零件名稱(cheng)：不銹鋼(gang)平衡(heng)套，見圖8-4.
材質：3Cr13不銹鋼
熱處理要求。
a. 調質(zhi)硬度：241~285HB.
b. Φ105內(nei)孔離子滲氨。硬度≥650HV;深度≥0.3mm.
c. A面高頻感應加熱淬火硬(ying)度，50~56HRC;深度1~1.5mm.
1. 零(ling)件(jian)常(chang)見(jian)的失效形(xing)式及應具備的性能
平衡(heng)(heng)套是(shi)用(yong)以平衡(heng)(heng)軸向力的(de)重要功能件(jian)，長期在180℃左右(you)(you)具有一定腐蝕性能的(de)水介質中工作，內孔(kong)與軸套有0.3mm的(de)左右(you)(you)間隙，A面與平衡(heng)(heng)盤正常時(shi)有0.06~0.07mm的(de)間隙。在設備啟(qi)動(dong)、停轉時(shi)，內孔(kong)及(ji)A面有可能與對應件(jian)接觸而磨損，又有高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)速(su)水流動(dong)沖刷，可能被(bei)沖蝕。一旦出現被(bei)磨損或沖蝕，將對設備的(de)性能產(chan)生很大的(de)影響(xiang)。
因此(ci)，除要求平衡套有一定的(de)耐(nai)腐蝕性，一定的(de)基體強度外，尤其(qi)要求內孔(kong)及A面具(ju)有較高(gao)的(de)耐(nai)磨損、耐(nai)沖刷性能，即應具(ju)有較高(gao)的(de)硬度。
2. 材(cai)料(liao)選(xuan)用原則及熱處理方(fang)法(fa)選(xuan)擇(ze)
平衡套(tao)采用3Cr13馬(ma)氏體不銹鋼鍛(duan)件。3Cr13 鋼具有一定的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)，可(ke)勝(sheng)任(ren)在高(gao)(gao)(gao)溫(wen)水中的(de)工作(zuo)。3Cr13鋼可(ke)以通過(guo)(guo)調質處理(li)提高(gao)(gao)(gao)整體強度(du)，又可(ke)通過(guo)(guo)高(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面(mian)感應(ying)淬(cui)火、離(li)(li)子(zi)滲(shen)氮等表面(mian)熱處理(li)方法(fa)提高(gao)(gao)(gao)表面(mian)硬度(du)和耐(nai)磨性(xing)。Φ105mm內孔高(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面(mian)淬(cui)火難度(du)大，采用離(li)(li)子(zi)滲(shen)氮，硬化層(ceng)雖然(ran)較(jiao)薄，但可(ke)滿足要(yao)求(qiu)。而A面(mian)需要(yao)有較(jiao)厚的(de)硬化層(ceng)，且用高(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面(mian)淬(cui)火方便可(ke)行，比離(li)(li)子(zi)滲(shen)氮硬層(ceng)厚，故采用高(gao)(gao)(gao)頻(pin)表面(mian)淬(cui)火。通過(guo)(guo)上述熱處理(li)手段，完全(quan)可(ke)以滿足工件的(de)使(shi)用功能要(yao)求(qiu)。
3. 零(ling)件(jian)主要加工工序
鍛(duan)造(zao)－退火（A)-粗加工－調質(zhi)（B)-機(ji)加工－高(gao)溫時(shi)效（C)-加工（離子滲氮的內孔加工到尺寸(cun)，A表面(mian)(mian)(mian)留 0.2mm磨量）－離子滲氮（D)-A面(mian)(mian)(mian)表面(mian)(mian)(mian)淬火、回火（E)-磨A面(mian)(mian)(mian)－清理－檢查。
4. 熱處理(li)工(gong)藝分析及注意問(wen)題(ti)
a. 退火
見軸(zhou)套退(tui)火
b. 調質
見軸套調質
c. 高(gao)溫時效
高(gao)溫時(shi)(shi)效(xiao)的(de)目(mu)的(de)是為(wei)了較(jiao)徹底地消除或減少以前各加工工序(xu)產生的(de)應力，即保證零件(jian)滲(shen)氮(dan)前不存(cun)在較(jiao)大的(de)應力，防止零件(jian)滲(shen)氮(dan)時(shi)(shi)產生變形，實質上，高(gao)溫時(shi)(shi)效(xiao)是作為(wei)離子滲(shen)氮(dan)前的(de)預處理工序(xu)。
高溫(wen)時效工藝(yi)見圖8-5.
高溫(wen)時(shi)(shi)效溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的選定原則是，低于調質回火溫(wen)度(du)(du)(du)(du)以下(xia)20~40℃,高于離(li)子(zi)滲氨溫(wen)度(du)(du)(du)(du)。根據平衡套零(ling)件(jian)的調質工藝(yi)和(he)離(li)子(zi)滲氮工藝(yi)，確定高溫(wen)時(shi)(shi)效溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為580~600℃,這(zhe)樣(yang)，既可保持(chi)調質硬(ying)度(du)(du)(du)(du)和(he)強度(du)(du)(du)(du)基(ji)本不變，還可使零(ling)件(jian)具有保證離(li)子(zi)滲氨時(shi)(shi)無(wu)殘余應力的基(ji)本要求。
高溫時效采用爐冷至400℃以(yi)下(xia)出爐，以(yi)盡(jin)量減少零件產生新的(de)應力(li)。
d. 離子滲氮
該(gai)平衡套(tao)用100kV離子滲(shen)氮爐處(chu)理，爐的有效空間約(yue)為ф600x1200(mm).
滲(shen)氮溫(wen)(wen)(wen)度選定(ding)為(wei)(wei)540~560℃,這個溫(wen)(wen)(wen)度是3Cr13馬氏體不銹(xiu)鋼可(ke)滲(shen)氮的中(zhong)下(xia)限(xian)溫(wen)(wen)(wen)度，主要(yao)考慮(lv)了平衡套根據調質回火溫(wen)(wen)(wen)度確(que)定(ding)的高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時效(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)(wen)度為(wei)(wei)580~560℃,離子滲(shen)氮溫(wen)(wen)(wen)度應低于(yu)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時效(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)(wen)度。具體工藝見(jian)圖8-6。
3Cr13不銹鋼(gang)屬(shu)于高合金元素材(cai)料，滲氮速度(du)偏慢(man)，所以，應采用較長的保(bao)溫時(shi)間。
平衡套屬薄壁易變形件，應適當控(kong)制升溫、降溫速度和(he)出爐溫度，以保證零件具有較(jiao)小的應力和(he)滲氨時的較(jiao)小變形度。低于100℃出爐，還可保證零件表面不出現氧化而呈銀白色。
在實(shi)際操作中，控(kong)制為較(jiao)小的電(dian)流和電(dian)壓，實(shi)現較(jiao)慢(man)的升溫速(su)度。
根據使(shi)用(yong)設備的容積(ji)及實際(ji)裝爐(lu)量(liang)、工件有效(xiao)表面積(ji)等因素(su)，采用(yong)0.3m/h的氨氣供給量(liang)。
該平衡(heng)套滲(shen)(shen)氮(dan)內(nei)孔(kong)(kong)為Φ105mm,高度為115mm,如此徑高比的內(nei)孔(kong)(kong)滲(shen)(shen)氮(dan)不必在(zai)孔(kong)(kong)內(nei)施加輔(fu)助(zhu)陽極，也(ye)可(ke)獲得滿(man)意的滲(shen)(shen)氮(dan)效果。
該零件(jian)的(de)設計(ji)條件(jian)只(zhi)要求內孔離子滲(shen)氮，但只(zhi)內孔滲(shen)氮時，大量(liang)非滲(shen)氮面需(xu)屏(ping)蔽或采取其他防滲(shen)氮措施，不(bu)僅增加(jia)了(le)操作(zuo)的(de)復雜性(xing)，還增加(jia)了(le)處理成(cheng)本。而其他面離子滲(shen)氮對使用并(bing)無不(bu)利影響(xiang)，只(zhi)是在冷加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)上適(shi)當考慮即(ji)可。經設計(ji)人員同意，實際(ji)滲(shen)氮時是全部(bu)滲(shen)氮。
設(she)計要求(qiu)高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)(mian)感應淬火的(de)A面(mian)(mian)(mian)(mian)，經離子滲(shen)氮(dan)(dan)后再進行高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)(mian)加熱淬火，不但對高(gao)頻(pin)處理效果和(he)質量無不利影響，反而有積極的(de)作(zuo)用，因為工件表面(mian)(mian)(mian)(mian)滲(shen)氮(dan)(dan)后，表面(mian)(mian)(mian)(mian)富集了高(gao)濃度(du)的(de)氮(dan)(dan)元(yuan)素，經高(gao)頻(pin)加熱淬火后，獲得富氮(dan)(dan)的(de)馬氏體組織(zhi)，使馬氏體更(geng)(geng)均勻(yun)、更(geng)(geng)細，具有更(geng)(geng)高(gao)的(de)硬度(du)，對提高(gao)使用功(gong)能更(geng)(geng)有利。先(xian)離子滲(shen)氮(dan)(dan)再高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)(mian)(mian)加熱淬火，這是常(chang)采用的(de)所謂(wei)“表面(mian)(mian)(mian)(mian)復合熱處理”的(de)方法之一。
平衡套離子滲氮(dan)后的(de)硬度檢查可(ke)(ke)以在工(gong)件可(ke)(ke)檢面(mian)上進行，也可(ke)(ke)用同材質、同狀態、同爐處(chu)理的(de)試(shi)塊進行。如果檢查滲氮(dan)深度或金相(xiang)組(zu)織(zhi)，則必(bi)須在同爐試(shi)塊上進行。
離子滲氮滲層較淺，進行硬(ying)度檢驗(yan)時應采用負荷(he)不(bu)大于9.8N的(de)硬(ying)度檢測設備。
e. 高頻(pin)表(biao)面淬火
平衡套高頻表面淬火部位是內徑為180mm、外徑為220mm的圓(yuan)環表面，即圖中的A面。采用連續加熱淬火方(fang)式，工(gong)件旋轉(zhuan)，感(gan)應器加熱并同時噴水冷卻。
感應(ying)器選(xuan)擇：選(xuan)用指型連續加熱(re)淬火感應(ying)器，感應(ying)器有效加熱(re)冷(leng)卻長度與A面(mian)寬(kuan)度（即圓環(huan)面(mian)寬(kuan)度）相(xiang)同，應(ying)為(wei)20mm,感應(ying)器加熱(re)部分(fen)的寬(kuan)度為(wei)7mm。
加熱(re)溫(wen)度：1080~1100℃。
工件總加熱時(shi)間(jian)約(yue)為135s(即工件旋轉一周時(shi)間(jian)約(yue)為135s)
淬火冷卻：噴水冷卻。
回火：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果設備功率足夠(gou)大，也可同時加熱淬火，采用圓(yuan)環形平面感應器加熱，浸(jin)水冷卻。
采用同時加(jia)熱(re)(re)淬火方法可防(fang)(fang)止采用連續(xu)加(jia)熱(re)(re)淬火方法時在淬火面頭尾(wei)銜接處的軟帶，但(dan)對感應(ying)器平行度的要求更嚴格。平面感應(ying)加(jia)熱(re)(re)時，應(ying)注意防(fang)(fang)止邊緣部分(fen)的過熱(re)(re)和(he)(he)裂紋，需要在選用和(he)(he)制造感應(ying)器時予以考慮。
平衡套也是3Cr13馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，所以，有關(guan)高(gao)頻表面(mian)淬(cui)火的注意(yi)事(shi)項參照(zhao)軸(zhou)套高(gao)頻表面(mian)淬(cui)火的有關(guan)說(shuo)明。
