零(ling)件名(ming)稱：不(bu)銹鋼平衡套(tao)，見圖8-4.
材質：3Cr13不銹鋼
熱處理要求。
a. 調質(zhi)硬度：241~285HB.
b. Φ105內孔離子滲氨(an)。硬度(du)≥650HV;深度(du)≥0.3mm.
c. A面(mian)高頻感應加熱淬(cui)火硬度，50~56HRC;深度1~1.5mm.
1. 零件(jian)常見(jian)的失效形式(shi)及應具備的性能
平衡(heng)套是用以(yi)平衡(heng)軸向(xiang)力的(de)重要功能(neng)件(jian)，長(chang)期在180℃左右具有一(yi)定腐(fu)蝕性能(neng)的(de)水(shui)介質中工作(zuo)，內孔與(yu)軸套有0.3mm的(de)左右間隙，A面(mian)與(yu)平衡(heng)盤(pan)正常時有0.06~0.07mm的(de)間隙。在設備啟動、停轉時，內孔及A面(mian)有可能(neng)與(yu)對應件(jian)接(jie)觸(chu)而磨損，又(you)有高溫高速水(shui)流動沖刷，可能(neng)被沖蝕。一(yi)旦(dan)出現被磨損或(huo)沖蝕，將對設備的(de)性能(neng)產生很大的(de)影響(xiang)。
因此，除要(yao)求(qiu)(qiu)平衡套有一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)性，一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)基體強度(du)(du)外，尤其要(yao)求(qiu)(qiu)內孔及A面具(ju)有較高(gao)的(de)(de)(de)耐磨(mo)損、耐沖刷性能，即(ji)應具(ju)有較高(gao)的(de)(de)(de)硬度(du)(du)。
2. 材(cai)料選用原則及(ji)熱處理方(fang)法選擇
平衡(heng)套采用(yong)3Cr13馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)鍛件。3Cr13 鋼(gang)具有一定的耐(nai)腐(fu)蝕性，可(ke)(ke)勝任在高溫水中的工(gong)作。3Cr13鋼(gang)可(ke)(ke)以通(tong)過調質處理提高整體(ti)強度，又(you)可(ke)(ke)通(tong)過高頻(pin)表(biao)(biao)面(mian)感(gan)應(ying)淬(cui)(cui)火、離(li)子滲(shen)(shen)氮等(deng)表(biao)(biao)面(mian)熱處理方(fang)法提高表(biao)(biao)面(mian)硬(ying)(ying)度和耐(nai)磨性。Φ105mm內(nei)孔高頻(pin)表(biao)(biao)面(mian)淬(cui)(cui)火難度大，采用(yong)離(li)子滲(shen)(shen)氮，硬(ying)(ying)化層雖然較薄，但可(ke)(ke)滿(man)足(zu)要(yao)求。而A面(mian)需要(yao)有較厚的硬(ying)(ying)化層，且用(yong)高頻(pin)表(biao)(biao)面(mian)淬(cui)(cui)火方(fang)便可(ke)(ke)行(xing)，比離(li)子滲(shen)(shen)氮硬(ying)(ying)層厚，故采用(yong)高頻(pin)表(biao)(biao)面(mian)淬(cui)(cui)火。通(tong)過上述熱處理手段，完(wan)全可(ke)(ke)以滿(man)足(zu)工(gong)件的使用(yong)功能要(yao)求。
3. 零件(jian)主要加工(gong)工(gong)序(xu)
鍛造－退火(huo)（A)-粗加(jia)工－調質（B)-機加(jia)工－高溫時效（C)-加(jia)工（離(li)子滲(shen)氮(dan)的(de)內(nei)孔加(jia)工到尺寸(cun)，A表(biao)(biao)面留 0.2mm磨量(liang)）－離(li)子滲(shen)氮(dan)（D)-A面表(biao)(biao)面淬火(huo)、回(hui)火(huo)（E)-磨A面－清(qing)理－檢查。
4. 熱處(chu)理(li)工藝(yi)分析及(ji)注意問題
a. 退火
見軸套退火
b. 調質
見軸(zhou)套調(diao)質(zhi)
c. 高溫時效
高溫時效的目的是為(wei)了較(jiao)徹底(di)地消(xiao)除或減少以前(qian)各加工(gong)工(gong)序產生(sheng)的應(ying)力，即(ji)保證零件滲氮(dan)前(qian)不存在(zai)較(jiao)大(da)的應(ying)力，防止零件滲氮(dan)時產生(sheng)變形，實質上，高溫時效是作為(wei)離(li)子滲氮(dan)前(qian)的預處理工(gong)序。
高(gao)溫時效工藝見(jian)圖8-5.
高(gao)溫(wen)(wen)時效(xiao)溫(wen)(wen)度的(de)選定(ding)原則是，低(di)于調(diao)質(zhi)回火溫(wen)(wen)度以下20~40℃,高(gao)于離(li)子(zi)滲(shen)氨溫(wen)(wen)度。根據(ju)平(ping)衡套(tao)零件的(de)調(diao)質(zhi)工藝(yi)和離(li)子(zi)滲(shen)氮工藝(yi)，確定(ding)高(gao)溫(wen)(wen)時效(xiao)溫(wen)(wen)度為(wei)580~600℃,這樣，既可(ke)(ke)保持調(diao)質(zhi)硬度和強度基(ji)本不變，還(huan)可(ke)(ke)使零件具有保證離(li)子(zi)滲(shen)氨時無殘(can)余應力的(de)基(ji)本要求。
高溫時(shi)效采用爐(lu)冷(leng)至(zhi)400℃以下出爐(lu)，以盡量減少零(ling)件產生新的應(ying)力。
d. 離(li)子滲氮
該平(ping)衡套用100kV離(li)子滲(shen)氮爐處理，爐的有效(xiao)空間約為ф600x1200(mm).
滲(shen)氮溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)選定為540~560℃,這個溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)是3Cr13馬氏體不銹(xiu)鋼可滲(shen)氮的(de)中(zhong)下限溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)，主要考(kao)慮了(le)平衡套(tao)根據調質回火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)確定的(de)高(gao)溫(wen)(wen)時(shi)效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為580~560℃,離(li)子(zi)滲(shen)氮溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)應低于高(gao)溫(wen)(wen)時(shi)效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。具體工藝見圖8-6。
3Cr13不銹鋼屬于高合金(jin)元素材(cai)料，滲氮速度偏慢，所(suo)以(yi)，應采用(yong)較長(chang)的保(bao)溫時間。
平衡(heng)套屬薄壁易(yi)變形件，應適當控制升溫(wen)、降溫(wen)速度和(he)出爐溫(wen)度，以保證零件具有較小的應力(li)和(he)滲氨時的較小變形度。低于100℃出爐，還可保證零件表面不出現(xian)氧化而呈銀(yin)白色。
在實際操作(zuo)中(zhong)，控制為較(jiao)(jiao)小(xiao)的電流(liu)和電壓，實現較(jiao)(jiao)慢的升(sheng)溫速度(du)。
根據使用設備的容積(ji)及實際(ji)裝爐量(liang)、工件有效表(biao)面(mian)積(ji)等(deng)因(yin)素，采用0.3m/h的氨氣(qi)供給量(liang)。
該(gai)平衡套滲(shen)氮(dan)(dan)內孔為Φ105mm,高(gao)度為115mm,如此徑高(gao)比的內孔滲(shen)氮(dan)(dan)不必在孔內施加輔助陽極，也(ye)可獲得滿意的滲(shen)氮(dan)(dan)效果。
該零件的(de)設(she)計條件只(zhi)要(yao)求內(nei)孔(kong)離子滲(shen)(shen)氮，但只(zhi)內(nei)孔(kong)滲(shen)(shen)氮時，大量非滲(shen)(shen)氮面需屏蔽或采取其他防滲(shen)(shen)氮措施，不僅增加(jia)(jia)了操作的(de)復雜性，還(huan)增加(jia)(jia)了處理成本。而其他面離子滲(shen)(shen)氮對使(shi)用并無不利(li)影響(xiang)，只(zhi)是在冷加(jia)(jia)工工藝上(shang)適當考慮即可。經設(she)計人員同意，實際滲(shen)(shen)氮時是全部滲(shen)(shen)氮。
設計要(yao)求高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)(mian)感應淬(cui)火(huo)的(de)(de)(de)A面(mian)(mian)，經(jing)離子滲(shen)氮后再進行(xing)高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)(mian)加(jia)熱淬(cui)火(huo)，不但對高(gao)(gao)頻(pin)處(chu)理效果和質量無(wu)不利影響，反而(er)有(you)積極的(de)(de)(de)作(zuo)用，因為工(gong)件表(biao)面(mian)(mian)滲(shen)氮后，表(biao)面(mian)(mian)富集(ji)了高(gao)(gao)濃度(du)的(de)(de)(de)氮元素(su)，經(jing)高(gao)(gao)頻(pin)加(jia)熱淬(cui)火(huo)后，獲得富氮的(de)(de)(de)馬氏體(ti)組織，使馬氏體(ti)更(geng)(geng)均勻、更(geng)(geng)細，具有(you)更(geng)(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)硬度(du)，對提高(gao)(gao)使用功能更(geng)(geng)有(you)利。先(xian)離子滲(shen)氮再高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)(mian)加(jia)熱淬(cui)火(huo)，這是常采用的(de)(de)(de)所謂“表(biao)面(mian)(mian)復合熱處(chu)理”的(de)(de)(de)方法(fa)之一(yi)。
平衡套離子滲氮(dan)后的硬度檢查可以(yi)在(zai)工件(jian)可檢面上進(jin)行，也可用(yong)同(tong)(tong)(tong)材質、同(tong)(tong)(tong)狀(zhuang)態、同(tong)(tong)(tong)爐處理的試塊進(jin)行。如果檢查滲氮(dan)深度或金(jin)相組織，則(ze)必須在(zai)同(tong)(tong)(tong)爐試塊上進(jin)行。
離子滲(shen)氮滲(shen)層較淺，進行硬(ying)度檢驗時應(ying)采用負(fu)荷不大于9.8N的硬(ying)度檢測(ce)設備(bei)。
e. 高頻表面淬火
平衡套(tao)高頻表面(mian)淬火(huo)部位是內徑為180mm、外徑為220mm的圓環表面(mian)，即圖中的A面(mian)。采(cai)用(yong)連續加(jia)熱淬火(huo)方(fang)式，工件旋轉，感應(ying)器(qi)加(jia)熱并同時(shi)噴(pen)水冷卻。
感(gan)應器(qi)選擇：選用指型連續(xu)加熱淬(cui)火感(gan)應器(qi)，感(gan)應器(qi)有效加熱冷(leng)卻(que)長(chang)度(du)與A面寬(kuan)度(du)（即圓(yuan)環面寬(kuan)度(du)）相同，應為20mm,感(gan)應器(qi)加熱部(bu)分的寬(kuan)度(du)為7mm。
加熱溫度(du)：1080~1100℃。
工件總加熱時間(jian)約(yue)為(wei)135s(即(ji)工件旋轉一周(zhou)時間(jian)約(yue)為(wei)135s)
淬火冷卻：噴水冷卻。
回(hui)火：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果設(she)備功率足夠大，也可(ke)同時加(jia)熱淬火，采用圓環形平面(mian)感應器加(jia)熱，浸水冷(leng)卻。
采用(yong)同時(shi)(shi)加(jia)熱(re)(re)淬(cui)火(huo)方(fang)法可防(fang)止(zhi)采用(yong)連續(xu)加(jia)熱(re)(re)淬(cui)火(huo)方(fang)法時(shi)(shi)在(zai)淬(cui)火(huo)面(mian)頭尾銜(xian)接(jie)處(chu)的(de)軟(ruan)帶(dai)，但對感應(ying)器平行度的(de)要求更(geng)嚴(yan)格(ge)。平面(mian)感應(ying)加(jia)熱(re)(re)時(shi)(shi)，應(ying)注意(yi)防(fang)止(zhi)邊緣部分的(de)過熱(re)(re)和(he)裂紋，需要在(zai)選用(yong)和(he)制造(zao)感應(ying)器時(shi)(shi)予(yu)以考慮。
平衡套(tao)也是3Cr13馬(ma)氏(shi)體不銹鋼，所以，有關高(gao)頻(pin)表面淬火的(de)注意(yi)事項參照軸(zhou)套(tao)高(gao)頻(pin)表面淬火的(de)有關說明(ming)。
