零件名稱：不銹鋼軸套，見圖8-1.


圖 1.jpg



材質(zhì)：3Cr13不銹鋼


熱處理要求：


  a. 調(diào)質(zhì)硬度：241~285HB.


   b. 中120mm外圓部位，在圖示長度內(nèi)表面淬火硬度，50、56HRC;深度，1~1.5mm.


1. 零件常見的失效形式及應具備的性能


  零件外圓表面與密封材料產(chǎn)生摩擦，因磨損使間隙增大，發(fā)生介質(zhì)泄漏。


  要求零件基體具有一定的強度，表面具有較高的硬度和耐磨損性能。零件又長期在有一定腐蝕性的高溫水介質(zhì)中運轉(zhuǎn)，需要一定的耐腐蝕性。


2. 材料選用原則及熱處理方法選擇


  軸套材料選用3Cr13馬氏體不銹鋼鍛件。3Cr13具有一定的耐腐蝕性，可滿足抗高溫水介質(zhì)腐蝕的條件?？捎谜{(diào)質(zhì)熱處理提高零件的整體強度，滿足241~285HB的硬度要求，可以通過高頻感應加熱淬火方法，使軸套工件表面硬度提高到50~56HRC.從而滿足零件的設計和使用要求。


 3. 零件主要加工工序


  鍛造－退火（A)-機加工－調(diào)質(zhì)（B)-機加工－高頻表面淬火（C)-磨外圓－修整－檢查。


4. 熱處理工藝分析及注意問題


  a. 退火


  3Cr13屬于接近共析成分的馬氏體不銹鋼。在鍛造及鍛后冷卻過程中，可能存在較大的殘留應力和組織的不均勻性，硬度偏高，不便加工，因此，應采用完全退火處理，以達到消除應辦、改善組織、降低硬度的作用。退火工藝見圖8-2。


圖 2.jpg


  完全退火加熱溫度可選870~890℃,充分保溫后爐冷或以不大于50℃/h的速度冷卻至550℃以下出爐。


  3Cr13鋼合金元素較多，應控制入爐溫度和升溫速度，以保證工件加熱均勻和防止產(chǎn)生加熱裂紋。冷卻時一定要控制冷卻選度，保證能獲得平衡穩(wěn)定組織和有效地降低硬度。工件降溫至550℃以下可出爐空冷。應注意，當工件裝爐量較大時，在冷卻過程中，設備儀表指示的溫度雖然顯示550℃,但中間工件的實際溫度有可能高于儀表指示的溫度，必須保證工件溫度低于550℃時出爐，否則，工件硬度會增高。


  3Cr13鍛件經(jīng)完全退火處理后，金相組織應為珠光體或少量碳化物。退火后的硬度一般不大于220HB。


 b. 調(diào)質(zhì)


 與其他鋼調(diào)質(zhì)一樣，3Cr13 鋼調(diào)質(zhì)是淬火后進行高溫回火。具體工藝見圖8-3。


圖 3.jpg


  3Cr13的淬火加熱溫度應偏高一些，以保證鉻的碳化物充分溶解，選擇在1020~1040℃加熱。該零件在調(diào)質(zhì)時已經(jīng)粗加工，壁厚約23mm,又屬細長套類件，且是整批裝入爐內(nèi)同時加熱處理，所以，保溫時間取加熱系數(shù)為1min/mm;有效熱處理直徑取23×1.5=34.5mm;裝爐系數(shù)取2,故總保溫時間t=1×34.5×2=69(min),實際工藝給定范圍為70~80min.軸套主要應保證基體強度，對沖擊韌性無太高的要求，且有效尺寸不大，所以，淬火冷卻采用空氣冷卻即可滿足需要。當然，空氣冷卻時，應放干燥處散放冷卻。淬火組織應為馬氏體和少量碳化物，硬度應不小于380HB.


  3Cr13鋼的回火脆性不太明顯，且該零件對沖擊韌性無明顯要求，回火采用空氣冷卻。回火后的組織應為回火索氏體，硬度在241~285HB之間。


c. 高頻表面淬火


  3Cr13高頻表面感應加熱淬火后可獲得較高的硬度，軸套表面淬火長度約144mm,應采用連續(xù)加熱淬火方式。即工件和感應器之間進行相對移動，邊加熱邊冷卻淬火。


 感應器的選擇：選用單匝連續(xù)加熱淬火感應器，感應器內(nèi)孔直徑為124mm,與工件淬火表面間隙為2mm,感應器高度為8mm.


 加熱溫度：1080~1100℃.


 工件淬火長度總加熱時間：30s(工件相對感應器移動速度約4.8mm/s).


 工件旋轉(zhuǎn)速度：40~50r/min.


 淬火冷卻：噴水冷卻。


 回火：200~240℃,保溫1~1.5h.


 3Cr13不銹鋼高頻淬火加熱溫度應偏高一些，這是為了保證鉻的碳化物充分溶解。


  感應器的選擇很重要，根據(jù)軸套的淬火部位和3Cr13不銹鋼加熱組織的轉(zhuǎn)變特點，感應器內(nèi)面與淬火表面的間隙保持在2-2.5mm是比較合適的。間隙太小，容易引起表面過熱；間隙太大，不但降低加熱效率，還保證不了如此高的加熱溫度。


  3Cr13不銹鋼盡管在用爐整體加熱淬火時，可根據(jù)具體情況采用空氣冷卻或油冷卻，而不能用水冷卻，但在高頻感應加熱表面淬火時，卻可采用水冷卻，這是因為高頻感應加熱表面淬火時，工件表面產(chǎn)生的是壓應力，而最大拉應力存在于超過淬火層深度的工件內(nèi)部，并且，這個部位是調(diào)質(zhì)組織，基體具有較高的強度。


 3Cr13馬氏體不銹鋼套類零件進行高頻表面淬火時，應注意對套內(nèi)孔表面保留稍大的加工余量，即保持套類有一定的壁厚，一般淬火部位壁厚不小于8mm,如果壁厚太薄，在感應加熱時，特別是感應器與工件間隙大，加熱速度較慢時，有可能使套內(nèi)表面加熱到較高溫度，在冷卻后，內(nèi)表面硬度會很高，難以進行內(nèi)孔的機械加工，還會使變形加大。


 軸套經(jīng)高頻表面淬火后，可用表面洛氏硬度計檢查硬度。如果還要檢查淬火深度或金相組織，則應事先準備一件材料及主要尺寸與軸套淬火部位相同的仿形件，再采用與軸套淬火相同的工藝加熱淬火，然后，檢查仿形件的淬火深度和金相組織，以這個檢查結果代表該批軸套的淬火結果。