零件名稱：不(bu)銹(xiu)鋼平衡套，見圖8-4.
材(cai)質(zhi)：3Cr13不銹(xiu)鋼(gang)
熱(re)處(chu)理要求。
a. 調質硬度(du)：241~285HB.
b. Φ105內孔離子滲氨。硬度(du)≥650HV;深度(du)≥0.3mm.
c. A面高頻感應(ying)加熱淬(cui)火硬度(du)，50~56HRC;深(shen)度(du)1~1.5mm.
1. 零件常見的(de)失效形式及應具備的(de)性能
平(ping)(ping)衡(heng)套是(shi)用以平(ping)(ping)衡(heng)軸向力(li)的(de)重要功能(neng)件(jian)，長期在180℃左(zuo)(zuo)右具有一定腐(fu)蝕性能(neng)的(de)水介(jie)質中工作，內孔(kong)與(yu)軸套有0.3mm的(de)左(zuo)(zuo)右間(jian)隙，A面(mian)與(yu)平(ping)(ping)衡(heng)盤正常時(shi)有0.06~0.07mm的(de)間(jian)隙。在設備(bei)啟動、停轉(zhuan)時(shi)，內孔(kong)及A面(mian)有可能(neng)與(yu)對應件(jian)接觸而(er)磨(mo)損，又有高溫高速水流(liu)動沖刷(shua)，可能(neng)被沖蝕。一旦出(chu)現被磨(mo)損或沖蝕，將(jiang)對設備(bei)的(de)性能(neng)產生很大(da)的(de)影響。
因此，除要(yao)(yao)求平衡套有(you)一定(ding)的(de)耐(nai)(nai)腐蝕性，一定(ding)的(de)基體(ti)強度外，尤其要(yao)(yao)求內孔及(ji)A面(mian)具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)耐(nai)(nai)磨(mo)損(sun)、耐(nai)(nai)沖刷性能(neng)，即應具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)硬度。
2. 材料(liao)選用(yong)原則(ze)及熱處理方法選擇
平衡(heng)套采(cai)用(yong)3Cr13馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼鍛件。3Cr13 鋼具有一定的(de)耐腐蝕性，可勝任在高(gao)(gao)(gao)溫水中的(de)工(gong)作。3Cr13鋼可以通過(guo)調(diao)質(zhi)處(chu)理(li)提(ti)高(gao)(gao)(gao)整(zheng)體(ti)強度(du)，又可通過(guo)高(gao)(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)感應(ying)淬(cui)火、離(li)(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)等(deng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)熱處(chu)理(li)方(fang)法提(ti)高(gao)(gao)(gao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)硬度(du)和耐磨(mo)性。Φ105mm內孔(kong)高(gao)(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)淬(cui)火難度(du)大，采(cai)用(yong)離(li)(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)，硬化(hua)層雖然較(jiao)薄，但可滿(man)足(zu)(zu)要求(qiu)。而A面(mian)(mian)(mian)需要有較(jiao)厚(hou)的(de)硬化(hua)層，且用(yong)高(gao)(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)淬(cui)火方(fang)便可行，比離(li)(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)硬層厚(hou)，故采(cai)用(yong)高(gao)(gao)(gao)頻(pin)(pin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)淬(cui)火。通過(guo)上(shang)述熱處(chu)理(li)手段，完全可以滿(man)足(zu)(zu)工(gong)件的(de)使用(yong)功能要求(qiu)。
3. 零(ling)件(jian)主要(yao)加(jia)工工序
鍛造－退火(huo)（A)-粗加(jia)工－調(diao)質（B)-機加(jia)工－高溫時效（C)-加(jia)工（離子滲(shen)氮的內孔加(jia)工到尺寸，A表(biao)面留 0.2mm磨(mo)量）－離子滲(shen)氮（D)-A面表(biao)面淬火(huo)、回火(huo)（E)-磨(mo)A面－清理－檢查。
4. 熱處理工藝(yi)分析及注意問題
a. 退火(huo)
見軸套退火
b. 調質
見軸套調質
c. 高溫時效(xiao)
高(gao)溫(wen)時(shi)效的(de)(de)目的(de)(de)是為(wei)了較(jiao)徹(che)底地消除或(huo)減少以(yi)前(qian)各加(jia)工(gong)工(gong)序(xu)產生的(de)(de)應(ying)力，即保(bao)證零件滲(shen)氮(dan)前(qian)不存(cun)在較(jiao)大的(de)(de)應(ying)力，防止零件滲(shen)氮(dan)時(shi)產生變形(xing)，實質上(shang)，高(gao)溫(wen)時(shi)效是作(zuo)為(wei)離子滲(shen)氮(dan)前(qian)的(de)(de)預處理工(gong)序(xu)。
高(gao)溫時效工藝(yi)見圖(tu)8-5.
高(gao)溫(wen)時效溫(wen)度的(de)(de)選定原則是(shi)，低于調質回(hui)火(huo)溫(wen)度以下(xia)20~40℃,高(gao)于離子(zi)(zi)滲(shen)氨(an)溫(wen)度。根據平衡(heng)套(tao)零件的(de)(de)調質工(gong)藝(yi)和離子(zi)(zi)滲(shen)氮(dan)工(gong)藝(yi)，確定高(gao)溫(wen)時效溫(wen)度為580~600℃,這樣，既(ji)可保(bao)持調質硬度和強度基本(ben)不變，還可使零件具(ju)有保(bao)證離子(zi)(zi)滲(shen)氨(an)時無殘(can)余應力的(de)(de)基本(ben)要求。
高溫時(shi)效(xiao)采用爐冷至(zhi)400℃以下出(chu)爐，以盡(jin)量減少零件產生新的應力(li)。
d. 離子滲氮(dan)
該(gai)平(ping)衡套用100kV離(li)子(zi)滲(shen)氮爐處(chu)理，爐的有效(xiao)空(kong)間約為ф600x1200(mm).
滲氮(dan)溫(wen)度(du)(du)選定為540~560℃,這個溫(wen)度(du)(du)是(shi)3Cr13馬氏體不銹鋼(gang)可滲氮(dan)的中下限溫(wen)度(du)(du)，主要考慮(lv)了平衡套根據調質(zhi)回火溫(wen)度(du)(du)確(que)定的高(gao)溫(wen)時效溫(wen)度(du)(du)為580~560℃,離子滲氮(dan)溫(wen)度(du)(du)應低(di)于(yu)高(gao)溫(wen)時效溫(wen)度(du)(du)。具體工藝見圖8-6。
3Cr13不銹鋼屬于高合金元(yuan)素材料，滲氮速度偏慢，所以，應采用較長的保(bao)溫時間。
平衡(heng)套(tao)屬(shu)薄(bo)壁易(yi)變(bian)形件，應適(shi)當(dang)控(kong)制升溫(wen)、降溫(wen)速度(du)和出爐溫(wen)度(du)，以保(bao)證零件具有較小的應力和滲氨時的較小變(bian)形度(du)。低(di)于100℃出爐，還可保(bao)證零件表(biao)面(mian)不出現氧化(hua)而呈銀白(bai)色。
在實際操作中，控制為(wei)較小的電流和電壓，實現較慢的升(sheng)溫速度。
根據使用設(she)備的容積(ji)及實際裝爐量、工件有(you)效表面積(ji)等(deng)因素(su)，采(cai)用0.3m/h的氨氣(qi)供(gong)給量。
該平(ping)衡(heng)套滲(shen)(shen)氮內(nei)(nei)孔為Φ105mm,高度為115mm,如(ru)此徑高比的內(nei)(nei)孔滲(shen)(shen)氮不(bu)必在孔內(nei)(nei)施加輔助(zhu)陽極(ji)，也可獲得滿意的滲(shen)(shen)氮效(xiao)果。
該零件的設計條(tiao)件只(zhi)(zhi)要求內孔(kong)離子滲(shen)氮(dan)，但只(zhi)(zhi)內孔(kong)滲(shen)氮(dan)時(shi)，大(da)量非滲(shen)氮(dan)面需屏蔽或采取其(qi)(qi)他防(fang)滲(shen)氮(dan)措施，不(bu)僅增加(jia)了(le)(le)操作(zuo)的復雜性，還增加(jia)了(le)(le)處理成本。而其(qi)(qi)他面離子滲(shen)氮(dan)對(dui)使用并(bing)無不(bu)利影(ying)響(xiang)，只(zhi)(zhi)是在冷加(jia)工工藝上適當考慮即可(ke)。經設計人員(yuan)同意(yi)，實際(ji)滲(shen)氮(dan)時(shi)是全部滲(shen)氮(dan)。
設計(ji)要求高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面感應淬(cui)火的A面，經(jing)離子滲氮后(hou)(hou)再(zai)進行高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面加(jia)熱淬(cui)火，不(bu)但對高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)頻(pin)處理效果和質量無不(bu)利(li)影響，反而有(you)(you)積極的作用(yong)，因為(wei)工件表面滲氮后(hou)(hou)，表面富(fu)(fu)集(ji)了高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)濃度的氮元素，經(jing)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)頻(pin)加(jia)熱淬(cui)火后(hou)(hou)，獲得(de)富(fu)(fu)氮的馬(ma)氏體組織(zhi)，使(shi)馬(ma)氏體更(geng)均勻、更(geng)細(xi)，具有(you)(you)更(geng)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)的硬度，對提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)使(shi)用(yong)功能更(geng)有(you)(you)利(li)。先離子滲氮再(zai)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面加(jia)熱淬(cui)火，這是常采(cai)用(yong)的所謂(wei)“表面復合熱處理”的方(fang)法之一(yi)。
平(ping)衡套(tao)離子滲氮(dan)后(hou)的(de)硬度(du)檢查可(ke)以在(zai)工件可(ke)檢面(mian)上進(jin)行，也可(ke)用同材質、同狀態、同爐(lu)處理的(de)試塊(kuai)進(jin)行。如果檢查滲氮(dan)深度(du)或金相組織，則必(bi)須在(zai)同爐(lu)試塊(kuai)上進(jin)行。
離子滲氮滲層較淺，進行硬度(du)檢驗時應采用負荷不大于9.8N的硬度(du)檢測設備。
e. 高頻表面淬(cui)火(huo)
平衡套高頻(pin)表(biao)面淬(cui)火(huo)部(bu)位是內(nei)徑為(wei)180mm、外徑為(wei)220mm的圓環表(biao)面，即圖中的A面。采(cai)用連續加(jia)熱淬(cui)火(huo)方式，工件旋轉，感應(ying)器加(jia)熱并同時噴(pen)水冷卻。
感應(ying)器(qi)選擇：選用指型(xing)連續加(jia)熱(re)(re)淬火(huo)感應(ying)器(qi)，感應(ying)器(qi)有效加(jia)熱(re)(re)冷卻長度(du)(du)(du)與A面(mian)寬(kuan)度(du)(du)(du)（即(ji)圓環面(mian)寬(kuan)度(du)(du)(du)）相同(tong)，應(ying)為(wei)20mm,感應(ying)器(qi)加(jia)熱(re)(re)部分的寬(kuan)度(du)(du)(du)為(wei)7mm。
加熱溫度：1080~1100℃。
工件(jian)總加熱時間約為135s(即工件(jian)旋轉一周時間約為135s)
淬火冷卻：噴水冷卻。
回火(huo)：200~240℃,保溫(wen)1~1.5h.
如(ru)果設備(bei)功率足夠(gou)大(da)，也可(ke)同時加熱(re)淬火，采用圓環(huan)形平(ping)面感應器加熱(re)，浸水冷卻。
采用(yong)同時(shi)加熱淬火(huo)方(fang)法可防(fang)止采用(yong)連續(xu)加熱淬火(huo)方(fang)法時(shi)在淬火(huo)面頭尾銜接處的軟帶，但(dan)對感應(ying)器平行度的要(yao)求更嚴格。平面感應(ying)加熱時(shi)，應(ying)注意(yi)防(fang)止邊緣部分(fen)的過熱和裂紋，需要(yao)在選用(yong)和制(zhi)造感應(ying)器時(shi)予以考(kao)慮。
平(ping)衡套也是(shi)3Cr13馬氏體不(bu)銹鋼，所以，有關高頻(pin)表(biao)面淬火(huo)的(de)注(zhu)意事項參照軸套高頻(pin)表(biao)面淬火(huo)的(de)有關說明(ming)。
