零件名稱:軸，見圖8－11。

圖8－11　軸

材質(zhì): 0Cr13Ni4Mo。

熱處理要求:

(1)調(diào)質(zhì)力學(xué)性能: R，780～980N/mm²; R≥685N/_mp0.2?mm²; A≥15%; A≥49J;硬度，285～321HB。_KVISO

(2)軸徑鍍鉻，55～60HRC。

1．零件常見的失效形式及應(yīng)具備的性能

該軸在運行中的轉(zhuǎn)速為5200r/min，在高速運轉(zhuǎn)的同時，還要帶動葉輪和水介質(zhì)，工作狀態(tài)受力復(fù)雜，要承受彎曲、扭曲、沖擊、疲勞等多種作用力，一旦變形或斷裂，將造成嚴(yán)重的后果。軸頸部位還有強摩擦。介質(zhì)為有一定溫度并稍有腐蝕性的水介質(zhì)。

該軸設(shè)計要求有較高的強度、塑韌性，軸頸應(yīng)耐磨，軸還應(yīng)有最小的應(yīng)力和良好的穩(wěn)定性，以防止運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生振動和噪聲。

2．材料選用原則及熱處理方法選擇

馬氏體不銹鋼0Cr13Ni4Mo是發(fā)展比較晚的、具有較優(yōu)良力學(xué)性能和熱處理性能的新型不銹鋼。其具有較好的耐腐蝕性能，通過調(diào)質(zhì)處理可調(diào)整力學(xué)性能，有合適的強度和韌性配合，滿足受力復(fù)雜情況下的強度要求，可以配之各種表面強化處理，提高耐磨性，有較高的抗回火性，在較高的回火溫度下保持優(yōu)良性能，所以，可用較高的溫度進行消除應(yīng)力處理，保證零件具有較低的應(yīng)力和穩(wěn)定的組織。

該軸選用0Cr13Ni4Mo鋼是合理的。

3．零件主要加工工序

鍛造——退火(A)——粗加工——調(diào)質(zhì)(B)——矯直——高溫去應(yīng)力處理(C)——性能檢驗——機械加工——探傷——高溫去應(yīng)力處理(D)——銑槽——半精加工——探傷——鍍鉻——去氫退火(E)——精車——磨削——檢查。

4．熱處理工藝分析及應(yīng)注意的問題

(A)退火。

軸坯鍛造后存在應(yīng)力，硬度偏高，不易加工，還可能存在不穩(wěn)定組織，所以，應(yīng)進行鍛后退火處理，具體工藝見圖8－12。0Cr13Ni4Mo鋼的A_C1點很低，退火溫度不能太高，超過相變點后再冷卻下來，組織中可能存在馬氏體，硬度升高，組織不穩(wěn)定。所以，退火溫度一般選在620～640℃，充分保溫后空冷，即可保證硬度不大于200HB，獲得具有板條馬氏體形態(tài)的索氏體組織。

(B)調(diào)質(zhì)。

調(diào)質(zhì)處理是為了保證軸達到要求的力學(xué)性能。具體的工藝見圖8－13。

0Cr13Ni4Mo鋼的相變點較低，研究表明，加熱到850℃左右時，材料即可獲得奧氏體組織。但其合金元素較高，為使碳和合金元素能較好地溶解，使奧氏體成分充分均勻化，采用1020～1050℃加熱是合適的。更高的加熱溫度可能引起晶粒長大和合金元素過量溶解，淬火后會增加殘余奧氏體含量及塑韌性下降。

淬火加熱保溫后采用油冷卻。該材料淬透性很好，冷卻太激烈或出油溫度太低，可能產(chǎn)生淬火裂紋(特別是零件截面較大時)。淬火冷卻出油溫度應(yīng)不低于80℃或采用間斷油冷的方式冷卻。

圖8－12　退火工藝

圖8－13　調(diào)質(zhì)工藝

淬火后應(yīng)及時回火，根據(jù)力學(xué)性能要求，回火溫度選在580～600℃之間是合適的，回火可采用空冷。該材料如果在480～520℃之間回火，會使韌性下降，應(yīng)避免在這個溫度回火。

0Cr13Ni4Mo回火溫度過低，達不到回火的目的，硬度高，塑韌性不足，但回火溫度超過640℃，也會使材料硬度高，塑韌性下降，這是因為該材料的A?_C1點較低，超過640℃回火，會超過A?_C1點，加熱保溫過程中將產(chǎn)生奧氏體，而冷卻后轉(zhuǎn)變成馬氏體。

一旦因回火溫度過高而引起硬度升高和塑韌性降低，可在原回火溫度或略低于原回火溫度重新回火一次。

回火冷卻采用空冷可達到技術(shù)要求，但采用油冷，則會使韌性有所提高。

(C)、(D)高溫消除應(yīng)力。

在本軸的加工工序中，安排了兩次高溫消除應(yīng)力工序。具體工藝見圖8－14。

圖8－14　高溫去應(yīng)力工藝

第一次高溫消除應(yīng)力(C)是考慮軸在調(diào)質(zhì)處理時，有可能產(chǎn)生彎曲，并用機械法矯直，這次高溫消除應(yīng)力就是消除機械矯直時產(chǎn)生的應(yīng)力，因為軸經(jīng)過機械矯直產(chǎn)生的應(yīng)力不及時消除，會在以后的時間里，甚至在運轉(zhuǎn)過程中慢慢釋放，這會引起已經(jīng)加工好的軸又產(chǎn)生彎曲變形，對設(shè)備的性能產(chǎn)生不利的影響，因此，矯直應(yīng)力必須及時消除。當(dāng)然，如果軸在調(diào)質(zhì)時不產(chǎn)生彎曲，不經(jīng)過矯直，則這次高溫去應(yīng)力可不進行。

第二次高溫消除應(yīng)力(D)是為消除機械加工中產(chǎn)生的應(yīng)力，機械加工產(chǎn)生的應(yīng)力不消除，同樣會引起不良的后果。

高溫消除應(yīng)力的加熱溫度采用550～570℃，這是考慮要低于調(diào)質(zhì)回火溫度以下20～30℃的原則，又避開在520℃以下加熱可能產(chǎn)生的脆性。

(E)去氫處理。

去氫處理的目的主要是去除軸頸在鍍鉻時，鍍鉻層中產(chǎn)生的氫，這種氫存在于鍍層中，會引起鍍層的脆性增加和剝落。采用180～220℃的溫度足以達到去氫的目的。具體的工藝見圖8－15。

圖8－15　去氫處理工藝

這個去氫溫度恰好與低溫消除應(yīng)力的溫度一致，所以，同時起到了消除軸在半精加工過程中產(chǎn)生的機械加工應(yīng)力的作用。

對于某些要求高精度、高穩(wěn)定性的軸或其他零件，采取低溫消除應(yīng)力工序是必要的，例如與這個軸相似等級的零件，即使沒有鍍鉻，同樣有低溫消除應(yīng)力處理的工序。