零件名稱(cheng):不(bu)銹鋼平衡(heng)套,見(jian)圖(tu)8-4.


圖 4.jpg


材質(zhi):3Cr13不銹鋼


熱處理要求(qiu)。


   a. 調質硬度:241~285HB.


   b. Φ105內孔離(li)子滲氨(an)。硬度≥650HV;深度≥0.3mm.


   c. A面(mian)高(gao)頻感應加熱(re)淬火硬度,50~56HRC;深度1~1.5mm.



1. 零件(jian)常(chang)見的失效形式及(ji)應具(ju)備的性能


  平衡(heng)套是用以(yi)平衡(heng)軸向(xiang)力(li)的(de)(de)重要功能(neng)(neng)件,長期在180℃左右具有(you)一定腐蝕性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)水(shui)介質(zhi)中工作,內(nei)孔與(yu)軸套有(you)0.3mm的(de)(de)左右間隙,A面與(yu)平衡(heng)盤正常時有(you)0.06~0.07mm的(de)(de)間隙。在設(she)備啟動(dong)、停轉時,內(nei)孔及A面有(you)可能(neng)(neng)與(yu)對應(ying)件接觸而磨(mo)損,又有(you)高溫高速水(shui)流動(dong)沖刷,可能(neng)(neng)被沖蝕。一旦(dan)出現(xian)被磨(mo)損或沖蝕,將對設(she)備的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)產生(sheng)很(hen)大的(de)(de)影(ying)響。


  因此,除要求(qiu)平衡套有(you)(you)一定的耐腐(fu)蝕(shi)性(xing),一定的基(ji)體強度外,尤其要求(qiu)內孔及A面具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)高的耐磨損、耐沖刷性(xing)能,即應具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)高的硬度。



2. 材料選用(yong)原則及熱處理方法選擇


  平衡套采用3Cr13馬氏體不銹鋼(gang)鍛件。3Cr13 鋼(gang)具(ju)有(you)一定(ding)的(de)耐(nai)腐蝕性,可(ke)(ke)勝任在高溫水中的(de)工(gong)作。3Cr13鋼(gang)可(ke)(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調質處理提(ti)高整體強度,又可(ke)(ke)通(tong)過(guo)高頻表面(mian)感(gan)應淬(cui)火(huo)、離(li)子滲(shen)氮等表面(mian)熱處理方(fang)法(fa)提(ti)高表面(mian)硬(ying)度和耐(nai)磨性。Φ105mm內(nei)孔高頻表面(mian)淬(cui)火(huo)難度大,采用離(li)子滲(shen)氮,硬(ying)化層雖然(ran)較(jiao)薄(bo),但(dan)可(ke)(ke)滿足要(yao)求。而A面(mian)需要(yao)有(you)較(jiao)厚(hou)的(de)硬(ying)化層,且用高頻表面(mian)淬(cui)火(huo)方(fang)便可(ke)(ke)行,比離(li)子滲(shen)氮硬(ying)層厚(hou),故采用高頻表面(mian)淬(cui)火(huo)。通(tong)過(guo)上述熱處理手段,完全可(ke)(ke)以(yi)滿足工(gong)件的(de)使用功(gong)能要(yao)求。



3. 零(ling)件主要(yao)加工(gong)工(gong)序


 鍛造-退火(A)-粗加工-調質(B)-機加工-高溫時效(C)-加工(離子(zi)滲(shen)氮的內孔加工到尺寸,A表(biao)面(mian)留 0.2mm磨量(liang))-離子(zi)滲(shen)氮(D)-A面(mian)表(biao)面(mian)淬火、回火(E)-磨A面(mian)-清理(li)-檢查。



4. 熱(re)處理工藝(yi)分析及注意(yi)問題(ti)


  a. 退火


   見軸套退火


  b. 調質


   見軸套調質


  c. 高溫時效(xiao)


   高溫時(shi)效的目的是(shi)為了較(jiao)徹底地消除或(huo)減少以前各加工(gong)(gong)工(gong)(gong)序產生的應力,即保證零(ling)件滲(shen)氮(dan)前不(bu)存在較(jiao)大的應力,防(fang)止零(ling)件滲(shen)氮(dan)時(shi)產生變形,實質上,高溫時(shi)效是(shi)作為離子(zi)滲(shen)氮(dan)前的預(yu)處理工(gong)(gong)序。


   高溫時效工(gong)藝見圖8-5.


圖 5.jpg



  高(gao)溫(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的選(xuan)定(ding)原則是,低于(yu)(yu)調質回火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)以下20~40℃,高(gao)于(yu)(yu)離(li)子(zi)(zi)滲氨溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。根據平(ping)衡套零件的調質工(gong)藝和離(li)子(zi)(zi)滲氮(dan)工(gong)藝,確定(ding)高(gao)溫(wen)(wen)時效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)580~600℃,這樣,既可(ke)保持調質硬度(du)(du)(du)和強度(du)(du)(du)基本不變,還可(ke)使零件具(ju)有(you)保證離(li)子(zi)(zi)滲氨時無殘余(yu)應(ying)力的基本要求。


  高溫(wen)時(shi)效(xiao)采用(yong)爐冷(leng)至400℃以(yi)下出爐,以(yi)盡(jin)量減少零(ling)件產(chan)生(sheng)新的應力。


 d. 離(li)子滲氮(dan)


 該平衡套(tao)用100kV離子滲氮爐處(chu)理(li),爐的有效(xiao)空(kong)間(jian)約(yue)為ф600x1200(mm).


 滲氮溫度(du)(du)選定(ding)為(wei)540~560℃,這個溫度(du)(du)是3Cr13馬氏(shi)體不銹鋼可滲氮的(de)(de)中下限溫度(du)(du),主(zhu)要考慮了平衡套根據調質回火溫度(du)(du)確(que)定(ding)的(de)(de)高(gao)溫時效(xiao)溫度(du)(du)為(wei)580~560℃,離子(zi)滲氮溫度(du)(du)應低于(yu)高(gao)溫時效(xiao)溫度(du)(du)。具體工藝見圖8-6。


圖 6.jpg



 3Cr13不銹鋼屬于高(gao)合金元素材(cai)料(liao),滲氮速(su)度偏慢(man),所以,應采用(yong)較長的保溫時間。


  平衡套(tao)屬薄(bo)壁易(yi)變形件(jian),應(ying)適當控制升(sheng)溫(wen)、降溫(wen)速度和出爐(lu)溫(wen)度,以(yi)保證(zheng)零件(jian)具(ju)有較小的(de)應(ying)力和滲氨時(shi)的(de)較小變形度。低于100℃出爐(lu),還(huan)可(ke)保證(zheng)零件(jian)表面(mian)不出現氧化而呈銀白色。


  在實(shi)際操作中,控(kong)制為較小的電(dian)流和電(dian)壓,實(shi)現較慢的升溫速度。


  根據使用設備的容積及實際裝(zhuang)爐量、工件有(you)效表(biao)面積等因素,采用0.3m/h的氨氣供給量。


  該平衡套滲氮內(nei)孔為Φ105mm,高度為115mm,如此徑高比(bi)的內(nei)孔滲氮不必在孔內(nei)施(shi)加輔助陽極,也可獲得(de)滿意的滲氮效果。


  該零件的設(she)計(ji)條件只(zhi)要求(qiu)內(nei)孔(kong)(kong)離(li)子滲氮(dan),但(dan)只(zhi)內(nei)孔(kong)(kong)滲氮(dan)時,大量非滲氮(dan)面(mian)需屏蔽或采取(qu)其他防滲氮(dan)措施(shi),不僅增加了(le)操(cao)作的復(fu)雜性(xing),還增加了(le)處理成本。而其他面(mian)離(li)子滲氮(dan)對使用并無不利(li)影響,只(zhi)是(shi)在(zai)冷加工工藝上(shang)適當考慮(lv)即可(ke)。經設(she)計(ji)人員同意,實際滲氮(dan)時是(shi)全部滲氮(dan)。


  設計要求高(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)感應淬(cui)火(huo)的(de)(de)(de)(de)A面(mian),經離子(zi)滲(shen)(shen)(shen)氮后(hou)再(zai)進(jin)行(xing)高(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)加熱淬(cui)火(huo),不但對高(gao)頻(pin)處(chu)(chu)理效果和(he)質量(liang)無不利影響,反而有積極的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong),因為工件表(biao)面(mian)滲(shen)(shen)(shen)氮后(hou),表(biao)面(mian)富集了(le)高(gao)濃度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)氮元素(su),經高(gao)頻(pin)加熱淬(cui)火(huo)后(hou),獲(huo)得富氮的(de)(de)(de)(de)馬氏體組織,使馬氏體更(geng)均勻、更(geng)細,具有更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du),對提高(gao)使用(yong)功(gong)能(neng)更(geng)有利。先離子(zi)滲(shen)(shen)(shen)氮再(zai)高(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)加熱淬(cui)火(huo),這是常采用(yong)的(de)(de)(de)(de)所(suo)謂“表(biao)面(mian)復(fu)合(he)熱處(chu)(chu)理”的(de)(de)(de)(de)方法之一(yi)。


  平(ping)衡套離子(zi)滲氮后的硬度檢查可(ke)以在工件可(ke)檢面上進行(xing),也可(ke)用同(tong)材質、同(tong)狀(zhuang)態(tai)、同(tong)爐(lu)處理(li)的試(shi)塊(kuai)進行(xing)。如果(guo)檢查滲氮深度或金(jin)相組織,則必須在同(tong)爐(lu)試(shi)塊(kuai)上進行(xing)。


  離(li)子滲氮滲層較(jiao)淺(qian),進行硬度(du)檢驗時應采用負荷不大于9.8N的(de)硬度(du)檢測設備。


 e. 高頻表面淬火


 平衡套高頻表(biao)面(mian)(mian)淬火(huo)(huo)部位是內徑為(wei)180mm、外徑為(wei)220mm的圓環表(biao)面(mian)(mian),即圖(tu)中的A面(mian)(mian)。采(cai)用連續加(jia)熱淬火(huo)(huo)方式(shi),工(gong)件(jian)旋(xuan)轉(zhuan),感(gan)應器加(jia)熱并(bing)同時噴水冷卻。


 感應器選擇:選用指型(xing)連續加熱(re)淬火感應器,感應器有效(xiao)加熱(re)冷卻長(chang)度(du)與A面(mian)寬度(du)(即(ji)圓環面(mian)寬度(du))相同,應為(wei)(wei)20mm,感應器加熱(re)部(bu)分的寬度(du)為(wei)(wei)7mm。


 加熱(re)溫度:1080~1100℃。


 工件總加熱時間(jian)約(yue)為(wei)135s(即(ji)工件旋轉一(yi)周時間(jian)約(yue)為(wei)135s)


 淬火冷(leng)卻(que):噴水冷(leng)卻(que)。


 回火:200~240℃,保溫1~1.5h.


 如果設(she)備(bei)功率足(zu)夠大,也可同時加熱淬火,采用圓環形平面感應器加熱,浸水冷卻。


 采用同(tong)時加(jia)熱淬火方法可防止(zhi)采用連續加(jia)熱淬火方法時在淬火面(mian)頭尾銜(xian)接處(chu)的(de)軟帶,但對感應器平行度的(de)要求更嚴格。平面(mian)感應加(jia)熱時,應注意防止(zhi)邊緣部分的(de)過熱和裂(lie)紋,需(xu)要在選(xuan)用和制造感應器時予以考慮。


 平衡套(tao)(tao)也是(shi)3Cr13馬氏體不銹鋼,所以,有(you)關(guan)高(gao)頻(pin)表面淬(cui)火(huo)的注(zhu)意事項參(can)照軸(zhou)套(tao)(tao)高(gao)頻(pin)表面淬(cui)火(huo)的有(you)關(guan)說明。