen)度(du)(du)確定的(de)高(gao)溫(wen)時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)為580~560℃,離子滲(shen)氮溫(wen)度(du)(du)應低于高(gao)溫(wen)時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)。具體(ti)工藝(yi)見圖(tu)8-6。
3Cr13不銹鋼(gang)屬于高合金元(yuan)素材料，滲氮速度偏慢，所(suo)以(yi)，應采用較長的(de)保溫時間。
平衡套屬薄壁易(yi)變(bian)形件(jian)，應適當控制升溫(wen)、降溫(wen)速度(du)和(he)(he)出(chu)爐溫(wen)度(du)，以保證零件(jian)具有(you)較小(xiao)的(de)應力和(he)(he)滲氨時的(de)較小(xiao)變(bian)形度(du)。低于100℃出(chu)爐，還可保證零件(jian)表面不出(chu)現(xian)氧化而呈銀白色(se)。
在實(shi)際操作(zuo)中，控制為較(jiao)小的電流和電壓(ya)，實(shi)現較(jiao)慢的升溫速度。
根據使用(yong)設備(bei)的(de)(de)容積及(ji)實際裝爐量(liang)、工件(jian)有效表(biao)面積等因(yin)素，采用(yong)0.3m/h的(de)(de)氨氣供給量(liang)。
該(gai)平(ping)衡套(tao)滲(shen)氮內孔為Φ105mm,高度為115mm,如此徑高比的內孔滲(shen)氮不必在孔內施加(jia)輔(fu)助陽極，也可獲得滿意的滲(shen)氮效果。
該零件的設計條件只要求內孔(kong)(kong)離(li)子滲氮，但只內孔(kong)(kong)滲氮時，大量非滲氮面需屏(ping)蔽或采(cai)取其(qi)他(ta)防滲氮措施，不僅增(zeng)加(jia)了操(cao)作的復雜(za)性，還增(zeng)加(jia)了處理成本。而其(qi)他(ta)面離(li)子滲氮對使用并(bing)無不利(li)影響，只是在冷加(jia)工工藝上適當考慮即可(ke)。經設計人員同意，實際滲氮時是全(quan)部滲氮。
設(she)計要(yao)求高頻表(biao)(biao)(biao)面(mian)感應淬(cui)(cui)火(huo)的(de)(de)A面(mian)，經離(li)(li)子(zi)滲氮后(hou)再進行高頻表(biao)(biao)(biao)面(mian)加(jia)熱淬(cui)(cui)火(huo)，不但對高頻處理效(xiao)果和質量(liang)無不利影(ying)響(xiang)，反而有(you)積極的(de)(de)作用，因(yin)為工(gong)件(jian)表(biao)(biao)(biao)面(mian)滲氮后(hou)，表(biao)(biao)(biao)面(mian)富集了高濃度的(de)(de)氮元素(su)，經高頻加(jia)熱淬(cui)(cui)火(huo)后(hou)，獲得富氮的(de)(de)馬氏體(ti)組(zu)織，使馬氏體(ti)更均勻、更細，具有(you)更高的(de)(de)硬度，對提高使用功能更有(you)利。先離(li)(li)子(zi)滲氮再高頻表(biao)(biao)(biao)面(mian)加(jia)熱淬(cui)(cui)火(huo)，這是常采用的(de)(de)所謂“表(biao)(biao)(biao)面(mian)復合熱處理”的(de)(de)方法之一。
平衡套離(li)子滲氮(dan)后的(de)硬度(du)(du)檢查(cha)(cha)可(ke)以在工件可(ke)檢面上進行，也可(ke)用同(tong)(tong)材質、同(tong)(tong)狀態、同(tong)(tong)爐處理的(de)試(shi)塊(kuai)進行。如果檢查(cha)(cha)滲氮(dan)深度(du)(du)或金相組織，則必須(xu)在同(tong)(tong)爐試(shi)塊(kuai)上進行。
離(li)子滲(shen)氮滲(shen)層較淺，進(jin)行硬(ying)度檢驗時應(ying)采用負荷不大(da)于(yu)9.8N的硬(ying)度檢測設(she)備。
e. 高頻(pin)表面淬火(huo)
平衡套高頻表面淬(cui)火(huo)部位是內徑(jing)為(wei)180mm、外徑(jing)為(wei)220mm的圓環表面，即圖中的A面。采用(yong)連續加熱(re)淬(cui)火(huo)方式，工(gong)件(jian)旋轉(zhuan)，感應器加熱(re)并同時(shi)噴水冷(leng)卻。
感應器選擇：選用(yong)指型(xing)連(lian)續加(jia)熱(re)淬火感應器，感應器有效加(jia)熱(re)冷卻長度(du)與A面(mian)寬度(du)（即圓環面(mian)寬度(du)）相同(tong)，應為20mm,感應器加(jia)熱(re)部分的寬度(du)為7mm。
加熱溫(wen)度：1080~1100℃。
工(gong)件(jian)總加熱時間約為(wei)135s(即工(gong)件(jian)旋轉一周時間約為(wei)135s)
淬火冷(leng)卻(que)：噴水(shui)冷(leng)卻(que)。
回火：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果(guo)設備功率足(zu)夠大，也(ye)可同時(shi)加熱淬火，采用圓(yuan)環形平面感應器(qi)加熱，浸水冷卻。
采(cai)用同時加熱(re)淬火(huo)方法可防止采(cai)用連(lian)續加熱(re)淬火(huo)方法時在淬火(huo)面頭尾銜接處的(de)軟帶(dai)，但(dan)對感應器平行度的(de)要(yao)求更嚴格。平面感應加熱(re)時，應注(zhu)意防止邊(bian)緣部(bu)分的(de)過熱(re)和(he)裂(lie)紋，需要(yao)在選用和(he)制造感應器時予(yu)以考慮。
平衡套也是(shi)3Cr13馬氏體不銹(xiu)鋼，所以(yi)，有(you)關高頻表面淬(cui)火的注意事項參照(zhao)軸套高頻表面淬(cui)火的有(you)關說明。
