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面與平衡盤正常時有0.06~0.07mm的間隙。在設備啟動、停轉(zhuǎn)時，內(nèi)孔及A面有可能與對應件接觸而磨損，又有高溫高速水流動沖刷，可能被沖蝕。一旦出現(xiàn)被磨損或沖蝕，將對設備的性能產(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)處理提高整體強度，又可通過高頻表面感應淬火、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)-機加工－高溫時效（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. 高溫時效
高溫時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)生的應力，即保證零件滲氮前不存在較大的應力，防止零件滲氮時產(chǎn)生變形，實質(zhì)上，高溫時效是作為離子滲氮前的預處理工序。
高溫時效工藝見圖8-5.
高溫時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，確定高溫時效溫度為580~600℃,這樣，既可保持調(diào)質(zhì)硬度和強度基本不變，還可使零件具有保證離子滲氨時無殘余應力的基本要求。
高溫時效采用爐冷至400℃以下出爐，以盡量減少零件產(chǎn)生新的應力。
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效溫度為580~560℃,離子滲氮溫度應低于高溫時效溫度。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，應采用較長的保溫時間。
平衡套屬薄壁易變形件，應適當控制升溫、降溫速度和出爐溫度，以保證零件具有較小的應力和滲氨時的較小變形度。低于100℃出爐，還可保證零件表面不出現(xiàn)氧化而呈銀白色。
在實際操作中，控制為較小的電流和電壓，實現(xiàn)較慢的升溫速度。
根據(jù)使用設備的容積及實際裝爐量、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。
該零件的設計條件只要求內(nèi)孔離子滲氮，但只內(nèi)孔滲氮時，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考慮即可。經(jīng)設計人員同意，實際滲氮時是全部滲氮。
設計要求高頻表面感應淬火的A面，經(jīng)離子滲氮后再進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，因為工件表面滲氮后，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，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行，也可用同材質(zhì)、同狀態(tài)、同爐處理的試塊進行。如果檢查滲氮深度或金相組織，則必須在同爐試塊上進行。
離子滲氮滲層較淺，進行硬度檢驗時應采用負荷不大于9.8N的硬度檢測設備。
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)，感應器加熱并同時噴水冷卻。
感應器選擇：選用指型連續(xù)加熱淬火感應器，感應器有效加熱冷卻長度與A面寬度（即圓環(huán)面寬度）相同，應為20mm,感應器加熱部分的寬度為7mm。
加熱溫度：1080~1100℃。
工件總加熱時間約為135s(即工件旋轉(zhuǎn)一周時間約為135s)
淬火冷卻：噴水冷卻。
回火：200~240℃,保溫1~1.5h.
如果設備功率足夠大，也可同時加熱淬火，采用圓環(huán)形平面感應器加熱，浸水冷卻。
采用同時加熱淬火方法可防止采用連續(xù)加熱淬火方法時在淬火面頭尾銜接處的軟帶，但對感應器平行度的要求更嚴格。平面感應加熱時，應注意防止邊緣部分的過熱和裂紋，需要在選用和制造感應器時予以考慮。
平衡套也是3Cr13馬氏體不銹鋼，所以，有關高頻表面淬火的注意事項參照軸套高頻表面淬火的有關說明。
