零件名稱：不銹鋼活塞桿，見圖8-7。
材質：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)
熱處理要求(qiu)：
a. 固溶(rong)時效處理(li)性能(neng)：Ra≥930N/m㎡;Ro3≥725N/mm2;A≥16%;Z≥50%;硬度269~302HB。
b. 圖中Φ105mmx1600mm 處(chu)高頻(pin)表(biao)面感應淬(cui)火，硬(ying)度：45~50HRC;深度：1~1.5mm。
1. 零件常見的失效形式及應具備的性能
活(huo)塞(sai)桿在工作時，承受(shou)高(gao)頻率(lv)的返復拉壓應力，易產生疲勞斷裂；外表面與密封材料四氟(fu)乙烯進(jin)行快速多(duo)次摩擦，一旦磨損(sun)嚴重(zhong)，會引(yin)起介質(zhi)泄漏；其使用(yong)在含H2S成分(fen)的氣體介質(zhi)中，易遭受(shou)腐蝕。
因此，要求活塞桿具有耐腐蝕性、有較好的(de)基體強度及外表面的(de)耐磨(mo)損(sun)性能。
2. 材(cai)料選用原則及(ji)熱處理方法選擇
活(huo)塞桿選(xuan)用馬氏體沉(chen)淀(dian)硬化不(bu)銹鋼(gang)0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)。該(gai)材料具有(you)較好(hao)的(de)抗H2S腐蝕性能，可滿足使(shi)用需要。
0Cr17Ni4Cu4Nb經過固溶(rong)和(he)時效處理，可(ke)以獲得(de)要(yao)求的力學(xue)性(xing)(xing)能，保證活塞桿的整體強度。采用高頻表面(mian)感應淬火，可(ke)以保證工件表面(mian)的硬度，從而提高耐(nai)磨性(xing)(xing)能和(he)抗(kang)疲勞性(xing)(xing)能。
3. 零件主要加工(gong)工(gong)序
鍛(duan)造－過時效(xiao)處理(li)（A)-粗(cu)加工－固溶處理(li)（B)-機加工－時效(xiao)處理(li)（C)-檢(jian)查性能(neng)－機加工－高頻表(biao)面淬火、回火（D)-磨加工－修(xiu)整－檢(jian)查。
4. 熱(re)處理工藝(yi)分(fen)析及應注意問題
a. 過時(shi)效(xiao)處理
0Cr17Ni4Cu4Nb鍛(duan)件經鍛(duan)造(zao)冷(leng)卻后，有較(jiao)大(da)的應(ying)力和較(jiao)高的硬度，不便于(yu)機(ji)械(xie)加工(gong)，組織(zhi)中具有較(jiao)大(da)的合金元素過飽(bao)和度，看定(ding)性(xing)較(jiao)差。所以，對鍛(duan)件應(ying)進(jin)行過時效(xiao)處理(li)（即高于(yu)正常時效(xiao)溫(wen)度的時效(xiao)處理(li)）。通過過時效(xiao)處理(li)，基體(ti)中的合金元素充分出，析(xi)出質點(dian)長大(da)，使(shi)組織(zhi)處于(yu)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態，鍛(duan)件硬度達到(dao)較(jiao)低(di)包度，應(ying)力基本消除，便于(yu)機(ji)械(xie)加工(gong)，并為固溶(rong)處理(li)作好(hao)組織(zhi)準備。具體(ti)工(gong)藝見圖8-8。
經研究和實踐證明，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在630~640℃時(shi)(shi)效(xiao)，將獲得最低(di)的硬(ying)度，溫(wen)度再提(ti)高，冷卻后的組織中可(ke)能(neng)因產生馬氏體組織而提(ti)高硬(ying)度并降低(di)了組織穩定性。過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)的保溫(wen)時(shi)(shi)間(jian)應(ying)適當長一(yi)些，以保證析(xi)出(chu)相充(chong)分析(xi)出(chu)。過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)處理可(ke)采用空冷。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛(duan)件經過(guo)過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)處理后，硬(ying)度一(yi)般不大于(yu)280HB。
b. 固溶處(chu)理
固溶(rong)處理是馬(ma)氏(shi)體沉(chen)淀(dian)硬化不銹鋼強化的重要(yao)環節。
0Cr17Ni4Cu4Nb 活(huo)塞桿固(gu)溶處(chu)(chu)理(li)工藝見圖8-9。將鋼(gang)加熱到1040℃時，鋼(gang)中(zhong)的(de)鉻、鎳、鈮、銅等合金(jin)元素充分地固(gu)溶在(zai)奧氏體基(ji)體中(zhong)，再(zai)以(yi)較快的(de)速(su)度冷(leng)卻，這(zhe)些元素便以(yi)過飽(bao)和狀態(tai)保留在(zai)基(ji)體組織中(zhong)，在(zai)以(yi)后的(de)時效(xiao)過程中(zhong)析出并使(shi)鋼(gang)得到強化。固(gu)溶處(chu)(chu)理(li)用(yong)水冷(leng)卻似(si)乎更(geng)好一些，但(dan)曾(ceng)發生過固(gu)溶水冷(leng)產(chan)生裂紋的(de)事例，這(zhe)個活(huo)塞桿的(de)有效(xiao)截面不大，用(yong)油(you)冷(leng)完全可以(yi)滿足(zu)要求(qiu)。
c. 時效處理(li)
時(shi)(shi)效處(chu)理是馬氏(shi)體(ti)沉淀硬化(hua)不(bu)銹鋼(gang)強化(hua)的又一(yi)個關(guan)鍵工(gong)序。通(tong)過(guo)時(shi)(shi)效處(chu)理，使在固溶處(chu)理時(shi)(shi)過(guo)飽和溶于奧氏(shi)體(ti)中的合金元素，特(te)別是銅(tong)、鈮以質點形式充分(fen)析出(chu)(chu)(chu)，使鋼(gang)得到強化(hua)。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼(gang)，依據(ju)對強度等級要(yao)求的不(bu)同，常有幾種不(bu)同的時(shi)(shi)效溫(wen)度，根(gen)據(ju)活塞桿強度和力(li)學性能(neng)的要(yao)求，采用(yong)610℃加(jia)熱溫(wen)度是合適的，一(yi)般時(shi)(shi)效的保溫(wen)時(shi)(shi)間不(bu)低于4h,以保證析出(chu)(chu)(chu)相的充分(fen)析出(chu)(chu)(chu)，達到最(zui)佳的強化(hua)效果(guo)。具體(ti)工(gong)藝見圖8-10。
這(zhe)里將固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)和時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)分開敘述，而沒有(you)像馬氏體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)調質那樣(yang)，將淬火和回火同時(shi)敘述，是想說明一(yi)個問題(ti)(ti)，對于(yu)馬氏體沉淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)，固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)直接(jie)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，還是固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)加工(gong)再(zai)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，這(zhe)可(ke)根據零部件特征及要求的(de)(de)(de)(de)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)硬(ying)度(du)(du)來考(kao)慮。例如，如果要求時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)等(deng)級(ji)高，即經固溶(rong)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)(du)高，則(ze)最好在(zai)(zai)固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)具有(you)較低(di)硬(ying)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)情況下(xia)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)械(xie)(xie)加工(gong)，把大量的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)(xie)加工(gong)量完成，在(zai)(zai)留有(you)極少量的(de)(de)(de)(de)加工(gong)余(yu)量條(tiao)件下(xia)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，因為時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)后(hou)(hou)硬(ying)度(du)(du)很高，難以進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)大量的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)(xie)加工(gong)。若采用這(zhe)種程序，需注意(yi)的(de)(de)(de)(de)一(yi)個商(shang)題(ti)(ti)是，一(yi)旦時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)性能達(da)不(bu)(bu)(bu)到要求，則(ze)無法(fa)(fa)再(zai)重新進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，因為加工(gong)余(yu)量少，滿(man)足不(bu)(bu)(bu)了(le)固溶(rong)變形的(de)(de)(de)(de)要求。解決這(zhe)種問題(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)辦(ban)法(fa)(fa)，可(ke)以在(zai)(zai)固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)對試件進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)模擬時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，先(xian)確認工(gong)件時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)性能水平。
另一(yi)種情況是要求的(de)(de)時效(xiao)處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)強度(du)等級(ji)較低，硬(ying)度(du)低于固溶(rong)處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)硬(ying)度(du)，則可在工件(jian)固溶(rong)處(chu)理(li)后(hou)直接進(jin)(jin)行時效(xiao)處(chu)理(li)，再(zai)進(jin)(jin)行機械加工，這不但(dan)能提高加工效(xiao)率，而且(qie)還減少了冷(leng)熱工序間(jian)的(de)(de)周轉次數，方便生產(chan)。如果(guo)采用這種程(cheng)序，最好在機械加工后(hou)進(jin)(jin)行一(yi)次低于時效(xiao)溫度(du)的(de)(de)消(xiao)除應力處(chu)理(li)。
d. 高頻(pin)表面淬火
活塞桿高頻表(biao)面(mian)淬(cui)(cui)火部位是(shi)在外圓表(biao)面(mian)，圖8-7所示的(de)長度(du)約1600mm的(de)部位。采用連續加熱淬(cui)(cui)火方式。工件旋轉，感應器加熱并同(tong)時噴水冷卻(que)。
感(gan)(gan)應(ying)器(qi)選擇：選用外圓連(lian)續(xu)加熱淬火感(gan)(gan)應(ying)器(qi)。感(gan)(gan)應(ying)器(qi)內孔直徑為(wei)110mm,與工件外表面間隙2.5mm,感(gan)(gan)應(ying)器(qi)高度為(wei)7mm。
加熱溫度：1060~1080℃。
工件淬(cui)火長度(du)總加熱時(shi)間(jian)：460s(工件相對感(gan)應器移動(dong)速度(du)約為(wei)3.5mm/s).
工(gong)件旋轉速度：40~50r/min.
淬火冷卻：噴水冷卻。
回(hui)火：480℃,保(bao)溫2h,空冷。
活塞桿(gan)采用(yong)0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏(shi)體(ti)沉(chen)淀硬化不(bu)銹鋼，高頻表(biao)面淬火(huo)采用(yong)水(shui)冷卻不(bu)必擔心淬火(huo)裂紋(wen)，其原因參見(jian)3Cr13不(bu)銹鋼軸套高頻表(biao)面淬火(huo)相關(guan)內容(rong)。
活(huo)塞桿(gan)高頻表(biao)(biao)面(mian)淬火硬度檢查可用(yong)表(biao)(biao)面(mian)洛氏硬度計(ji)或(huo)里氏硬度計(ji)。如果還要檢查淬硬深度或(huo)金相(xiang)組織，則應采(cai)用(yong)一定長度的與(yu)活(huo)塞桿(gan)淬火處(chu)外圓相(xiang)同(tong)尺寸的試件，該試件應與(yu)實際工件進行(xing)相(xiang)同(tong)的熱處(chu)理過程和相(xiang)同(tong)的高頻淬火方法。
