零件名稱(chēng)：不銹鋼活塞桿，見(jiàn)圖8-7。
材質(zhì)：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)
熱處理要求：
a. 固溶時(shí)效處理性能：Ra≥930N/m㎡;Ro3≥725N/mm2;A≥16%;Z≥50%;硬度269~302HB。
b. 圖中Φ105mmx1600mm 處高頻表面感應(yīng)淬火，硬度：45~50HRC;深度：1~1.5mm。
1. 零件常見(jiàn)的失效形式及應(yīng)具備的性能
活塞桿在工作時(shí)，承受高頻率的返復(fù)拉壓應(yīng)力，易產(chǎn)生疲勞斷裂；外表面與密封材料四氟乙烯進(jìn)行快速多次摩擦，一旦磨損嚴(yán)重，會(huì)引起介質(zhì)泄漏；其使用在含H2S成分的氣體介質(zhì)中，易遭受腐蝕。
因此，要求活塞桿具有耐腐蝕性、有較好的基體強(qiáng)度及外表面的耐磨損性能。
2. 材料選用原則及熱處理方法選擇
活塞桿選用馬氏體沉淀硬化不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)。該材料具有較好的抗H2S腐蝕性能，可滿(mǎn)足使用需要。
0Cr17Ni4Cu4Nb經(jīng)過(guò)固溶和時(shí)效處理，可以獲得要求的力學(xué)性能，保證活塞桿的整體強(qiáng)度。采用高頻表面感應(yīng)淬火，可以保證工件表面的硬度，從而提高耐磨性能和抗疲勞性能。
3. 零件主要加工工序
鍛造－過(guò)時(shí)效處理（A)-粗加工－固溶處理（B)-機(jī)加工－時(shí)效處理（C)-檢查性能－機(jī)加工－高頻表面淬火、回火（D)-磨加工－修整－檢查。
4. 熱處理工藝分析及應(yīng)注意問(wèn)題
a. 過(guò)時(shí)效處理
0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經(jīng)鍛造冷卻后，有較大的應(yīng)力和較高的硬度，不便于機(jī)械加工，組織中具有較大的合金元素過(guò)飽和度，看定性較差。所以，對(duì)鍛件應(yīng)進(jìn)行過(guò)時(shí)效處理（即高于正常時(shí)效溫度的時(shí)效處理）。通過(guò)過(guò)時(shí)效處理，基體中的合金元素充分出，析出質(zhì)點(diǎn)長(zhǎng)大，使組織處于穩(wěn)定狀態(tài)，鍛件硬度達(dá)到較低包度，應(yīng)力基本消除，便于機(jī)械加工，并為固溶處理作好組織準(zhǔn)備。具體工藝見(jiàn)圖8-8。
經(jīng)研究和實(shí)踐證明，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在630~640℃時(shí)效，將獲得最低的硬度，溫度再提高，冷卻后的組織中可能因產(chǎn)生馬氏體組織而提高硬度并降低了組織穩(wěn)定性。過(guò)時(shí)效的保溫時(shí)間應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，以保證析出相充分析出。過(guò)時(shí)效處理可采用空冷。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經(jīng)過(guò)過(guò)時(shí)效處理后，硬度一般不大于280HB。
b. 固溶處理
固溶處理是馬氏體沉淀硬化不銹鋼強(qiáng)化的重要環(huán)節(jié)。
0Cr17Ni4Cu4Nb 活塞桿固溶處理工藝見(jiàn)圖8-9。將鋼加熱到1040℃時(shí)，鋼中的鉻、鎳、鈮、銅等合金元素充分地固溶在奧氏體基體中，再以較快的速度冷卻，這些元素便以過(guò)飽和狀態(tài)保留在基體組織中，在以后的時(shí)效過(guò)程中析出并使鋼得到強(qiáng)化。固溶處理用水冷卻似乎更好一些，但曾發(fā)生過(guò)固溶水冷產(chǎn)生裂紋的事例，這個(gè)活塞桿的有效截面不大，用油冷完全可以滿(mǎn)足要求。
c. 時(shí)效處理
時(shí)效處理是馬氏體沉淀硬化不銹鋼強(qiáng)化的又一個(gè)關(guān)鍵工序。通過(guò)時(shí)效處理，使在固溶處理時(shí)過(guò)飽和溶于奧氏體中的合金元素，特別是銅、鈮以質(zhì)點(diǎn)形式充分析出，使鋼得到強(qiáng)化。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼，依據(jù)對(duì)強(qiáng)度等級(jí)要求的不同，常有幾種不同的時(shí)效溫度，根據(jù)活塞桿強(qiáng)度和力學(xué)性能的要求，采用610℃加熱溫度是合適的，一般時(shí)效的保溫時(shí)間不低于4h,以保證析出相的充分析出，達(dá)到最佳的強(qiáng)化效果。具體工藝見(jiàn)圖8-10。
這里將固溶處理和時(shí)效處理分開(kāi)敘述，而沒(méi)有像馬氏體不銹鋼調(diào)質(zhì)那樣，將淬火和回火同時(shí)敘述，是想說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，對(duì)于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，固溶處理后直接進(jìn)行時(shí)效處理，還是固溶處理后進(jìn)行機(jī)加工再進(jìn)行時(shí)效處理，這可根據(jù)零部件特征及要求的時(shí)效硬度來(lái)考慮。例如，如果要求時(shí)效處理后的強(qiáng)度等級(jí)高，即經(jīng)固溶時(shí)效處理后的硬度高，則最好在固溶處理后具有較低硬度的情況下進(jìn)行機(jī)械加工，把大量的機(jī)械加工量完成，在留有極少量的加工余量條件下進(jìn)行時(shí)效處理，因?yàn)闀r(shí)效后硬度很高，難以進(jìn)行大量的機(jī)械加工。若采用這種程序，需注意的一個(gè)商題是，一旦時(shí)效處理后性能達(dá)不到要求，則無(wú)法再重新進(jìn)行固溶處理，因?yàn)榧庸び嗔可伲瑵M(mǎn)足不了固溶變形的要求。解決這種問(wèn)題的辦法，可以在固溶處理后對(duì)試件進(jìn)行模擬時(shí)效處理，先確認(rèn)工件時(shí)效處理后的性能水平。
另一種情況是要求的時(shí)效處理后的強(qiáng)度等級(jí)較低，硬度低于固溶處理后的硬度，則可在工件固溶處理后直接進(jìn)行時(shí)效處理，再進(jìn)行機(jī)械加工，這不但能提高加工效率，而且還減少了冷熱工序間的周轉(zhuǎn)次數(shù)，方便生產(chǎn)。如果采用這種程序，最好在機(jī)械加工后進(jìn)行一次低于時(shí)效溫度的消除應(yīng)力處理。
d. 高頻表面淬火
活塞桿高頻表面淬火部位是在外圓表面，圖8-7所示的長(zhǎng)度約1600mm的部位。采用連續(xù)加熱淬火方式。工件旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)器加熱并同時(shí)噴水冷卻。
感應(yīng)器選擇：選用外圓連續(xù)加熱淬火感應(yīng)器。感應(yīng)器內(nèi)孔直徑為110mm,與工件外表面間隙2.5mm,感應(yīng)器高度為7mm。
加熱溫度：1060~1080℃。
工件淬火長(zhǎng)度總加熱時(shí)間：460s(工件相對(duì)感應(yīng)器移動(dòng)速度約為3.5mm/s).
工件旋轉(zhuǎn)速度：40~50r/min.
淬火冷卻：噴水冷卻。
回火：480℃,保溫2h,空冷。
活塞桿采用0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼，高頻表面淬火采用水冷卻不必?fù)?dān)心淬火裂紋，其原因參見(jiàn)3Cr13不銹鋼軸套高頻表面淬火相關(guān)內(nèi)容。
活塞桿高頻表面淬火硬度檢查可用表面洛氏硬度計(jì)或里氏硬度計(jì)。如果還要檢查淬硬深度或金相組織，則應(yīng)采用一定長(zhǎng)度的與活塞桿淬火處外圓相同尺寸的試件，該試件應(yīng)與實(shí)際工件進(jìn)行相同的熱處理過(guò)程和相同的高頻淬火方法。
