零件名稱：不銹鋼活塞桿，見圖8-7。
材質：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)
熱處(chu)理要求：
a. 固溶時效處(chu)理性能(neng)：Ra≥930N/m㎡;Ro3≥725N/mm2;A≥16%;Z≥50%;硬度(du)269~302HB。
b. 圖中Φ105mmx1600mm 處(chu)高(gao)頻表(biao)面(mian)感應淬(cui)火，硬度：45~50HRC;深度：1~1.5mm。
1. 零件常見(jian)的(de)失效(xiao)形式及應具備(bei)的(de)性能
活塞桿在工作時，承受高頻率(lv)的返復拉壓應力，易產生(sheng)疲勞(lao)斷裂；外表面與密封材料四氟乙烯進行快速多次摩擦，一旦磨損(sun)嚴重，會引起介質泄漏；其使(shi)用在含(han)H2S成分的氣體介質中(zhong)，易遭(zao)受腐蝕。
因(yin)此，要(yao)求活(huo)塞(sai)桿具有耐(nai)(nai)腐(fu)蝕性、有較好的基體強(qiang)度及外表面的耐(nai)(nai)磨損性能(neng)。
2. 材料選用原則及熱(re)處理(li)方法選擇
活塞桿選用馬氏體沉淀(dian)硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)。該材料具有較好(hao)的抗H2S腐(fu)蝕性能，可滿足使用需要。
0Cr17Ni4Cu4Nb經過固溶和時效處理，可(ke)以(yi)獲得(de)要求的(de)(de)力學性能，保證(zheng)(zheng)活(huo)塞桿的(de)(de)整(zheng)體強度。采用高(gao)頻表面感應淬(cui)火，可(ke)以(yi)保證(zheng)(zheng)工(gong)件表面的(de)(de)硬度，從而提高(gao)耐(nai)磨(mo)性能和抗疲勞性能。
3. 零件主要加工工序
鍛造－過時(shi)效(xiao)處(chu)理(li)（A)-粗加工(gong)－固溶處(chu)理(li)（B)-機加工(gong)－時(shi)效(xiao)處(chu)理(li)（C)-檢(jian)(jian)查性能－機加工(gong)－高頻表面淬火、回火（D)-磨加工(gong)－修(xiu)整－檢(jian)(jian)查。
4. 熱處(chu)理工藝(yi)分析及應注意問題
a. 過時效處理
0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經鍛造(zao)冷卻后(hou)，有較(jiao)(jiao)大(da)(da)的(de)應(ying)力和(he)較(jiao)(jiao)高的(de)硬(ying)(ying)度(du)，不便(bian)于機械(xie)(xie)加工，組織(zhi)(zhi)中(zhong)具有較(jiao)(jiao)大(da)(da)的(de)合(he)(he)金元素(su)過飽和(he)度(du)，看定性較(jiao)(jiao)差。所以，對鍛件應(ying)進(jin)行過時(shi)效處(chu)理(li)（即高于正常(chang)時(shi)效溫(wen)度(du)的(de)時(shi)效處(chu)理(li)）。通過過時(shi)效處(chu)理(li)，基體中(zhong)的(de)合(he)(he)金元素(su)充分出(chu)，析出(chu)質點(dian)長大(da)(da)，使組織(zhi)(zhi)處(chu)于穩定狀態，鍛件硬(ying)(ying)度(du)達到(dao)較(jiao)(jiao)低包度(du)，應(ying)力基本消除(chu)，便(bian)于機械(xie)(xie)加工，并為固溶處(chu)理(li)作好組織(zhi)(zhi)準備。具體工藝見圖8-8。
經研(yan)究和實踐(jian)證明，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在630~640℃時(shi)效(xiao)(xiao)，將獲得最低的(de)(de)硬度，溫度再(zai)提高，冷(leng)卻(que)后(hou)的(de)(de)組(zu)織中可能因產生馬氏體組(zu)織而提高硬度并降低了組(zu)織穩定性。過(guo)時(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)保(bao)溫時(shi)間應(ying)適當長一些，以保(bao)證析出相充分析出。過(guo)時(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理可采(cai)用空(kong)冷(leng)。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛(duan)件(jian)經過(guo)過(guo)時(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理后(hou)，硬度一般不大于(yu)280HB。
b. 固(gu)溶處理(li)
固溶處理是馬氏(shi)體(ti)沉淀硬化不銹鋼強化的重要(yao)環(huan)節(jie)。
0Cr17Ni4Cu4Nb 活塞桿(gan)固(gu)溶處理工藝(yi)見圖8-9。將鋼加(jia)熱到(dao)1040℃時，鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)鉻、鎳、鈮(ni)、銅等(deng)合(he)金元(yuan)素充分(fen)地固(gu)溶在(zai)(zai)奧氏體基(ji)體中(zhong)(zhong)，再以較快的(de)(de)速度冷(leng)(leng)卻，這(zhe)些(xie)元(yuan)素便以過飽(bao)和狀態(tai)保留在(zai)(zai)基(ji)體組織中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)以后(hou)的(de)(de)時效(xiao)過程中(zhong)(zhong)析出并使(shi)鋼得到(dao)強化。固(gu)溶處理用水(shui)冷(leng)(leng)卻似(si)乎(hu)更好(hao)一些(xie)，但曾發生過固(gu)溶水(shui)冷(leng)(leng)產生裂紋(wen)的(de)(de)事例，這(zhe)個活塞桿(gan)的(de)(de)有效(xiao)截面(mian)不大(da)，用油冷(leng)(leng)完(wan)全可以滿足要求。
c. 時效處理
時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理是馬氏(shi)體(ti)沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)又一(yi)個關鍵工序。通過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理，使在固溶(rong)處(chu)理時(shi)(shi)過(guo)飽和溶(rong)于奧(ao)氏(shi)體(ti)中的(de)(de)(de)合金元素，特別(bie)是銅、鈮以質(zhi)點形式(shi)充分(fen)析出(chu)，使鋼得到(dao)強(qiang)(qiang)化(hua)。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼，依據對(dui)強(qiang)(qiang)度等級要(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)不同，常有幾種(zhong)不同的(de)(de)(de)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)溫(wen)度，根據活(huo)塞桿強(qiang)(qiang)度和力學(xue)性能的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)，采(cai)用610℃加熱溫(wen)度是合適的(de)(de)(de)，一(yi)般時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)保溫(wen)時(shi)(shi)間(jian)不低于4h,以保證析出(chu)相的(de)(de)(de)充分(fen)析出(chu)，達到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)化(hua)效(xiao)(xiao)果(guo)。具體(ti)工藝見圖8-10。
這(zhe)里將固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)和時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)分開(kai)敘述，而沒有像(xiang)馬氏體不(bu)銹鋼調質那樣(yang)，將淬火和回火同時(shi)敘述，是想說明(ming)一個問(wen)題(ti)，對(dui)于馬氏體沉淀硬(ying)(ying)化不(bu)銹鋼，固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)直接進(jin)(jin)行(xing)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，還是固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)機(ji)加(jia)工(gong)再(zai)進(jin)(jin)行(xing)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，這(zhe)可(ke)根據零部件特征(zheng)及要求(qiu)的(de)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)硬(ying)(ying)度(du)(du)來考(kao)慮(lv)。例如(ru)(ru)，如(ru)(ru)果要求(qiu)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)的(de)強度(du)(du)等級(ji)高(gao)，即經固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)高(gao)，則最(zui)好在(zai)(zai)固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)具(ju)有較低硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)情況(kuang)下進(jin)(jin)行(xing)機(ji)械加(jia)工(gong)，把大量(liang)(liang)的(de)機(ji)械加(jia)工(gong)量(liang)(liang)完成，在(zai)(zai)留(liu)有極少(shao)量(liang)(liang)的(de)加(jia)工(gong)余(yu)量(liang)(liang)條件下進(jin)(jin)行(xing)時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，因(yin)為時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)后(hou)(hou)硬(ying)(ying)度(du)(du)很高(gao)，難以進(jin)(jin)行(xing)大量(liang)(liang)的(de)機(ji)械加(jia)工(gong)。若采用(yong)這(zhe)種(zhong)程序，需注意的(de)一個商題(ti)是，一旦時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)性能(neng)達不(bu)到要求(qiu)，則無法再(zai)重新進(jin)(jin)行(xing)固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，因(yin)為加(jia)工(gong)余(yu)量(liang)(liang)少(shao)，滿足(zu)不(bu)了固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)變形的(de)要求(qiu)。解(jie)決(jue)這(zhe)種(zhong)問(wen)題(ti)的(de)辦法，可(ke)以在(zai)(zai)固(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)對(dui)試件進(jin)(jin)行(xing)模擬時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，先確認工(gong)件時(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)的(de)性能(neng)水平(ping)。
另一種(zhong)情況是(shi)要求的時(shi)效(xiao)處(chu)理(li)后的強度(du)等級(ji)較(jiao)低，硬度(du)低于(yu)固溶(rong)處(chu)理(li)后的硬度(du)，則可在工件固溶(rong)處(chu)理(li)后直(zhi)接進行時(shi)效(xiao)處(chu)理(li)，再進行機械加工，這不(bu)但(dan)能提高(gao)加工效(xiao)率，而且還減少了冷熱工序間的周(zhou)轉次(ci)數，方便(bian)生產。如果采用這種(zhong)程序，最好在機械加工后進行一次(ci)低于(yu)時(shi)效(xiao)溫(wen)度(du)的消除應(ying)力處(chu)理(li)。
d. 高頻表(biao)面淬火
活(huo)塞桿(gan)高頻表面淬火部位(wei)是在外(wai)圓表面，圖8-7所示的長度約1600mm的部位(wei)。采用(yong)連續加(jia)熱(re)淬火方式。工件旋轉，感應(ying)器加(jia)熱(re)并(bing)同(tong)時噴水冷卻(que)。
感(gan)(gan)應(ying)器(qi)選(xuan)擇：選(xuan)用外圓連續(xu)加熱淬(cui)火感(gan)(gan)應(ying)器(qi)。感(gan)(gan)應(ying)器(qi)內(nei)孔直徑(jing)為(wei)110mm,與工件外表面間隙2.5mm,感(gan)(gan)應(ying)器(qi)高度(du)為(wei)7mm。
加熱(re)溫度：1060~1080℃。
工(gong)件淬火(huo)長度(du)總加(jia)熱(re)時間：460s(工(gong)件相對感應(ying)器移動速(su)度(du)約為3.5mm/s).
工件(jian)旋轉速度：40~50r/min.
淬火冷卻：噴(pen)水冷卻。
回火：480℃,保溫2h,空冷。
活塞桿采用0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼，高頻(pin)表(biao)面淬(cui)火(huo)采用水冷卻不必擔心淬(cui)火(huo)裂紋，其原因參(can)見(jian)3Cr13不銹鋼軸套高頻(pin)表(biao)面淬(cui)火(huo)相關內容(rong)。
活塞桿(gan)高頻表面淬火硬度(du)檢(jian)查可(ke)用(yong)表面洛(luo)氏硬度(du)計或里氏硬度(du)計。如果還要檢(jian)查淬硬深(shen)度(du)或金相組織(zhi)，則應采用(yong)一定長度(du)的(de)(de)與(yu)活塞桿(gan)淬火處(chu)(chu)外圓相同尺寸的(de)(de)試件，該試件應與(yu)實際工件進行相同的(de)(de)熱(re)處(chu)(chu)理(li)過(guo)程和相同的(de)(de)高頻淬火方法。
