零(ling)件(jian)名稱：不(bu)銹鋼平衡套，見圖8-4.
材質(zhi)：3Cr13不銹鋼(gang)
熱處理(li)要求。
a. 調質硬(ying)度(du)：241~285HB.
b. Φ105內孔離(li)子(zi)滲氨。硬度≥650HV;深度≥0.3mm.
c. A面高頻感應加熱(re)淬(cui)火硬度(du)，50~56HRC;深度(du)1~1.5mm.
1. 零件常(chang)見(jian)的(de)失效形式(shi)及應具(ju)備的(de)性能
平(ping)衡(heng)套(tao)是用以平(ping)衡(heng)軸向力的重要(yao)功(gong)能(neng)件，長期在(zai)180℃左(zuo)右(you)具有(you)一(yi)(yi)定腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)的水介質中(zhong)工作，內孔與(yu)軸套(tao)有(you)0.3mm的左(zuo)右(you)間(jian)隙(xi)，A面與(yu)平(ping)衡(heng)盤正常(chang)時(shi)(shi)有(you)0.06~0.07mm的間(jian)隙(xi)。在(zai)設備啟(qi)動(dong)、停轉時(shi)(shi)，內孔及(ji)A面有(you)可能(neng)與(yu)對應件接(jie)觸而磨(mo)損(sun)，又有(you)高溫高速(su)水流動(dong)沖刷(shua)，可能(neng)被沖蝕。一(yi)(yi)旦出現(xian)被磨(mo)損(sun)或(huo)沖蝕，將對設備的性(xing)(xing)能(neng)產生很大(da)的影響。
因此，除要(yao)求(qiu)平(ping)衡套(tao)有(you)一定(ding)的耐腐蝕性(xing)，一定(ding)的基體強度(du)外，尤(you)其(qi)要(yao)求(qiu)內孔及A面具(ju)有(you)較高(gao)(gao)的耐磨損、耐沖刷性(xing)能(neng)，即應具(ju)有(you)較高(gao)(gao)的硬度(du)。
2. 材料選用(yong)原則及熱處理方法選擇
平衡套采用3Cr13馬氏體不銹鋼鍛件。3Cr13 鋼具有一定的(de)(de)耐腐蝕(shi)性(xing)，可勝任(ren)在高(gao)(gao)溫水中的(de)(de)工作。3Cr13鋼可以(yi)通過調質處理(li)提高(gao)(gao)整體強(qiang)度(du)，又可通過高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)感應(ying)淬火(huo)(huo)、離(li)(li)子(zi)滲(shen)氮等(deng)表(biao)面(mian)熱(re)處理(li)方法(fa)提高(gao)(gao)表(biao)面(mian)硬(ying)度(du)和(he)耐磨性(xing)。Φ105mm內孔高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)淬火(huo)(huo)難度(du)大(da)，采用離(li)(li)子(zi)滲(shen)氮，硬(ying)化(hua)層雖然較薄，但可滿足要(yao)(yao)求。而(er)A面(mian)需要(yao)(yao)有較厚(hou)(hou)的(de)(de)硬(ying)化(hua)層，且用高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)淬火(huo)(huo)方便可行(xing)，比離(li)(li)子(zi)滲(shen)氮硬(ying)層厚(hou)(hou)，故采用高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)淬火(huo)(huo)。通過上述熱(re)處理(li)手段，完全(quan)可以(yi)滿足工件的(de)(de)使用功(gong)能要(yao)(yao)求。
3. 零(ling)件(jian)主要(yao)加工工序
鍛造(zao)－退火（A)-粗加(jia)工－調(diao)質（B)-機加(jia)工－高溫時(shi)效（C)-加(jia)工（離(li)子(zi)滲(shen)氮(dan)的(de)內孔(kong)加(jia)工到尺寸，A表面留(liu) 0.2mm磨(mo)量）－離(li)子(zi)滲(shen)氮(dan)（D)-A面表面淬火、回火（E)-磨(mo)A面－清理(li)－檢查(cha)。
4. 熱處理工藝(yi)分析及注意(yi)問題
a. 退火
見軸套退(tui)火(huo)
b. 調質
見軸(zhou)套調(diao)質
c. 高溫時(shi)效
高溫時(shi)效的(de)(de)目的(de)(de)是為(wei)了較(jiao)徹底地消(xiao)除(chu)或減少以前各加(jia)工工序(xu)產(chan)生的(de)(de)應力，即(ji)保(bao)證零(ling)件滲(shen)氮(dan)(dan)前不(bu)存(cun)在較(jiao)大的(de)(de)應力，防止零(ling)件滲(shen)氮(dan)(dan)時(shi)產(chan)生變形，實質上，高溫時(shi)效是作為(wei)離子滲(shen)氮(dan)(dan)前的(de)(de)預處理工序(xu)。
高溫時(shi)效工藝(yi)見(jian)圖8-5.
高溫(wen)時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)選定(ding)原(yuan)則是(shi)，低(di)于調(diao)質(zhi)回火(huo)溫(wen)度(du)(du)以下20~40℃,高于離(li)(li)子滲(shen)氨溫(wen)度(du)(du)。根據(ju)平衡套零(ling)件的(de)(de)(de)調(diao)質(zhi)工藝和(he)(he)離(li)(li)子滲(shen)氮工藝，確定(ding)高溫(wen)時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)為580~600℃,這樣，既可保持(chi)調(diao)質(zhi)硬度(du)(du)和(he)(he)強度(du)(du)基本不變(bian)，還(huan)可使零(ling)件具有保證離(li)(li)子滲(shen)氨時無殘余應力的(de)(de)(de)基本要求。
高(gao)溫時效采用爐(lu)冷至400℃以(yi)下出爐(lu)，以(yi)盡(jin)量減(jian)少零(ling)件產生(sheng)新(xin)的應(ying)力(li)。
d. 離(li)子滲氮(dan)
該平衡套用100kV離子(zi)滲氮爐處理，爐的(de)有效空(kong)間約(yue)為ф600x1200(mm).
滲(shen)氮(dan)溫度(du)選定(ding)為540~560℃,這個溫度(du)是3Cr13馬氏(shi)體不銹鋼可滲(shen)氮(dan)的(de)中下限溫度(du)，主要考慮(lv)了平衡(heng)套(tao)根據調質回(hui)火溫度(du)確定(ding)的(de)高溫時效(xiao)溫度(du)為580~560℃,離子(zi)滲(shen)氮(dan)溫度(du)應(ying)低于高溫時效(xiao)溫度(du)。具體工藝見圖8-6。
3Cr13不銹鋼屬于高合金元素材料，滲氮速度偏(pian)慢，所以，應采(cai)用較長的保(bao)溫時間。
平衡套屬薄壁易變(bian)形件(jian)(jian)，應(ying)適當控(kong)制升溫、降溫速度(du)和(he)出(chu)(chu)爐溫度(du)，以(yi)保證零件(jian)(jian)具有較小的應(ying)力和(he)滲氨時的較小變(bian)形度(du)。低(di)于100℃出(chu)(chu)爐，還可保證零件(jian)(jian)表面不出(chu)(chu)現氧(yang)化而呈銀白色。
在實際操(cao)作中，控制為較(jiao)小的電流和(he)電壓，實現(xian)較(jiao)慢的升溫速(su)度。
根據使用(yong)設(she)備的(de)(de)容積(ji)(ji)及(ji)實際裝爐量(liang)(liang)、工件有效表面積(ji)(ji)等因素，采用(yong)0.3m/h的(de)(de)氨氣供(gong)給量(liang)(liang)。
該平衡套滲氮內(nei)孔為Φ105mm,高(gao)度(du)為115mm,如此徑高(gao)比的內(nei)孔滲氮不必在孔內(nei)施加(jia)輔助(zhu)陽極，也可(ke)獲得滿(man)意的滲氮效(xiao)果。
該零件(jian)的設計(ji)條件(jian)只(zhi)要求內孔(kong)離(li)子(zi)滲(shen)氮(dan)(dan)，但(dan)只(zhi)內孔(kong)滲(shen)氮(dan)(dan)時，大量非(fei)滲(shen)氮(dan)(dan)面需(xu)屏蔽或采取其他(ta)防滲(shen)氮(dan)(dan)措(cuo)施，不僅增加了(le)操作的復雜性，還增加了(le)處理成本(ben)。而其他(ta)面離(li)子(zi)滲(shen)氮(dan)(dan)對(dui)使用并(bing)無不利影響，只(zhi)是(shi)在冷加工工藝上適當考慮即可。經設計(ji)人員同意，實際滲(shen)氮(dan)(dan)時是(shi)全部滲(shen)氮(dan)(dan)。
設計(ji)要求(qiu)高頻表(biao)(biao)面(mian)感應(ying)淬(cui)火(huo)的A面(mian)，經離子滲氮(dan)后再進行高頻表(biao)(biao)面(mian)加熱淬(cui)火(huo)，不(bu)但對(dui)(dui)高頻處理效果和質量無不(bu)利(li)影響，反而有積極的作用，因為(wei)工件表(biao)(biao)面(mian)滲氮(dan)后，表(biao)(biao)面(mian)富(fu)集了高濃度(du)的氮(dan)元素，經高頻加熱淬(cui)火(huo)后，獲得富(fu)氮(dan)的馬(ma)氏體組(zu)織，使(shi)馬(ma)氏體更均(jun)勻、更細，具有更高的硬(ying)度(du)，對(dui)(dui)提高使(shi)用功能更有利(li)。先離子滲氮(dan)再高頻表(biao)(biao)面(mian)加熱淬(cui)火(huo)，這是(shi)常采(cai)用的所謂“表(biao)(biao)面(mian)復(fu)合熱處理”的方法之一(yi)。
平衡套離(li)子滲氮后(hou)的硬(ying)度檢(jian)查可(ke)以在工件可(ke)檢(jian)面上進(jin)行，也可(ke)用同材(cai)質(zhi)、同狀(zhuang)態、同爐處理的試塊(kuai)進(jin)行。如果檢(jian)查滲氮深度或金相組織(zhi)，則(ze)必須(xu)在同爐試塊(kuai)上進(jin)行。
離子滲氮(dan)滲層(ceng)較淺(qian)，進行硬度檢驗時應(ying)采用負荷(he)不大于9.8N的硬度檢測設備(bei)。
e. 高頻表面淬火(huo)
平衡(heng)套高頻表(biao)面(mian)淬火(huo)部(bu)位是內徑(jing)為(wei)180mm、外徑(jing)為(wei)220mm的(de)圓環表(biao)面(mian)，即圖中的(de)A面(mian)。采用(yong)連續加(jia)熱淬火(huo)方(fang)式(shi)，工件旋轉，感(gan)應器(qi)加(jia)熱并同(tong)時噴水冷卻。
感(gan)應器(qi)(qi)選(xuan)擇(ze)：選(xuan)用指型(xing)連續加(jia)熱(re)淬火(huo)感(gan)應器(qi)(qi)，感(gan)應器(qi)(qi)有效(xiao)加(jia)熱(re)冷卻長度(du)(du)與A面寬(kuan)度(du)(du)（即圓環面寬(kuan)度(du)(du)）相同，應為20mm,感(gan)應器(qi)(qi)加(jia)熱(re)部(bu)分(fen)的(de)寬(kuan)度(du)(du)為7mm。
加熱溫度：1080~1100℃。
工件總(zong)加熱時間約(yue)(yue)為135s(即(ji)工件旋轉一周時間約(yue)(yue)為135s)
淬火冷卻：噴水冷卻。
回火：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果設備(bei)功率足(zu)夠大(da)，也可同時加熱淬火，采用圓環形平(ping)面感應(ying)器加熱，浸水冷(leng)卻。
采用同時加(jia)熱淬火(huo)方(fang)法可防止(zhi)采用連續加(jia)熱淬火(huo)方(fang)法時在(zai)淬火(huo)面頭尾銜接處的(de)軟帶，但對感應(ying)器(qi)平(ping)(ping)行度的(de)要求更(geng)嚴格。平(ping)(ping)面感應(ying)加(jia)熱時，應(ying)注意防止(zhi)邊(bian)緣部分的(de)過熱和裂紋，需要在(zai)選(xuan)用和制造(zao)感應(ying)器(qi)時予以考(kao)慮。
平衡套(tao)(tao)也(ye)是3Cr13馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，所(suo)以，有(you)關高頻表面(mian)淬火(huo)的注意事項參照軸(zhou)套(tao)(tao)高頻表面(mian)淬火(huo)的有(you)關說明。
