零件名稱：不銹鋼平衡套，見圖8-4.

材質(zhì)：3Cr13不銹鋼

熱處理要求。

   a. 調(diào)質(zhì)硬度：241~285HB.

   b. Φ105內(nèi)孔離子滲氨。硬度≥650HV;深度≥0.3mm.

   c. A面高頻感應(yīng)加熱淬火硬度，50~56HRC;深度1~1.5mm.

1. 零件常見的失效形式及應(yīng)具備的性能

  平衡套是用以平衡軸向力的重要功能件，長期在180℃左右具有一定腐蝕性能的水介質(zhì)中工作，內(nèi)孔與軸套有0.3mm的左右間隙，A面與平衡盤正常時(shí)有0.06~0.07mm的間隙。在設(shè)備啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)孔及A面有可能與對應(yīng)件接觸而磨損，又有高溫高速水流動(dòng)沖刷，可能被沖蝕。一旦出現(xiàn)被磨損或沖蝕，將對設(shè)備的性能產(chǎn)生很大的影響。

  因此，除要求平衡套有一定的耐腐蝕性，一定的基體強(qiáng)度外，尤其要求內(nèi)孔及A面具有較高的耐磨損、耐沖刷性能，即應(yīng)具有較高的硬度。

2. 材料選用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 鋼具有一定的耐腐蝕性，可勝任在高溫水中的工作。3Cr13鋼可以通過調(diào)質(zhì)處理提高整體強(qiáng)度，又可通過高頻表面感應(yīng)淬火、離子滲氮等表面熱處理方法提高表面硬度和耐磨性。Φ105mm內(nèi)孔高頻表面淬火難度大，采用離子滲氮，硬化層雖然較薄，但可滿足要求。而A面需要有較厚的硬化層，且用高頻表面淬火方便可行，比離子滲氮硬層厚，故采用高頻表面淬火。通過上述熱處理手段，完全可以滿足工件的使用功能要求。

3. 零件主要加工工序

 鍛造－退火（A)-粗加工－調(diào)質(zhì)（B)-機(jī)加工－高溫時(shí)效（C)-加工（離子滲氮的內(nèi)孔加工到尺寸，A表面留 0.2mm磨量）－離子滲氮（D)-A面表面淬火、回火（E)-磨A面－清理－檢查。

4. 熱處理工藝分析及注意問題

  a. 退火

   見軸套退火

  b. 調(diào)質(zhì)

   見軸套調(diào)質(zhì)

  c. 高溫時(shí)效

   高溫時(shí)效的目的是為了較徹底地消除或減少以前各加工工序產(chǎn)生的應(yīng)力，即保證零件滲氮前不存在較大的應(yīng)力，防止零件滲氮時(shí)產(chǎn)生變形，實(shí)質(zhì)上，高溫時(shí)效是作為離子滲氮前的預(yù)處理工序。

   高溫時(shí)效工藝見圖8-5.

  高溫時(shí)效溫度的選定原則是，低于調(diào)質(zhì)回火溫度以下20~40℃,高于離子滲氨溫度。根據(jù)平衡套零件的調(diào)質(zhì)工藝和離子滲氮工藝，確定高溫時(shí)效溫度為580~600℃,這樣，既可保持調(diào)質(zhì)硬度和強(qiáng)度基本不變，還可使零件具有保證離子滲氨時(shí)無殘余應(yīng)力的基本要求。

  高溫時(shí)效采用爐冷至400℃以下出爐，以盡量減少零件產(chǎn)生新的應(yīng)力。

 d. 離子滲氮

 該平衡套用100kV離子滲氮爐處理，爐的有效空間約為ф600x1200(mm).

 滲氮溫度選定為540~560℃,這個(gè)溫度是3Cr13馬氏體不銹鋼可滲氮的中下限溫度，主要考慮了平衡套根據(jù)調(diào)質(zhì)回火溫度確定的高溫時(shí)效溫度為580~560℃,離子滲氮溫度應(yīng)低于高溫時(shí)效溫度。具體工藝見圖8-6。

 3Cr13不銹鋼屬于高合金元素材料，滲氮速度偏慢，所以，應(yīng)采用較長的保溫時(shí)間。

  平衡套屬薄壁易變形件，應(yīng)適當(dāng)控制升溫、降溫速度和出爐溫度，以保證零件具有較小的應(yīng)力和滲氨時(shí)的較小變形度。低于100℃出爐，還可保證零件表面不出現(xiàn)氧化而呈銀白色。

  在實(shí)際操作中，控制為較小的電流和電壓，實(shí)現(xiàn)較慢的升溫速度。

  根據(jù)使用設(shè)備的容積及實(shí)際裝爐量、工件有效表面積等因素，采用0.3m/h的氨氣供給量。

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

  該零件的設(shè)計(jì)條件只要求內(nèi)孔離子滲氮，但只內(nèi)孔滲氮時(shí)，大量非滲氮面需屏蔽或采取其他防滲氮措施，不僅增加了操作的復(fù)雜性，還增加了處理成本。而其他面離子滲氮對使用并無不利影響，只是在冷加工工藝上適當(dāng)考慮即可。經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意，實(shí)際滲氮時(shí)是全部滲氮。

  設(shè)計(jì)要求高頻表面感應(yīng)淬火的A面，經(jīng)離子滲氮后再進(jìn)行高頻表面加熱淬火，不但對高頻處理效果和質(zhì)量無不利影響，反而有積極的作用，因?yàn)楣ぜ砻鏉B氮后，表面富集了高濃度的氮元素，經(jīng)高頻加熱淬火后，獲得富氮的馬氏體組織，使馬氏體更均勻、更細(xì)，具有更高的硬度，對提高使用功能更有利。先離子滲氮再高頻表面加熱淬火，這是常采用的所謂“表面復(fù)合熱處理”的方法之一。

  平衡套離子滲氮后的硬度檢查可以在工件可檢面上進(jìn)行，也可用同材質(zhì)、同狀態(tài)、同爐處理的試塊進(jìn)行。如果檢查滲氮深度或金相組織，則必須在同爐試塊上進(jìn)行。

  離子滲氮滲層較淺，進(jìn)行硬度檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用負(fù)荷不大于9.8N的硬度檢測設(shè)備。

 e. 高頻表面淬火

 平衡套高頻表面淬火部位是內(nèi)徑為180mm、外徑為220mm的圓環(huán)表面，即圖中的A面。采用連續(xù)加熱淬火方式，工件旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)器加熱并同時(shí)噴水冷卻。

 感應(yīng)器選擇：選用指型連續(xù)加熱淬火感應(yīng)器，感應(yīng)器有效加熱冷卻長度與A面寬度（即圓環(huán)面寬度）相同，應(yīng)為20mm,感應(yīng)器加熱部分的寬度為7mm。

 加熱溫度：1080~1100℃。

 工件總加熱時(shí)間約為135s(即工件旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間約為135s)

 淬火冷卻：噴水冷卻。

 回火：200~240℃,保溫1~1.5h.

 如果設(shè)備功率足夠大，也可同時(shí)加熱淬火，采用圓環(huán)形平面感應(yīng)器加熱，浸水冷卻。

 采用同時(shí)加熱淬火方法可防止采用連續(xù)加熱淬火方法時(shí)在淬火面頭尾銜接處的軟帶，但對感應(yīng)器平行度的要求更嚴(yán)格。平面感應(yīng)加熱時(shí)，應(yīng)注意防止邊緣部分的過熱和裂紋，需要在選用和制造感應(yīng)器時(shí)予以考慮。

 平衡套也是3Cr13馬氏體不銹鋼，所以，有關(guān)高頻表面淬火的注意事項(xiàng)參照軸套高頻表面淬火的有關(guān)說明。