零件名稱：不銹鋼活塞桿，見圖8-7。
材質：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)
熱處理要求：
a. 固溶時效處(chu)理(li)性能：Ra≥930N/m㎡;Ro3≥725N/mm2;A≥16%;Z≥50%;硬度(du)269~302HB。
b. 圖(tu)中Φ105mmx1600mm 處高頻表面感應淬火，硬度：45~50HRC;深度：1~1.5mm。
1. 零(ling)件常見(jian)的(de)失效形式及應具備(bei)的(de)性(xing)能
活塞桿(gan)在工(gong)作時(shi)，承受高頻率的(de)(de)返復(fu)拉壓(ya)應力，易(yi)產生疲勞斷裂(lie)；外表面與密封材料四氟乙烯(xi)進行快速(su)多次摩擦，一旦磨損嚴重，會(hui)引起介(jie)質泄(xie)漏；其(qi)使用在含H2S成(cheng)分的(de)(de)氣體介(jie)質中(zhong)，易(yi)遭受腐(fu)蝕。
因(yin)此(ci)，要求活(huo)塞桿(gan)具有(you)耐腐蝕性、有(you)較好的基體強(qiang)度及外表(biao)面(mian)的耐磨(mo)損性能。
2. 材料選用原(yuan)則及熱處理方法(fa)選擇
活塞桿選用馬氏體(ti)沉淀硬化(hua)不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)。該材(cai)料具有較好的(de)抗H2S腐蝕性能(neng)，可(ke)滿足(zu)使(shi)用需要。
0Cr17Ni4Cu4Nb經過(guo)固(gu)溶和時效處理，可以獲(huo)得要求的力(li)學性能(neng)(neng)，保證活(huo)塞桿的整體強度(du)。采用高頻表(biao)面感應(ying)淬(cui)火，可以保證工件表(biao)面的硬度(du)，從而提高耐磨(mo)性能(neng)(neng)和抗(kang)疲勞性能(neng)(neng)。
3. 零(ling)件主要加(jia)工工序
鍛造－過時效(xiao)處(chu)理（A)-粗加工－固(gu)溶處(chu)理（B)-機加工－時效(xiao)處(chu)理（C)-檢查(cha)性能－機加工－高(gao)頻表面淬(cui)火(huo)、回(hui)火(huo)（D)-磨加工－修(xiu)整－檢查(cha)。
4. 熱處理工(gong)藝分析及應注意問題
a. 過(guo)時效處理(li)
0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件(jian)經(jing)鍛造冷卻后，有較(jiao)(jiao)大(da)的(de)應力和(he)較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)硬度，不便于(yu)機械加工，組(zu)織中具有較(jiao)(jiao)大(da)的(de)合(he)金元素(su)(su)過(guo)飽(bao)和(he)度，看定性較(jiao)(jiao)差。所以，對鍛件(jian)應進行過(guo)時效處(chu)理(li)（即高(gao)于(yu)正常時效溫度的(de)時效處(chu)理(li)）。通過(guo)過(guo)時效處(chu)理(li)，基體(ti)中的(de)合(he)金元素(su)(su)充(chong)分出，析出質點長(chang)大(da)，使組(zu)織處(chu)于(yu)穩定狀態，鍛件(jian)硬度達到較(jiao)(jiao)低包度，應力基本消除，便于(yu)機械加工，并為固溶處(chu)理(li)作好(hao)組(zu)織準備。具體(ti)工藝見(jian)圖8-8。
經(jing)研究和實踐證(zheng)明(ming)，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在630~640℃時(shi)效(xiao)(xiao)，將獲得最低(di)(di)的硬度(du)，溫(wen)度(du)再提高(gao)，冷(leng)卻后(hou)(hou)的組織(zhi)中可能因產生(sheng)馬(ma)氏(shi)體組織(zhi)而(er)提高(gao)硬度(du)并降低(di)(di)了組織(zhi)穩定(ding)性。過(guo)時(shi)效(xiao)(xiao)的保(bao)溫(wen)時(shi)間應(ying)適當長一些，以保(bao)證(zheng)析出(chu)(chu)相充分(fen)析出(chu)(chu)。過(guo)時(shi)效(xiao)(xiao)處理可采用空冷(leng)。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經(jing)過(guo)過(guo)時(shi)效(xiao)(xiao)處理后(hou)(hou)，硬度(du)一般不大于280HB。
b. 固溶處理
固溶處理是馬氏體(ti)沉淀硬化不銹鋼(gang)強(qiang)化的重要環節。
0Cr17Ni4Cu4Nb 活塞桿(gan)固溶處理(li)工(gong)藝見(jian)圖8-9。將鋼(gang)(gang)(gang)加熱到(dao)1040℃時，鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)鉻(ge)、鎳(nie)、鈮、銅等(deng)合金元素充分地固溶在奧氏(shi)體(ti)基(ji)體(ti)中(zhong)，再以較快的(de)(de)速度冷(leng)(leng)卻，這些元素便以過飽和狀態保留在基(ji)體(ti)組織中(zhong)，在以后的(de)(de)時效(xiao)過程中(zhong)析(xi)出并(bing)使鋼(gang)(gang)(gang)得到(dao)強化。固溶處理(li)用水冷(leng)(leng)卻似乎(hu)更好(hao)一些，但曾發生過固溶水冷(leng)(leng)產生裂紋的(de)(de)事例，這個活塞桿(gan)的(de)(de)有效(xiao)截面(mian)不大，用油冷(leng)(leng)完(wan)全(quan)可以滿足要(yao)求。
c. 時(shi)效處理
時效處(chu)理(li)是(shi)(shi)馬氏體(ti)沉淀硬化(hua)(hua)不銹鋼強(qiang)化(hua)(hua)的(de)又一個(ge)關鍵工序。通(tong)過(guo)時效處(chu)理(li)，使在固溶(rong)處(chu)理(li)時過(guo)飽和(he)溶(rong)于(yu)奧氏體(ti)中的(de)合金元素，特別是(shi)(shi)銅、鈮以(yi)質點形式充分(fen)析出(chu)，使鋼得到強(qiang)化(hua)(hua)。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼，依據(ju)對(dui)強(qiang)度等級要求(qiu)的(de)不同，常(chang)有幾(ji)種不同的(de)時效溫(wen)度，根據(ju)活(huo)塞桿強(qiang)度和(he)力學性(xing)能的(de)要求(qiu)，采(cai)用610℃加熱(re)溫(wen)度是(shi)(shi)合適的(de)，一般時效的(de)保(bao)溫(wen)時間不低于(yu)4h,以(yi)保(bao)證析出(chu)相的(de)充分(fen)析出(chu)，達到最佳的(de)強(qiang)化(hua)(hua)效果。具體(ti)工藝見圖8-10。
這(zhe)里將固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)和(he)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)分開敘(xu)述(shu)，而沒有像馬(ma)氏體不銹鋼調質那樣(yang)，將淬火和(he)回火同時(shi)敘(xu)述(shu)，是(shi)想說明一(yi)(yi)個問(wen)(wen)題(ti)，對于馬(ma)氏體沉淀硬(ying)(ying)化不銹鋼，固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)直接(jie)進(jin)行時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)，還是(shi)固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)進(jin)行機(ji)加工再進(jin)行時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)，這(zhe)可(ke)根據(ju)零部(bu)件特征及要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)硬(ying)(ying)度來考慮。例如，如果要(yao)求(qiu)(qiu)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)強度等級高，即經固溶(rong)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度高，則(ze)最好在固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)具有較低(di)硬(ying)(ying)度的(de)(de)(de)(de)情況下進(jin)行機(ji)械加工，把大量(liang)的(de)(de)(de)(de)機(ji)械加工量(liang)完成(cheng)，在留有極(ji)少(shao)(shao)量(liang)的(de)(de)(de)(de)加工余(yu)量(liang)條件下進(jin)行時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)，因(yin)為時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)后(hou)硬(ying)(ying)度很高，難(nan)以進(jin)行大量(liang)的(de)(de)(de)(de)機(ji)械加工。若采(cai)用這(zhe)種程序，需(xu)注意的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個商題(ti)是(shi)，一(yi)(yi)旦(dan)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)性能達不到要(yao)求(qiu)(qiu)，則(ze)無法再重新進(jin)行固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)，因(yin)為加工余(yu)量(liang)少(shao)(shao)，滿足(zu)不了(le)固溶(rong)變形(xing)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)。解決(jue)這(zhe)種問(wen)(wen)題(ti)的(de)(de)(de)(de)辦法，可(ke)以在固溶(rong)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)對試件進(jin)行模擬時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)，先(xian)確認工件時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)性能水平。
另一(yi)種(zhong)情況是要求的時效處(chu)理后(hou)的強度(du)(du)等(deng)級較低，硬度(du)(du)低于(yu)固溶(rong)處(chu)理后(hou)的硬度(du)(du)，則可在(zai)工(gong)件固溶(rong)處(chu)理后(hou)直接進(jin)行(xing)(xing)時效處(chu)理，再(zai)進(jin)行(xing)(xing)機械加(jia)(jia)工(gong)，這不但能提(ti)高加(jia)(jia)工(gong)效率，而且(qie)還減(jian)少(shao)了冷熱(re)工(gong)序間的周轉次(ci)數，方(fang)便生產(chan)。如果采用這種(zhong)程序，最好在(zai)機械加(jia)(jia)工(gong)后(hou)進(jin)行(xing)(xing)一(yi)次(ci)低于(yu)時效溫度(du)(du)的消除應(ying)力處(chu)理。
d. 高(gao)頻表面淬火
活(huo)塞(sai)桿高頻表面淬火部(bu)位是(shi)在外圓表面，圖(tu)8-7所(suo)示(shi)的長(chang)度約1600mm的部(bu)位。采用連續加(jia)熱淬火方式。工件旋轉，感應器加(jia)熱并同時噴水(shui)冷卻。
感應(ying)器(qi)(qi)選(xuan)擇：選(xuan)用外圓(yuan)連續(xu)加熱淬火感應(ying)器(qi)(qi)。感應(ying)器(qi)(qi)內孔直徑為(wei)110mm,與工件外表面間隙2.5mm,感應(ying)器(qi)(qi)高度為(wei)7mm。
加熱溫(wen)度：1060~1080℃。
工(gong)件淬火長度總加熱(re)時間：460s(工(gong)件相對感(gan)應器移動速(su)度約為3.5mm/s).
工件旋轉(zhuan)速度：40~50r/min.
淬(cui)火冷卻：噴水冷卻。
回火：480℃,保溫(wen)2h,空冷。
活塞桿(gan)采用(yong)(yong)0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏(shi)體(ti)沉淀硬化不銹鋼(gang)，高頻表面淬火(huo)采用(yong)(yong)水冷卻不必擔心淬火(huo)裂紋，其原因參見3Cr13不銹鋼(gang)軸套高頻表面淬火(huo)相關內容(rong)。
活塞桿(gan)高頻表面淬火(huo)硬(ying)(ying)度檢查可用(yong)表面洛氏(shi)硬(ying)(ying)度計(ji)或里氏(shi)硬(ying)(ying)度計(ji)。如果還要檢查淬硬(ying)(ying)深(shen)度或金相組織，則應(ying)采用(yong)一定長(chang)度的與活塞桿(gan)淬火(huo)處外圓相同(tong)尺寸的試(shi)件，該(gai)試(shi)件應(ying)與實際工件進(jin)行相同(tong)的熱處理過程和相同(tong)的高頻淬火(huo)方(fang)法。
