零件名稱：不銹鋼活塞桿，見圖8-7。
材(cai)質(zhi)：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)
熱處理要求(qiu)：
a. 固溶時(shi)效(xiao)處理(li)性(xing)能：Ra≥930N/m㎡;Ro3≥725N/mm2;A≥16%;Z≥50%;硬度(du)269~302HB。
b. 圖中Φ105mmx1600mm 處高頻表面感應淬火，硬(ying)度(du)：45~50HRC;深度(du)：1~1.5mm。
1. 零件常見的(de)失效形式及(ji)應具備的(de)性能
活塞桿(gan)在(zai)工作時，承受(shou)高頻率的返復(fu)拉壓應力，易產生(sheng)疲勞斷裂；外表面與密封材(cai)料(liao)四氟乙(yi)烯進(jin)行快速多次摩擦(ca)，一(yi)旦磨(mo)損嚴重，會引起介質泄漏；其使用在(zai)含H2S成分的氣體介質中，易遭受(shou)腐蝕。
因此，要求活塞桿具(ju)有耐腐蝕性、有較好(hao)的(de)基體強度(du)及外表面的(de)耐磨損(sun)性能(neng)。
2. 材料選(xuan)用原則及熱處(chu)理(li)方法選(xuan)擇
活塞桿選用馬(ma)氏體(ti)沉淀硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)。該材料具(ju)有較好的抗H2S腐蝕性能(neng)，可滿足使用需要。
0Cr17Ni4Cu4Nb經過固溶和(he)時效處理(li)，可以獲得要求(qiu)的力學性能(neng)，保證(zheng)活塞桿的整體強(qiang)度。采用高(gao)頻表面感應淬火(huo)，可以保證(zheng)工件(jian)表面的硬度，從而提高(gao)耐(nai)磨(mo)性能(neng)和(he)抗疲勞性能(neng)。
3. 零件(jian)主要加工工序
鍛造－過(guo)時(shi)效(xiao)處理(li)（A)-粗加工(gong)(gong)－固溶處理(li)（B)-機加工(gong)(gong)－時(shi)效(xiao)處理(li)（C)-檢(jian)查(cha)性能(neng)－機加工(gong)(gong)－高頻表面(mian)淬火(huo)、回火(huo)（D)-磨加工(gong)(gong)－修整(zheng)－檢(jian)查(cha)。
4. 熱處理工藝分(fen)析及(ji)應注(zhu)意問題
a. 過時效處理(li)
0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件(jian)經鍛造冷卻后(hou)，有較大(da)(da)的(de)(de)應(ying)力和(he)較高的(de)(de)硬度，不(bu)便于機械加工，組織(zhi)中具有較大(da)(da)的(de)(de)合金元(yuan)素過飽和(he)度，看定(ding)(ding)性較差(cha)。所以，對鍛件(jian)應(ying)進(jin)行過時(shi)效處理（即高于正(zheng)常時(shi)效溫度的(de)(de)時(shi)效處理）。通過過時(shi)效處理，基體中的(de)(de)合金元(yuan)素充分出，析(xi)出質點(dian)長大(da)(da)，使組織(zhi)處于穩定(ding)(ding)狀態，鍛件(jian)硬度達到較低包(bao)度，應(ying)力基本消除，便于機械加工，并為固溶處理作好(hao)組織(zhi)準備。具體工藝見圖8-8。
經研究和(he)實踐證明，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在(zai)630~640℃時(shi)(shi)(shi)效，將獲得最低的硬度，溫度再(zai)提(ti)高(gao)，冷卻后(hou)的組織中(zhong)可能因產生馬氏(shi)體組織而提(ti)高(gao)硬度并降低了組織穩定性。過時(shi)(shi)(shi)效的保(bao)溫時(shi)(shi)(shi)間應適當長(chang)一些，以保(bao)證析(xi)出(chu)相充(chong)分(fen)析(xi)出(chu)。過時(shi)(shi)(shi)效處(chu)理可采(cai)用空(kong)冷。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛(duan)件經過過時(shi)(shi)(shi)效處(chu)理后(hou)，硬度一般(ban)不(bu)大于280HB。
b. 固溶處理
固溶處理是馬氏(shi)體(ti)沉淀硬化(hua)(hua)不銹鋼強化(hua)(hua)的重要環節。
0Cr17Ni4Cu4Nb 活塞(sai)桿(gan)(gan)固溶處理工藝(yi)見圖8-9。將鋼加熱到(dao)1040℃時，鋼中(zhong)的鉻、鎳(nie)、鈮、銅等合金元素充分地(di)固溶在奧氏(shi)體(ti)(ti)基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)，再以(yi)(yi)較快的速度冷(leng)(leng)卻，這(zhe)些(xie)(xie)元素便以(yi)(yi)過飽和狀態(tai)保留(liu)在基(ji)體(ti)(ti)組織中(zhong)，在以(yi)(yi)后的時效過程中(zhong)析出并(bing)使鋼得到(dao)強化。固溶處理用水(shui)冷(leng)(leng)卻似乎更好一些(xie)(xie)，但曾發生過固溶水(shui)冷(leng)(leng)產生裂紋的事例，這(zhe)個活塞(sai)桿(gan)(gan)的有效截面不(bu)大，用油冷(leng)(leng)完全(quan)可以(yi)(yi)滿足要求。
c. 時效處理
時(shi)效(xiao)處理(li)是馬氏體沉淀(dian)硬化不(bu)銹鋼(gang)強化的(de)又一個關鍵工序。通過(guo)(guo)時(shi)效(xiao)處理(li)，使(shi)在固溶處理(li)時(shi)過(guo)(guo)飽和(he)溶于奧氏體中的(de)合金元素，特別是銅、鈮(ni)以質(zhi)點形式充(chong)分析出(chu)(chu)，使(shi)鋼(gang)得到強化。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼(gang)，依據對(dui)強度(du)(du)等級要求的(de)不(bu)同，常(chang)有幾種不(bu)同的(de)時(shi)效(xiao)溫(wen)度(du)(du)，根據活塞桿強度(du)(du)和(he)力學性(xing)能的(de)要求，采用(yong)610℃加熱溫(wen)度(du)(du)是合適的(de)，一般時(shi)效(xiao)的(de)保溫(wen)時(shi)間不(bu)低于4h,以保證(zheng)析出(chu)(chu)相的(de)充(chong)分析出(chu)(chu)，達到最佳的(de)強化效(xiao)果。具(ju)體工藝見圖8-10。
這(zhe)里將固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)和(he)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)分開敘(xu)述，而沒有(you)像馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼調(diao)質那樣(yang)，將淬火(huo)和(he)回火(huo)同時(shi)(shi)(shi)(shi)敘(xu)述，是想(xiang)說明(ming)一(yi)個問題(ti)，對(dui)于馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)沉(chen)淀硬化不(bu)銹(xiu)鋼，固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)直接進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，還是固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)機加(jia)工(gong)再進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，這(zhe)可根據零部件特征及要(yao)(yao)求(qiu)的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)硬度(du)來考(kao)慮。例(li)如(ru)，如(ru)果要(yao)(yao)求(qiu)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)的(de)強度(du)等(deng)級(ji)高，即經固(gu)(gu)溶(rong)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)的(de)硬度(du)高，則最好在(zai)固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)具有(you)較(jiao)低(di)硬度(du)的(de)情況下進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)機械(xie)加(jia)工(gong)，把(ba)大量(liang)(liang)的(de)機械(xie)加(jia)工(gong)量(liang)(liang)完(wan)成，在(zai)留(liu)有(you)極少(shao)量(liang)(liang)的(de)加(jia)工(gong)余量(liang)(liang)條件下進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，因為時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)后(hou)(hou)硬度(du)很高，難(nan)以進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)大量(liang)(liang)的(de)機械(xie)加(jia)工(gong)。若采用這(zhe)種(zhong)程序，需注意(yi)的(de)一(yi)個商題(ti)是，一(yi)旦時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)性能達(da)不(bu)到要(yao)(yao)求(qiu)，則無法再重新(xin)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，因為加(jia)工(gong)余量(liang)(liang)少(shao)，滿足不(bu)了(le)固(gu)(gu)溶(rong)變(bian)形(xing)的(de)要(yao)(yao)求(qiu)。解決這(zhe)種(zhong)問題(ti)的(de)辦法，可以在(zai)固(gu)(gu)溶(rong)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)對(dui)試件進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)模擬時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)，先(xian)確認工(gong)件時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)的(de)性能水平。
另一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)情況是要(yao)求的(de)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)后的(de)強度(du)(du)等級較低(di)(di)，硬(ying)度(du)(du)低(di)(di)于(yu)固溶處(chu)理(li)后的(de)硬(ying)度(du)(du)，則可在工(gong)(gong)件固溶處(chu)理(li)后直接進(jin)(jin)行(xing)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)處(chu)理(li)，再(zai)進(jin)(jin)行(xing)機械加工(gong)(gong)，這不但(dan)能提高加工(gong)(gong)效(xiao)(xiao)率，而且還減少了冷熱(re)工(gong)(gong)序間的(de)周轉(zhuan)次數，方(fang)便生產。如果采(cai)用這種(zhong)(zhong)程序，最好在機械加工(gong)(gong)后進(jin)(jin)行(xing)一(yi)(yi)次低(di)(di)于(yu)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)溫度(du)(du)的(de)消除應力處(chu)理(li)。
d. 高頻表面淬火
活塞桿高頻表面淬(cui)火(huo)部(bu)位是在外圓表面，圖8-7所示(shi)的長度約(yue)1600mm的部(bu)位。采用(yong)連續加熱淬(cui)火(huo)方式(shi)。工件旋(xuan)轉，感應(ying)器(qi)加熱并同時噴水冷卻。
感(gan)(gan)應器(qi)(qi)(qi)選(xuan)擇：選(xuan)用外(wai)圓連續加熱(re)淬火感(gan)(gan)應器(qi)(qi)(qi)。感(gan)(gan)應器(qi)(qi)(qi)內孔直徑為110mm,與工件(jian)外(wai)表面間隙2.5mm,感(gan)(gan)應器(qi)(qi)(qi)高度為7mm。
加熱溫度：1060~1080℃。
工件淬火長度總加(jia)熱時間：460s(工件相對感應器(qi)移動(dong)速(su)度約(yue)為3.5mm/s).
工件旋轉(zhuan)速度：40~50r/min.
淬火(huo)冷(leng)卻：噴水冷(leng)卻。
回火：480℃,保(bao)溫2h,空冷。
活塞(sai)桿采用0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化(hua)不(bu)(bu)銹鋼，高頻(pin)表面淬(cui)(cui)火(huo)(huo)采用水冷卻不(bu)(bu)必(bi)擔心(xin)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)裂紋(wen)，其原因參見3Cr13不(bu)(bu)銹鋼軸套高頻(pin)表面淬(cui)(cui)火(huo)(huo)相關(guan)內容。
活塞(sai)桿(gan)高頻(pin)表面淬火硬(ying)度(du)(du)檢查可用(yong)表面洛(luo)氏(shi)硬(ying)度(du)(du)計或(huo)里氏(shi)硬(ying)度(du)(du)計。如果還要檢查淬硬(ying)深度(du)(du)或(huo)金(jin)相組織，則應采用(yong)一定長度(du)(du)的(de)與(yu)活塞(sai)桿(gan)淬火處外(wai)圓相同(tong)尺寸的(de)試件(jian)，該(gai)試件(jian)應與(yu)實(shi)際工件(jian)進行相同(tong)的(de)熱(re)處理過程和(he)相同(tong)的(de)高頻(pin)淬火方法。
