液压截止阀芯的选材分析.pdf

2 0 1 4年 1 1月 第 4 2卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS NO V ． 2 01 4 Vo I ． 4 2 No ． 2 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 2 ． 0 4 4 液压截止 阀芯的选材分析 姜如松 ，陈平 ，文春 1 ．湖南衡 阳财经工业职业技术学院机械工程 系，湖南衡 阳 4 2 1 0 0 8 ； 2 ．湖南衡 阳南岳油泵油嘴有限公 司，湖南衡 阳 4 2 1 0 0 0 摘要液压截止阀芯在装配时需滚压凹槽，该部位硬度要求低，否则易出现滚压开裂；而要求液压 阀阀芯在承受 4 5 MP a的油压下有 良好的耐磨性，同时要求阀芯心部有较好的强韧性，以确保阀芯的使用寿命。为满足以上要求，通过试 验选择新材料、开发新的热处理工艺，并借助于台架试验 ， 找到了满足阀芯使用要求的阀芯材料和开发了相应的热处理工 艺。 关键词截止阀芯； 滚压凹槽 ； 心部硬度；材料选择 中图分类号T H1 4 2 ． 1 ；T G 1 4 2 ． 1 4 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 21 3 7 3 M a t e r i a l Se l e c t i o n Ana l y s i s f o r Hy dr a u l i c Cl o s i n g Va l v e Co r e J I ANG Ru s o n g ，C HE N P i n g ．WEN C h u n 1 ． H e n g y a n g F i n a n c e E c o n o m i c s a n d I n d u s t r y P o l y t e c h n i c ，H e n g y a n g H u n a n 4 2 1 0 0 8 ，C h i n a ； 2 ． Hu n a n H e n g y a n g O i l P u m p a n d N o z z l e C o ． ， L t d ． ， H e n g y a n g Hu n a n 4 2 1 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t Wh e n h y d r a u l i c c l o s i n g v alv e c o r e i s a s s e mb l e d ，r o l l i n g g r o o v e s i s r e q u i r e d ．T h e h a r d n e s s o f t h e g r o o v e p a r t i s d e ma n d e d l o w，o t h e r w i s e r o l l i n g c r a c k i n g o c c u r s e a s i l y ．B u t i t i s r e q u i r e d t h a t h y d r a u l i c v a l v e c o r e h a s g o o d we a r r e s i s t a n c e u n d e r 4 5 MP a p r e s s u r e，a n d v alv e c o r e c e n t e r h a s g o o d s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s ，t o e n s u r e t h e s e r v i c e l i f e o f v alv e c o r e ．I n o r d e r t o me e t t h e r e q u i r e me n t s a b o v e ，b y s e l e c t i n g n e w ma t e r i a l a n d d e v e l o p i n g n e w h e a t t r e a t me n t p r o c e s s ，a n d wi t h t h e h e l p o f t h e t e s t r i g ，t h e h y d r a u l i c v alv e c o r e ma t e r i a l s r e q u i r e d we r e f o u n d ，a n d c o r r e s p o n d i n g h e a t t r e a t me n t p r o c e s s w a s d e v e l o p e d ． Ke y wo r d s C l o s i n g v a l v e c o r e ；R o i l i n g gro o v e；C o r e h ard n e s s ；Ma t e r i al s e l e c t i o n 某公司开发一新产品截止阀芯 如图 1 所示 ， 该产品的机械加工工艺路线为毛坯一车削加工一碳 氮共渗一缓冷一 车削加工外圆 4 1 8加工余量 、钻孔 一 淬火 回火一磨 削一装 配滚 凹槽 。该公 司此类 产品原 来使用的材料是 2 0 C r Mo ，经过多年的使用证明产品 的使用寿命达到了设计要求。 滚 压凹槽 R3 图 1 截止 阀芯 新开发的该产品的特殊之处在于装配时在 4 1 8 孔内要压装一弹簧 ，要求装配好后依靠凹槽限制弹簧 的位置。该产品技术要求为 十字架及 4 5 。 圆锥部位 表面硬度 H V 7 1 0～ 8 0 0 ，硬化层深度 0 ． 3 0 0 ． 5 5 m m， 十字架部位心部硬度 H V 3 0 0 4 5 0 ，滚压 凹槽部位硬 度要求小于 H B 2 1 7 。 该产品生产过程中存在滚压凹槽开裂现象，采用 2 0 C r M o 材料制造的该阀芯开裂 的比例高达 7 0 ％以 上。作者进行该零件材料的热处理工艺试验和选材试 验 。 1 试 验试 制 1 ． 1 采用公 司现有材料进行热处理工艺试验 1 ． 1 ． 1 试验设备 江苏 WX可控气氛多用炉，网带炉 淬火液 2 0 号 机 油 R C W9 Q - F H，奥 林 巴 斯 金 相 显 微 镜 G X S I ，维 氏硬度计 V M T - 1 。 1 ． 1 ． 2 试验方法 1 热处理工艺8 6 0℃氰化 4 2 h后缓冷， 8 2 0 ℃淬火 回火 。 收稿 日期 2 0 1 3 1 0 2 2 基金项目湖南省衡阳市科技局科技支撑项目 作者简介姜如松 1 9 6 9 一 ，男，工程师， 研究方向为零件的材料选用及其热处理工艺。 Em a i l j i a n g r s s t l 1 6 3 ． c o m。 ． 1 3 8 机床与液压 第4 2卷 2 凹槽部位加热后空冷处理 试验截止 阀材料为 2 0 C r M o ，各取 l 0只。 下 ，凹槽部位用氧 一乙炔火焰加热。 ②凹槽部位用高频炉高温正火。 ①将十字架部位、圆锥部位淹没于冷却液面以 试验结果见表 2 。 表 2 试样空冷后硬度值 从表 2可 以看出 用这两种方法完成试验后 ，凹 槽部位硬度值分布比较宽，有不符合要求的试样，同 时还造成 了圆锥部位硬度下降明显，达不到设计要 求 。 高。技术要求上对凹槽部位的硬度要求比较低，作者 选材 的依据是材料的 A c c m相对 2 0 C r 高的 ，在这种情 况下芯部尽可能不发生或发生不完全相变。 1 试验方 法 1 ． 2试验采用新材料 采用新材料 热处理工艺 8 6 0 o C氰化 2 h后缓 考虑到试 验在热 处 理后 主要 是 凹槽部 位硬 度偏 冷 ， 8 3 0 c I 淬火 回火 - 2 J 。试验结果见表 3 。 表 3 试验结果硬度值和滚压试验 从表 3可以看出滚压部位经过试验后都合格， 但十字架芯部硬度出现明显下降，达不到设计要求。 2 优化热处理工艺 结合前面 5种试样，作者对 2 5 、3 0 、3 5材料进 行热处理工艺试验。热处理工艺为 8 6 0 o C氰化，2 ． 5 h 后缓冷，8 4 0 c I 淬火 回火 引。考虑到材料的芯 部硬度低，对氰化工艺进行调整 ，延长了渗层扩散的 时间，以延长过渡层的深度。试验结果见表 4 。 衰4 试样氰化及淬火温度调整后试验结果 从表 4 看出试样芯部硬度有所提高但是仍达不 到技术要求，滚压试验后不开裂。 图2所示为 3 0钢表面氰化淬火马氏体四级 残 余奥氏体组织 ，公司标准是一直至四级合格 ，金相 组织是最高级别。图3是该试样凹槽部位的组织，心 部组织为铁素体和索氏体，塑性变形后开裂的倾 向 小 ，适合滚压加工。 第 2 2期 姜如松 等液压截止阀芯的选材分析 1 3 9 一 图2 表层回火马氏体 图3 索氏体 铁素体 残余奥氏体 1 ． 3 台架试 验 试验设备 为 该公 司的 山东 泰 安 1 2 P S B ． A型 试验 台 ，试样材料选定 为 3 0号 的截止 阀芯 。 考虑到该产品是仿制品，无原设计图纸，作者取 4只试 样与 2只进 口样品 同时进行 台架试 验 。试验 油 压为设计 的 4 5 MP a ，试验时间为 5 0 0 h ，试验频率 1 5 0 0 次／ m i n 。 试验结果是所有截止阀均未出现漏油和阀芯断裂 现象 。 2 试验分析 表4的结果是作者从选材到调整热处理工艺所能 获得 的最满意的结果 截止阀心表面硬度达到设计要 求，滚压环形槽试验也未发现有裂纹出现，但是所有 试样的十字架心部硬度均低于设计要求。参照截止阀 芯的工作条件 最大油压 4 5 MP a ，也就是截止阀芯 承受的最大压强为4 5 M P a 。均低于正火状态下 2 5钢 的屈服强度 2 4 5 MP a 、3 0钢 的屈服强度 2 9 5 M P a和 3 5 钢的屈服强度 3 1 5 MP a 。作者分析 尽管心部硬度低 于图纸的技术要求，但是重新设计的氰化工艺适当延 长了过渡层的深度⋯，这样试样整体强度有所提高， 应该能满足使用要求。 同时作 者参 照该公 司同类产 品的技术要求 ，发现 该公司图纸对此类 产品只有表面硬度要 求 ，对 心部硬 度无要求，查看该公司的检查记录发现该公司从未对 此类产品进行十字架心部硬度检测。 最后台架试验选择的阀芯材料为 3 0钢 ，依据是 3 5钢阀芯的凹槽部位硬度最高达到 了 H V 2 4 4 ，硬度 偏高设计要求太多，难免在以后的产品批量生产时出 现开裂现象；而 2 5钢的阀芯十字架心部硬度有点偏 低 ，从阀芯的强度考虑 3 0钢最佳。 3试 验 结论 1 截止阀阀芯材料选用 3 0钢 ，其表面硬度合 格 ，心部硬度能满足使用 ，凹槽部位滚压试验无开裂 现象。经过该公 司两年的生产，按每月 6 0 0 0只计 算 ，共 1 4 4 0 0只 ，在使用 中均未发现有该截止阀漏 油和阀芯断裂现象 。 2 对进 口替代产品的技术要求尤其是心部硬 度还有待于在今后的工作中继续借鉴和探索。 参考文献 [ 1 ]杨秀英 ， 刘春忠． 金属学及热处理 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 1 0 1 3 21 3 9 ． [ 2 ]赵忠， 丁仁亮． 金属材料及热处理 [ M] 。 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 8 1 0 8 1 1 3 ． [ 3 ]樊东黎． 热处理技术数据手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 4 ]姜如松． 渗碳后 的缓冷工艺探讨[ J ] ． 机械工人 热加 工 ， 2 0 0 6 4 4 3 4 4 ． [ 5 ]全国热处理标准化技术委员会． G B ／ T 1 6 9 2 4 - 2 0 0 8钢件 的淬火与回火[ S ] ． 北京 中国标准出版社， 2 0 0 8 ． 我国 自主研制螺旋桨加工机床正式投人使用 近 日，我国自主研制的首台七轴六联动设计、最大加工直径 1 1 m的螺旋桨加工机床，在武汉重工铸锻有限责 任公司螺旋桨厂投入使用。 据了解，相比手工打磨，机床加工出来的螺旋桨几何精度更高，使船只行进时产生的震动和噪声减小，不仅可 提高推进效率和某些舰艇的隐蔽性 ， 还能延长螺旋桨使用寿命。螺旋桨厂负责人说，过去生产一具 5 叶片 直径 l 1 m的船用螺旋桨，需要5名工人手工打磨近一个半月时间，现在只需要 1 名技师操作机床工作 7 1 0天。大幅提高 工作效率的同时，也让工人们远离了金属粉尘和高噪声的工作环境。 该负责人表示，机床成功投产意味着该厂具备了国内领先的螺旋桨制造技术 ， 未来我国大型军、民用船只和舰 艇用螺旋桨有望由该机床加工而成。 来源 互联 网