零(ling)件名(ming)稱：不銹鋼平衡套，見圖(tu)8-4.
材質：3Cr13不(bu)銹鋼
熱處理要(yao)求。
a. 調質硬(ying)度：241~285HB.
b. Φ105內孔離子滲氨。硬(ying)度(du)≥650HV;深度(du)≥0.3mm.
c. A面高頻感(gan)應加熱淬火硬度，50~56HRC;深度1~1.5mm.
1. 零件常見(jian)的失效形式及應(ying)具備(bei)的性(xing)能(neng)
平衡(heng)套是用以平衡(heng)軸向(xiang)力的(de)重要(yao)功能(neng)件，長期在180℃左(zuo)右具有一(yi)定腐蝕(shi)性能(neng)的(de)水(shui)介質中工作，內孔(kong)(kong)與軸套有0.3mm的(de)左(zuo)右間隙，A面(mian)與平衡(heng)盤(pan)正常(chang)時(shi)有0.06~0.07mm的(de)間隙。在設備啟動、停(ting)轉(zhuan)時(shi)，內孔(kong)(kong)及A面(mian)有可能(neng)與對應件接觸而(er)磨損，又有高溫高速水(shui)流動沖(chong)刷，可能(neng)被沖(chong)蝕(shi)。一(yi)旦出現被磨損或沖(chong)蝕(shi)，將對設備的(de)性能(neng)產(chan)生(sheng)很(hen)大的(de)影(ying)響(xiang)。
因此(ci)，除要(yao)求平衡套有一定的耐腐(fu)蝕(shi)性，一定的基體強度(du)外，尤其(qi)要(yao)求內孔及A面具有較高的耐磨損、耐沖刷性能，即應具有較高的硬度(du)。
2. 材料選(xuan)用原(yuan)則及熱(re)處理方法選(xuan)擇
平(ping)衡套(tao)采(cai)用(yong)(yong)3Cr13馬氏體(ti)不銹鋼鍛件。3Cr13 鋼具有(you)一定的(de)耐腐(fu)蝕性，可勝任(ren)在(zai)高(gao)溫(wen)水中(zhong)的(de)工作。3Cr13鋼可以(yi)通(tong)過(guo)(guo)調質(zhi)處理(li)提高(gao)整(zheng)體(ti)強(qiang)度，又(you)可通(tong)過(guo)(guo)高(gao)頻表(biao)(biao)面(mian)(mian)感應淬火(huo)(huo)、離子(zi)(zi)滲(shen)氮(dan)等表(biao)(biao)面(mian)(mian)熱(re)處理(li)方法提高(gao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)硬度和耐磨(mo)性。Φ105mm內孔(kong)高(gao)頻表(biao)(biao)面(mian)(mian)淬火(huo)(huo)難度大，采(cai)用(yong)(yong)離子(zi)(zi)滲(shen)氮(dan)，硬化層(ceng)雖(sui)然較(jiao)薄，但可滿(man)足(zu)要求。而A面(mian)(mian)需要有(you)較(jiao)厚的(de)硬化層(ceng)，且用(yong)(yong)高(gao)頻表(biao)(biao)面(mian)(mian)淬火(huo)(huo)方便可行，比離子(zi)(zi)滲(shen)氮(dan)硬層(ceng)厚，故采(cai)用(yong)(yong)高(gao)頻表(biao)(biao)面(mian)(mian)淬火(huo)(huo)。通(tong)過(guo)(guo)上述(shu)熱(re)處理(li)手段(duan)，完全可以(yi)滿(man)足(zu)工件的(de)使用(yong)(yong)功能要求。
3. 零件主要加工工序(xu)
鍛造－退(tui)火（A)-粗加工－調質(zhi)（B)-機(ji)加工－高溫時效（C)-加工（離子滲氮(dan)的內(nei)孔加工到尺寸(cun)，A表(biao)面(mian)留 0.2mm磨(mo)量）－離子滲氮(dan)（D)-A面(mian)表(biao)面(mian)淬(cui)火、回火（E)-磨(mo)A面(mian)－清理－檢查。
4. 熱處理工藝分(fen)析及注意問題
a. 退火(huo)
見軸套退火(huo)
b. 調質(zhi)
見軸套(tao)調質
c. 高(gao)溫時效(xiao)
高溫時(shi)效的(de)(de)目的(de)(de)是為了(le)較徹底地消除或減少以前各(ge)加工工序(xu)產(chan)(chan)生的(de)(de)應力，即(ji)保證(zheng)零件滲(shen)氮(dan)前不存在較大(da)的(de)(de)應力，防止零件滲(shen)氮(dan)時(shi)產(chan)(chan)生變形，實質上(shang)，高溫時(shi)效是作(zuo)為離子滲(shen)氮(dan)前的(de)(de)預(yu)處理工序(xu)。
高溫時(shi)效(xiao)工(gong)藝見圖8-5.
高溫(wen)時效(xiao)溫(wen)度的選定原則是，低于調(diao)質(zhi)回火溫(wen)度以下20~40℃,高于離子滲氨溫(wen)度。根據(ju)平衡套零件的調(diao)質(zhi)工(gong)藝和離子滲氮工(gong)藝，確定高溫(wen)時效(xiao)溫(wen)度為(wei)580~600℃,這樣，既可保(bao)持調(diao)質(zhi)硬度和強(qiang)度基本(ben)不變，還(huan)可使零件具有保(bao)證離子滲氨時無殘余應力的基本(ben)要求。
高溫時效采用(yong)爐冷至400℃以下出爐，以盡(jin)量減少零件產生新的(de)應力。
d. 離子滲氮
該(gai)平(ping)衡套(tao)用100kV離子滲氮爐(lu)處理，爐(lu)的(de)有效空間約為ф600x1200(mm).
滲氮溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)選定(ding)為(wei)540~560℃,這個溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)是3Cr13馬氏體(ti)不銹鋼可滲氮的中下限溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，主要考慮(lv)了(le)平(ping)衡套(tao)根據調質回(hui)火溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)確定(ding)的高溫(wen)(wen)(wen)(wen)時效(xiao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)580~560℃,離子滲氮溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)應低于高溫(wen)(wen)(wen)(wen)時效(xiao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)。具體(ti)工藝見圖8-6。
3Cr13不銹(xiu)鋼屬(shu)于高合金元素材(cai)料(liao)，滲(shen)氮速度偏慢，所以，應采用較長的保溫時間。
平衡套屬薄壁易(yi)變形件(jian)(jian)，應適當控制升溫(wen)(wen)、降溫(wen)(wen)速度(du)(du)和出(chu)爐溫(wen)(wen)度(du)(du)，以保證零件(jian)(jian)具有較(jiao)小的應力和滲氨時的較(jiao)小變形度(du)(du)。低于100℃出(chu)爐，還可保證零件(jian)(jian)表面不出(chu)現氧(yang)化(hua)而呈(cheng)銀白色。
在實際操作中，控(kong)制為較小的電流和電壓，實現較慢的升(sheng)溫速度。
根(gen)據使用設備(bei)的(de)容積(ji)及實際裝(zhuang)爐量、工(gong)件有效(xiao)表面積(ji)等(deng)因素，采用0.3m/h的(de)氨氣供給量。
該平衡套滲氮(dan)內(nei)孔為(wei)Φ105mm,高(gao)度為(wei)115mm,如(ru)此徑高(gao)比的內(nei)孔滲氮(dan)不必在孔內(nei)施加輔助陽(yang)極(ji)，也(ye)可(ke)獲得滿(man)意(yi)的滲氮(dan)效果。
該零件(jian)的設(she)計條(tiao)件(jian)只要(yao)求內孔離子滲氮(dan)，但(dan)只內孔滲氮(dan)時(shi)(shi)，大量非滲氮(dan)面需(xu)屏蔽(bi)或采取其(qi)他(ta)防滲氮(dan)措(cuo)施，不僅增(zeng)加了(le)操作的復雜性，還增(zeng)加了(le)處理(li)成本。而其(qi)他(ta)面離子滲氮(dan)對使用并無不利(li)影響，只是(shi)(shi)在冷加工工藝(yi)上適(shi)當考慮即可。經設(she)計人員同(tong)意，實(shi)際滲氮(dan)時(shi)(shi)是(shi)(shi)全部滲氮(dan)。
設(she)計要求高頻(pin)表(biao)面(mian)感應(ying)淬火的(de)A面(mian)，經離(li)子滲氮后(hou)再(zai)進行高頻(pin)表(biao)面(mian)加熱淬火，不(bu)但對高頻(pin)處理效果和質量無不(bu)利影響，反而(er)有(you)積極的(de)作(zuo)用，因為工件表(biao)面(mian)滲氮后(hou)，表(biao)面(mian)富集了高濃度的(de)氮元素，經高頻(pin)加熱淬火后(hou)，獲得(de)富氮的(de)馬氏(shi)體組(zu)織，使(shi)馬氏(shi)體更均勻、更細，具有(you)更高的(de)硬度，對提高使(shi)用功能更有(you)利。先(xian)離(li)子滲氮再(zai)高頻(pin)表(biao)面(mian)加熱淬火，這是常采(cai)用的(de)所謂“表(biao)面(mian)復(fu)合熱處理”的(de)方(fang)法之(zhi)一。
平衡套離子滲氮后的硬(ying)度檢(jian)查(cha)可以在工件可檢(jian)面(mian)上進行(xing)，也可用同材質、同狀態、同爐(lu)處(chu)理的試塊進行(xing)。如果檢(jian)查(cha)滲氮深度或金相組織，則必須(xu)在同爐(lu)試塊上進行(xing)。
離(li)子滲氮滲層(ceng)較(jiao)淺(qian)，進(jin)行硬(ying)度檢驗(yan)時(shi)應采用負荷不大于9.8N的(de)硬(ying)度檢測設(she)備。
e. 高頻(pin)表(biao)面淬火
平(ping)衡套高頻表(biao)面淬(cui)火部位是內徑為(wei)180mm、外徑為(wei)220mm的(de)圓環表(biao)面，即圖中(zhong)的(de)A面。采用連續加熱淬(cui)火方式(shi)，工(gong)件旋轉，感(gan)應(ying)器(qi)加熱并同時(shi)噴水(shui)冷卻。
感(gan)(gan)(gan)應(ying)器選擇(ze)：選用(yong)指型連(lian)續加熱淬火感(gan)(gan)(gan)應(ying)器，感(gan)(gan)(gan)應(ying)器有(you)效加熱冷卻長度與A面寬(kuan)度（即圓環(huan)面寬(kuan)度）相同(tong)，應(ying)為20mm,感(gan)(gan)(gan)應(ying)器加熱部分的寬(kuan)度為7mm。
加熱溫度：1080~1100℃。
工(gong)件(jian)總(zong)加熱時間約為135s(即工(gong)件(jian)旋轉一周時間約為135s)
淬火冷卻：噴水(shui)冷卻。
回火：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果(guo)設備功率足夠大，也可同時加(jia)熱淬火，采用圓(yuan)環形平面感應器加(jia)熱，浸水冷卻。
采(cai)用同時(shi)加熱(re)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)方法可(ke)防(fang)止(zhi)采(cai)用連續加熱(re)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)方法時(shi)在淬(cui)(cui)火(huo)(huo)面頭(tou)尾銜接(jie)處的(de)(de)軟帶，但對感應(ying)(ying)器平(ping)行度的(de)(de)要求更(geng)嚴(yan)格。平(ping)面感應(ying)(ying)加熱(re)時(shi)，應(ying)(ying)注意(yi)防(fang)止(zhi)邊(bian)緣部分的(de)(de)過(guo)熱(re)和裂紋(wen)，需要在選用和制造感應(ying)(ying)器時(shi)予以考慮。
平衡(heng)套也是3Cr13馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)，所以，有(you)關(guan)(guan)高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)淬火的注意事項參照(zhao)軸套高(gao)(gao)頻(pin)表(biao)面(mian)淬火的有(you)關(guan)(guan)說(shuo)明(ming)。
