零(ling)件名稱：不銹鋼平衡套(tao)，見(jian)圖8-4.
材(cai)質：3Cr13不銹鋼(gang)
熱處理要求。
a. 調質硬度：241~285HB.
b. Φ105內孔離子滲氨(an)。硬度≥650HV;深度≥0.3mm.
c. A面(mian)高頻感應加熱淬火硬度，50~56HRC;深度1~1.5mm.
1. 零件常(chang)見的失效形(xing)式及應具備的性能
平衡套(tao)(tao)是用以平衡軸向力的重要功能(neng)(neng)件，長期在180℃左右具有(you)一(yi)定腐蝕(shi)性能(neng)(neng)的水(shui)介(jie)質中工作，內(nei)孔與(yu)軸套(tao)(tao)有(you)0.3mm的左右間隙，A面與(yu)平衡盤正(zheng)常時有(you)0.06~0.07mm的間隙。在設(she)備(bei)啟(qi)動(dong)、停轉時，內(nei)孔及(ji)A面有(you)可(ke)能(neng)(neng)與(yu)對(dui)應件接觸而磨損，又有(you)高溫高速(su)水(shui)流動(dong)沖(chong)刷，可(ke)能(neng)(neng)被(bei)沖(chong)蝕(shi)。一(yi)旦出(chu)現被(bei)磨損或(huo)沖(chong)蝕(shi)，將對(dui)設(she)備(bei)的性能(neng)(neng)產生很(hen)大的影響。
因此，除要(yao)求平(ping)衡套(tao)有一定的耐腐蝕性，一定的基體(ti)強(qiang)度外，尤(you)其(qi)要(yao)求內孔(kong)及A面具有較高的耐磨損、耐沖刷性能，即應具有較高的硬度。
2. 材料選(xuan)用原則及(ji)熱處理(li)方法(fa)選(xuan)擇
平衡套采用(yong)(yong)(yong)3Cr13馬氏(shi)體不銹鋼鍛件。3Cr13 鋼具有一定的(de)(de)耐腐蝕(shi)性，可(ke)(ke)(ke)勝任在高(gao)溫(wen)水中的(de)(de)工(gong)作。3Cr13鋼可(ke)(ke)(ke)以(yi)通過(guo)(guo)調質處理(li)(li)提(ti)高(gao)整體強度(du)，又可(ke)(ke)(ke)通過(guo)(guo)高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)感應淬(cui)火(huo)、離子滲(shen)氮等表面(mian)(mian)(mian)熱處理(li)(li)方(fang)法提(ti)高(gao)表面(mian)(mian)(mian)硬(ying)度(du)和耐磨性。Φ105mm內孔高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)淬(cui)火(huo)難度(du)大，采用(yong)(yong)(yong)離子滲(shen)氮，硬(ying)化(hua)層雖(sui)然較(jiao)(jiao)薄，但可(ke)(ke)(ke)滿足(zu)要求(qiu)。而A面(mian)(mian)(mian)需要有較(jiao)(jiao)厚(hou)的(de)(de)硬(ying)化(hua)層，且用(yong)(yong)(yong)高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)淬(cui)火(huo)方(fang)便(bian)可(ke)(ke)(ke)行(xing)，比離子滲(shen)氮硬(ying)層厚(hou)，故采用(yong)(yong)(yong)高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)淬(cui)火(huo)。通過(guo)(guo)上述(shu)熱處理(li)(li)手(shou)段，完全可(ke)(ke)(ke)以(yi)滿足(zu)工(gong)件的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)功能要求(qiu)。
3. 零件主要加工(gong)工(gong)序
鍛造－退火（A)-粗加(jia)工(gong)－調質（B)-機(ji)加(jia)工(gong)－高溫時效（C)-加(jia)工(gong)（離子滲(shen)(shen)氮(dan)的內孔加(jia)工(gong)到尺(chi)寸，A表(biao)面(mian)留 0.2mm磨(mo)量）－離子滲(shen)(shen)氮(dan)（D)-A面(mian)表(biao)面(mian)淬火、回火（E)-磨(mo)A面(mian)－清理－檢查。
4. 熱處理工藝(yi)分(fen)析(xi)及注意問題
a. 退火
見軸套(tao)退火
b. 調質
見軸(zhou)套(tao)調質
c. 高溫(wen)時(shi)效(xiao)
高溫時(shi)效的目的是(shi)為(wei)了較(jiao)(jiao)徹(che)底地消除或減少以前各(ge)加工工序產生的應(ying)力，即保證(zheng)零(ling)件(jian)滲(shen)氮前不(bu)存在較(jiao)(jiao)大的應(ying)力，防止零(ling)件(jian)滲(shen)氮時(shi)產生變(bian)形，實質上(shang)，高溫時(shi)效是(shi)作為(wei)離子滲(shen)氮前的預(yu)處理工序。
高溫時效工藝見圖8-5.
高(gao)(gao)溫(wen)(wen)時(shi)效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的選定(ding)原則是(shi)，低于調(diao)質(zhi)回火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)以下(xia)20~40℃,高(gao)(gao)于離子(zi)滲氨溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。根據平衡套零件的調(diao)質(zhi)工藝和離子(zi)滲氮(dan)工藝，確定(ding)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)時(shi)效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為580~600℃,這(zhe)樣，既可保(bao)持調(diao)質(zhi)硬度(du)(du)(du)和強度(du)(du)(du)基(ji)本不變(bian)，還可使零件具有保(bao)證離子(zi)滲氨時(shi)無殘(can)余應力(li)的基(ji)本要求。
高溫時(shi)效(xiao)采用爐冷至(zhi)400℃以下出爐，以盡量(liang)減(jian)少零件產(chan)生新的應(ying)力(li)。
d. 離子滲(shen)氮
該(gai)平衡套用100kV離子滲氮爐(lu)處理，爐(lu)的(de)有效(xiao)空間約為(wei)ф600x1200(mm).
滲氮溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)選定為540~560℃,這個(ge)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)是3Cr13馬(ma)氏體(ti)不銹鋼(gang)可(ke)滲氮的中下限溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)，主要(yao)考慮了(le)平衡套根據調(diao)質(zhi)回(hui)火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)確定的高(gao)溫(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為580~560℃,離子滲氮溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)應低于高(gao)溫(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。具體(ti)工藝見(jian)圖(tu)8-6。
3Cr13不銹鋼屬(shu)于高合金元(yuan)素材料，滲氮速度偏(pian)慢，所以，應采用(yong)較長(chang)的保溫時間。
平衡套(tao)屬薄(bo)壁易(yi)變(bian)形件(jian)，應(ying)適當(dang)控制升溫(wen)、降溫(wen)速度(du)和出爐溫(wen)度(du)，以(yi)保證(zheng)零件(jian)具有較小的應(ying)力(li)和滲(shen)氨時(shi)的較小變(bian)形度(du)。低于100℃出爐，還可保證(zheng)零件(jian)表面不(bu)出現氧化(hua)而呈銀白色(se)。
在實際操作(zuo)中，控制(zhi)為較(jiao)小的(de)電流(liu)和(he)電壓(ya)，實現較(jiao)慢的(de)升溫速度(du)。
根據使用設備的容(rong)積(ji)及實際裝爐量、工件(jian)有效(xiao)表面積(ji)等因素，采(cai)用0.3m/h的氨氣供給量。
該(gai)平(ping)衡套滲氮(dan)內(nei)孔(kong)為Φ105mm,高度為115mm,如(ru)此(ci)徑高比(bi)的(de)內(nei)孔(kong)滲氮(dan)不必在孔(kong)內(nei)施加(jia)輔助(zhu)陽(yang)極，也可(ke)獲得滿意的(de)滲氮(dan)效果。
該零件(jian)的設計(ji)(ji)條件(jian)只要(yao)求內(nei)孔離子滲(shen)氮(dan)，但(dan)只內(nei)孔滲(shen)氮(dan)時(shi)，大量非滲(shen)氮(dan)面需屏蔽或采取(qu)其他防滲(shen)氮(dan)措施，不僅(jin)增加了(le)操(cao)作(zuo)的復雜性，還增加了(le)處理成本。而其他面離子滲(shen)氮(dan)對使用并無不利影響(xiang)，只是在冷加工工藝(yi)上適當(dang)考慮即可。經設計(ji)(ji)人員同意(yi)，實際滲(shen)氮(dan)時(shi)是全部(bu)滲(shen)氮(dan)。
設(she)計要求高頻(pin)(pin)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)感(gan)應淬(cui)(cui)火(huo)的A面(mian)(mian)(mian)(mian)，經(jing)離子滲(shen)氮(dan)(dan)后再(zai)進行高頻(pin)(pin)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)加熱淬(cui)(cui)火(huo)，不(bu)(bu)但對(dui)高頻(pin)(pin)處理效果和質量無(wu)不(bu)(bu)利影響，反(fan)而有積極(ji)的作(zuo)用，因為工件表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)滲(shen)氮(dan)(dan)后，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)富集了高濃度(du)的氮(dan)(dan)元素，經(jing)高頻(pin)(pin)加熱淬(cui)(cui)火(huo)后，獲得(de)富氮(dan)(dan)的馬氏體組織(zhi)，使馬氏體更均勻、更細，具(ju)有更高的硬度(du)，對(dui)提高使用功(gong)能更有利。先離子滲(shen)氮(dan)(dan)再(zai)高頻(pin)(pin)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)加熱淬(cui)(cui)火(huo)，這是常采用的所謂“表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)復合熱處理”的方法之一。
平(ping)衡套離子(zi)滲(shen)氮后的硬度檢查(cha)可(ke)以在(zai)(zai)工件可(ke)檢面(mian)上進行(xing)(xing)，也可(ke)用同(tong)材質、同(tong)狀態、同(tong)爐處理的試(shi)塊(kuai)進行(xing)(xing)。如果檢查(cha)滲(shen)氮深度或(huo)金相組(zu)織，則必(bi)須在(zai)(zai)同(tong)爐試(shi)塊(kuai)上進行(xing)(xing)。
離子(zi)滲氮滲層(ceng)較淺，進行硬度檢驗時應采用負(fu)荷不(bu)大于9.8N的硬度檢測設備。
e. 高頻表面淬(cui)火
平衡套高頻表(biao)面淬(cui)火部位是內(nei)徑(jing)為180mm、外徑(jing)為220mm的(de)圓環表(biao)面，即圖中(zhong)的(de)A面。采用連(lian)續加(jia)熱淬(cui)火方式，工件(jian)旋轉(zhuan)，感應器加(jia)熱并同時(shi)噴水冷卻。
感(gan)(gan)應(ying)器(qi)選(xuan)擇：選(xuan)用(yong)指型連續加(jia)熱淬火感(gan)(gan)應(ying)器(qi)，感(gan)(gan)應(ying)器(qi)有效加(jia)熱冷卻長(chang)度(du)與A面(mian)寬度(du)（即(ji)圓環面(mian)寬度(du)）相同(tong)，應(ying)為(wei)20mm,感(gan)(gan)應(ying)器(qi)加(jia)熱部(bu)分的寬度(du)為(wei)7mm。
加熱溫(wen)度：1080~1100℃。
工(gong)件總加熱時間約(yue)為135s(即工(gong)件旋(xuan)轉一周時間約(yue)為135s)
淬火冷卻：噴(pen)水冷卻。
回火：200~240℃,保溫(wen)1~1.5h.
如(ru)果設備功率足夠大，也可同時加(jia)熱淬火，采(cai)用(yong)圓(yuan)環形(xing)平面感應(ying)器加(jia)熱，浸(jin)水冷卻。
采用同時(shi)加(jia)熱(re)(re)淬(cui)火方法可防(fang)止采用連(lian)續(xu)加(jia)熱(re)(re)淬(cui)火方法時(shi)在淬(cui)火面(mian)頭尾銜接處的(de)軟帶，但對感(gan)應器平行度的(de)要求更嚴格(ge)。平面(mian)感(gan)應加(jia)熱(re)(re)時(shi)，應注意(yi)防(fang)止邊(bian)緣部(bu)分的(de)過熱(re)(re)和(he)裂(lie)紋，需(xu)要在選用和(he)制造感(gan)應器時(shi)予以考慮。
平衡(heng)套(tao)也(ye)是3Cr13馬氏(shi)體不(bu)銹鋼，所以，有(you)關(guan)高頻(pin)表面(mian)淬火的注(zhu)意事項參照軸套(tao)高頻(pin)表面(mian)淬火的有(you)關(guan)說(shuo)明。
