零件名稱：不銹鋼平衡套，見圖8-4.
材質：3Cr13不銹鋼
熱處理要求。
a. 調質硬度：241~285HB.
b. Φ105內孔離子滲氨。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中工作，內孔與軸套有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、停轉時，內孔及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鋼可以通過調質處理提高整體強度，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－調質（B)-機加工－高溫時效（C)-加工（離子滲氮的內孔加工到尺寸，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. 調質
見軸套調質
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，防止零件滲氮時產生變形，實質上，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，低于調質回火溫度以下20~40℃,高于離子滲氨溫度。根據(jù)平衡套零件的調質工藝和離子滲氮工藝，確定高溫時效溫度為580~600℃,這樣，既可保持調質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)調質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。
該平衡套滲氮內孔為Φ105mm,高度為115mm,如此徑高比的內孔滲氮不必在孔內施加輔助陽極，也可獲得滿意的滲氮效果。
該零件的設計條件只要求內孔離子滲氮，但只內孔滲氮時，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、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，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。
