零件(jian)名稱：不銹鋼平衡套，見圖(tu)8-4.
材質：3Cr13不銹鋼
熱(re)處理(li)要求。
a. 調(diao)質硬度：241~285HB.
b. Φ105內(nei)孔離子滲氨。硬度(du)≥650HV;深(shen)度(du)≥0.3mm.
c. A面高頻感(gan)應(ying)加熱(re)淬火硬度，50~56HRC;深度1~1.5mm.
1. 零件常見的失效形(xing)式及(ji)應(ying)具備的性(xing)能
平衡套是用以(yi)平衡軸向力的重(zhong)要(yao)功能(neng)(neng)件(jian)(jian)，長期在180℃左右具有一定腐蝕性能(neng)(neng)的水介質中(zhong)工(gong)作，內孔與(yu)軸套有0.3mm的左右間隙，A面與(yu)平衡盤正常時有0.06~0.07mm的間隙。在設(she)備啟動、停轉時，內孔及(ji)A面有可能(neng)(neng)與(yu)對(dui)應件(jian)(jian)接觸而磨損(sun)，又有高溫高速水流動沖刷(shua)，可能(neng)(neng)被(bei)沖蝕。一旦出現被(bei)磨損(sun)或沖蝕，將對(dui)設(she)備的性能(neng)(neng)產生很大的影響。
因此，除(chu)要(yao)求(qiu)平衡套有(you)(you)一定的(de)耐(nai)腐蝕性(xing)，一定的(de)基體強度(du)外(wai)，尤其要(yao)求(qiu)內孔及(ji)A面具(ju)有(you)(you)較(jiao)(jiao)高的(de)耐(nai)磨(mo)損、耐(nai)沖刷性(xing)能，即應具(ju)有(you)(you)較(jiao)(jiao)高的(de)硬度(du)。
2. 材料選用原則及熱處(chu)理方法選擇
平衡套采用3Cr13馬氏體(ti)不銹鋼鍛(duan)件。3Cr13 鋼具(ju)有(you)一定的(de)耐(nai)腐蝕性，可勝任在高(gao)溫(wen)水中的(de)工(gong)(gong)作。3Cr13鋼可以通過調質(zhi)處理(li)提(ti)高(gao)整體(ti)強度，又可通過高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)感應淬火(huo)、離子(zi)滲(shen)氮(dan)等表面(mian)(mian)熱處理(li)方法提(ti)高(gao)表面(mian)(mian)硬(ying)度和耐(nai)磨(mo)性。Φ105mm內孔高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)淬火(huo)難度大，采用離子(zi)滲(shen)氮(dan)，硬(ying)化(hua)層(ceng)雖然(ran)較(jiao)薄，但可滿足要(yao)求。而A面(mian)(mian)需要(yao)有(you)較(jiao)厚(hou)的(de)硬(ying)化(hua)層(ceng)，且用高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)淬火(huo)方便可行，比離子(zi)滲(shen)氮(dan)硬(ying)層(ceng)厚(hou)，故采用高(gao)頻(pin)表面(mian)(mian)淬火(huo)。通過上述熱處理(li)手段，完全(quan)可以滿足工(gong)(gong)件的(de)使(shi)用功(gong)能(neng)要(yao)求。
3. 零(ling)件主要加工(gong)(gong)工(gong)(gong)序
鍛造－退(tui)火(huo)(huo)（A)-粗(cu)加工(gong)－調質（B)-機(ji)加工(gong)－高(gao)溫(wen)時效(xiao)（C)-加工(gong)（離(li)子(zi)滲氮的內孔加工(gong)到尺寸，A表面(mian)留(liu) 0.2mm磨量）－離(li)子(zi)滲氮（D)-A面(mian)表面(mian)淬火(huo)(huo)、回(hui)火(huo)(huo)（E)-磨A面(mian)－清(qing)理－檢(jian)查(cha)。
4. 熱處(chu)理工(gong)藝分析及注意問題
a. 退(tui)火
見(jian)軸套退火
b. 調(diao)質(zhi)
見軸套調(diao)質
c. 高溫時(shi)效
高溫時效的(de)(de)目的(de)(de)是為(wei)了較(jiao)徹底地(di)消除或減少以前(qian)(qian)各加工(gong)工(gong)序產生的(de)(de)應力(li)，即保證(zheng)零件(jian)滲(shen)氮前(qian)(qian)不(bu)存在較(jiao)大的(de)(de)應力(li)，防止(zhi)零件(jian)滲(shen)氮時產生變形，實質(zhi)上，高溫時效是作(zuo)為(wei)離子滲(shen)氮前(qian)(qian)的(de)(de)預處理工(gong)序。
高溫時效工藝見(jian)圖8-5.
高溫時效(xiao)溫度的(de)(de)選定原(yuan)則是(shi)，低于調質(zhi)回火溫度以(yi)下(xia)20~40℃,高于離(li)子(zi)(zi)滲氨(an)溫度。根據平衡套零(ling)件的(de)(de)調質(zhi)工藝和離(li)子(zi)(zi)滲氮(dan)工藝，確定高溫時效(xiao)溫度為580~600℃,這(zhe)樣，既(ji)可保持調質(zhi)硬度和強度基本不變，還(huan)可使零(ling)件具有(you)保證離(li)子(zi)(zi)滲氨(an)時無殘余應力的(de)(de)基本要(yao)求(qiu)。
高溫時效采用爐冷至400℃以下出(chu)爐，以盡量減少(shao)零件產生新的應(ying)力。
d. 離子滲(shen)氮(dan)
該平衡套用100kV離(li)子(zi)滲氮爐處(chu)理，爐的有效空(kong)間約為(wei)ф600x1200(mm).
滲(shen)氮溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)選定(ding)為(wei)540~560℃,這(zhe)個溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)是3Cr13馬氏體不(bu)銹鋼可(ke)滲(shen)氮的中下限溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，主要考慮了(le)平衡套根據調質回火溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)確定(ding)的高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)效溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)為(wei)580~560℃,離子滲(shen)氮溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)應低于高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)效溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)。具體工藝見圖8-6。
3Cr13不銹鋼屬于高合(he)金元素(su)材料(liao)，滲氮速度偏(pian)慢，所以，應采用較長(chang)的保(bao)溫時間。
平衡套屬薄壁易(yi)變形件，應適當控(kong)制升溫、降溫速(su)度(du)和出爐溫度(du)，以保證(zheng)零件具有較(jiao)小的(de)應力和滲(shen)氨時的(de)較(jiao)小變形度(du)。低于100℃出爐，還可保證(zheng)零件表面(mian)不出現氧化而呈銀白色(se)。
在實(shi)際操(cao)作中，控制(zhi)為較小的(de)電(dian)流和電(dian)壓，實(shi)現較慢的(de)升(sheng)溫(wen)速度(du)。
根據(ju)使用設備的容積及(ji)實際(ji)裝(zhuang)爐量、工(gong)件(jian)有效表面積等因素，采用0.3m/h的氨氣(qi)供給量。
該(gai)平衡套滲(shen)氮(dan)(dan)內(nei)孔為(wei)Φ105mm,高度(du)為(wei)115mm,如此徑高比的內(nei)孔滲(shen)氮(dan)(dan)不必在孔內(nei)施加輔助陽極，也可(ke)獲得滿(man)意(yi)的滲(shen)氮(dan)(dan)效果。
該零件(jian)的設(she)計條件(jian)只要(yao)求內孔離(li)子滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)，但只內孔滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)時，大量非滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)面需屏蔽或采取其他防滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)措施，不僅增(zeng)加了(le)操作的復雜性，還增(zeng)加了(le)處理成本。而其他面離(li)子滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)對使用并無(wu)不利(li)影響，只是在冷加工工藝上適當考(kao)慮即可(ke)。經(jing)設(she)計人員同意，實(shi)際滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)時是全部滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)。
設計要求高(gao)(gao)頻表(biao)(biao)(biao)面(mian)感(gan)應淬(cui)火的(de)(de)(de)A面(mian)，經離子(zi)滲(shen)氮(dan)(dan)后(hou)再進(jin)行高(gao)(gao)頻表(biao)(biao)(biao)面(mian)加熱淬(cui)火，不但對高(gao)(gao)頻處理效果(guo)和(he)質量無(wu)不利影響，反而有(you)積極(ji)的(de)(de)(de)作用，因為工(gong)件表(biao)(biao)(biao)面(mian)滲(shen)氮(dan)(dan)后(hou)，表(biao)(biao)(biao)面(mian)富(fu)集了高(gao)(gao)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)元素，經高(gao)(gao)頻加熱淬(cui)火后(hou)，獲得富(fu)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)馬氏體組織，使馬氏體更均勻、更細，具有(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)硬度(du)，對提高(gao)(gao)使用功能更有(you)利。先(xian)離子(zi)滲(shen)氮(dan)(dan)再高(gao)(gao)頻表(biao)(biao)(biao)面(mian)加熱淬(cui)火，這是常采用的(de)(de)(de)所謂“表(biao)(biao)(biao)面(mian)復合熱處理”的(de)(de)(de)方法之一(yi)。
平衡套離子滲氮后的硬度檢(jian)(jian)查(cha)可(ke)(ke)以在工件(jian)可(ke)(ke)檢(jian)(jian)面上進(jin)行，也可(ke)(ke)用同(tong)(tong)材質、同(tong)(tong)狀態、同(tong)(tong)爐處理的試(shi)塊進(jin)行。如(ru)果檢(jian)(jian)查(cha)滲氮深(shen)度或金相組織，則(ze)必須在同(tong)(tong)爐試(shi)塊上進(jin)行。
離子滲(shen)氮滲(shen)層較淺，進(jin)行硬度(du)檢(jian)驗時應采用負荷不大于9.8N的硬度(du)檢(jian)測(ce)設備。
e. 高頻表面淬火
平衡套(tao)高(gao)頻表(biao)面(mian)淬(cui)火部位是(shi)內徑(jing)(jing)為180mm、外(wai)徑(jing)(jing)為220mm的圓環表(biao)面(mian)，即圖中的A面(mian)。采用連續(xu)加熱淬(cui)火方式，工件旋轉，感(gan)應器加熱并同時噴水冷卻(que)。
感(gan)應器選(xuan)擇：選(xuan)用指型連續加熱淬(cui)火(huo)感(gan)應器，感(gan)應器有效(xiao)加熱冷卻長度(du)與A面(mian)寬度(du)（即圓環面(mian)寬度(du)）相同，應為(wei)20mm,感(gan)應器加熱部分的寬度(du)為(wei)7mm。
加熱溫度：1080~1100℃。
工(gong)件(jian)總(zong)加(jia)熱(re)時間(jian)(jian)約為(wei)135s(即工(gong)件(jian)旋轉一周時間(jian)(jian)約為(wei)135s)
淬火冷卻：噴(pen)水冷卻。
回火(huo)：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果設(she)備功率(lv)足夠大(da)，也可同時加(jia)熱(re)淬火(huo)，采用圓環形平面感應器加(jia)熱(re)，浸水冷卻。
采用同(tong)時(shi)(shi)加熱淬火(huo)方(fang)法可防止采用連續加熱淬火(huo)方(fang)法時(shi)(shi)在淬火(huo)面頭(tou)尾(wei)銜接處的(de)軟帶，但對感應器平行度的(de)要求更嚴(yan)格。平面感應加熱時(shi)(shi)，應注意(yi)防止邊緣部分的(de)過熱和裂(lie)紋，需(xu)要在選(xuan)用和制造感應器時(shi)(shi)予以(yi)考慮。
平衡(heng)套也是3Cr13馬氏體不銹(xiu)鋼，所以，有(you)(you)關高頻表面(mian)淬火的(de)注(zhu)意事項(xiang)參照軸套高頻表面(mian)淬火的(de)有(you)(you)關說明。
