零件名稱：不銹鋼活塞桿，見圖8-7。

材質(zhì)：0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4)

熱處理要求：

  a. 固溶時效處理性能：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. 零件常見的失效形式及應(yīng)具備的性能

  活塞桿在工作時，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行快速多次摩擦，一旦磨損嚴重，會引起介質(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，可滿足使用需要。

 0Cr17Ni4Cu4Nb經(jīng)過固溶和時效處理，可以獲得要求的力學(xué)性能，保證活塞桿的整體強度。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－過時效處理（A)-粗加工－固溶處理（B)-機加工－時效處理（C)-檢查性能－機加工－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)注意問題

 a. 過時效處理

  0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經(jīng)鍛造冷卻后，有較大的應(yīng)力和較高的硬度，不便于機械加工，組織中具有較大的合金元素過飽和度，看定性較差。所以，對鍛件應(yīng)進行過時效處理（即高于正常時效溫度的時效處理）。通過過時效處理，基體中的合金元素充分出，析出質(zhì)點長大，使組織處于穩(wěn)定狀態(tài)，鍛件硬度達到較低包度，應(yīng)力基本消除，便于機械加工，并為固溶處理作好組織準備。具體工藝見圖8-8。

  經(jīng)研究和實踐證明，0Cr17Ni4Cu4Nb鋼在630~640℃時效，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。過時效的保溫時間應(yīng)適當長一些，以保證析出相充分析出。過時效處理可采用空冷。0Cr17Ni4Cu4Nb鍛件經(jīng)過過時效處理后，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化的重要環(huán)節(jié)。

  0Cr17Ni4Cu4Nb 活塞桿固溶處理工藝見圖8-9。將鋼加熱到1040℃時，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，這些元素便以過飽和狀態(tài)保留在基體組織中，在以后的時效過程中析出并使鋼得到強化。固溶處理用水冷卻似乎更好一些，但曾發(fā)生過固溶水冷產(chǎn)生裂紋的事例，這個活塞桿的有效截面不大，用油冷完全可以滿足要求。

 c. 時效處理

  時效處理是馬氏體沉淀硬化不銹鋼強化的又一個關(guān)鍵工序。通過時效處理，使在固溶處理時過飽和溶于奧氏體中的合金元素，特別是銅、鈮以質(zhì)點形式充分析出，使鋼得到強化。0Cr17Ni4Cu4Nb鋼，依據(jù)對強度等級要求的不同，常有幾種不同的時效溫度，根據(jù)活塞桿強度和力學(xué)性能的要求，采用610℃加熱溫度是合適的，一般時效的保溫時間不低于4h,以保證析出相的充分析出，達到最佳的強化效果。具體工藝見圖8-10。

這里將固溶處理和時效處理分開敘述，而沒有像馬氏體不銹鋼調(diào)質(zhì)那樣，將淬火和回火同時敘述，是想說明一個問題，對于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，固溶處理后直接進行時效處理，還是固溶處理后進行機加工再進行時效處理，這可根據(jù)零部件特征及要求的時效硬度來考慮。例如，如果要求時效處理后的強度等級高，即經(jīng)固溶時效處理后的硬度高，則最好在固溶處理后具有較低硬度的情況下進行機械加工，把大量的機械加工量完成，在留有極少量的加工余量條件下進行時效處理，因為時效后硬度很高，難以進行大量的機械加工。若采用這種程序，需注意的一個商題是，一旦時效處理后性能達不到要求，則無法再重新進行固溶處理，因為加工余量少，滿足不了固溶變形的要求。解決這種問題的辦法，可以在固溶處理后對試件進行模擬時效處理，先確認工件時效處理后的性能水平。

另一種情況是要求的時效處理后的強度等級較低，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行時效處理，再進行機械加工，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，最好在機械加工后進行一次低于時效溫度的消除應(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℃。

 工件淬火長度總加熱時間：460s(工件相對感應(yīng)器移動速度約為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擔(dān)心淬火裂紋，其原因參見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或里氏硬度計。如果還要檢查淬硬深度或金相組織，則應(yīng)采用一定長度的與活塞桿淬火處外圓相同尺寸的試件，該試件應(yīng)與實際工件進行相同的熱處理過程和相同的高頻淬火方法。