金属密封球阀硬化工艺概述.pdf

经验交流 机械研究与应用 金属密封球 阀硬化工艺概述 夏 国项 上海耐斯莱斯 詹姆斯伯雷阀门有限公司， 上海2 0 1 2 0 6 摘要 针对金属硬密封阀门硬化工艺进行了说明， 重点介绍超音速喷涂硬化工艺； 通过在设计、 使用中的经验分析 了金属密封球阀网球和阀座表面的硬化工艺和硬度配合， r g X ． 硬化工艺中应注意的问题。 关键词 金 属密封 阀门； 硬化 工艺； 硬度 配合 中图分类号 T H1 3 8 ． 5 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 4 4 1 4 2 0 1 1 0 1 0 1 0 80 2 M e t a l s e a t e d ba l l v a l v e s v ul c an i z at i o n t e c h no l o g y Xi a Gu od i n g n e ／ e s - j a m e s b u r y V a l v e C o ． ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 1 2 0 6， C h i n a Ab s t r a c t T h e v u l c a n i z a t i o n o f me t a l s e a t e d b a l l v a l v e s i s e x o l a i n e d a n d t h e i n t r o d u c t i o n o f HVOF v u l c a n i zati o n t e c h n o l o g y i s a l s o f o c u s ed o n i n the p a p e r ．T h r o u g h t h e e x p e ri e n c e s i n t h e d esi g n a n d a p p l i c a ti o n ．t h e v u l c an i z a ti o n t e c hn o l o gy an d I mr d - n ess ma t c h b e t we e n t h e b a l l an d s e a t 8 u l f a c e o f t h e me t al s e a t e d b a l l v alv e s a r e an al y an d t h e i t e ms w h i c h s h o u l d b e p a i d a t t e n ti o n d u r i n g the v u l c a n i z a t i o n t echn o l o g y a r e p u t f o r w a r d ． Ke y wo r d s me t a l s e a t ed b a l l v a l v e s ；v u l c a n i z a ti o n t e c h n o l o gy ；h a r d n e s s ma t c h 1 概述 在火力发 电厂、 石油化工系统、 煤化工领域的高 粘性流体、 带粉尘及固体颗粒状的混合流体、 强腐蚀 的流体等介质中， 球 阀需要选用金属硬密封球 阀， 所 以选用合适的金属硬密封球 阀阀球和阀座 的硬化工 艺十分重要。 2 金属硬密封球阀阀球和阀座的硬化方式 目前金属硬密封球阀球体表 面常用的硬化工艺 主要有以下几种 1 球体表面堆焊 或喷焊 硬质合金 ， 硬度可 达4 0 H R C以上， 球体表面堆焊硬质合金工艺复杂， 生 产效率低， 且大面积堆焊易使零件产生变形， 目前对 球体表面硬化的工艺使用较少。 2 球体表面镀硬铬， 硬度可达6 0 6 5 H R C ， 厚 度 0 ． 0 7～0 ． 1 0 ra m， 镀铬层硬度高、 耐磨 、 耐蚀并能长 期保持表面光亮 ， 工艺相对简单 ， 成本较低。但硬铬 镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅 速降低， 其工作温度不能高于4 2 7 ℃。另外镀铬层结 合力低 ， 镀层易发生脱落。 3 球体表面采用等离子氮化， 表面硬度可达 6 0～ 6 5 H R C， 氮化层厚度 0 ． 2 0 0 ． 4 0 m m， 等离子氮化 处理硬化工艺由于耐腐蚀性较差， 不能在化工强腐蚀 等领域使用。 4 球体表面超音速喷涂 H V O F 工艺， 硬度最 高可达 7 0 7 5 H R C ， 集合强度高， 厚度0 ． 3 0 ． 4 m m， 超音速喷涂是球体表面硬化 主要工艺手段。在火力 发电厂、 石油化工系统、 煤化工领域的高粘性流体 ； 带 粉尘及固体颗粒状的混合流体、 强腐蚀的流体介质中 大部分使用该硬化工艺。 超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加 速粉末粒子撞击工件表面， 形成致密表面涂层 的一种 工艺方法 J 。在撞击过程 中， 由于粒子 的速度较快 5 0 0 7 5 0 m／ s 且粒子温度较低一 3 0 0 0 ℃ ， 因此撞 击工件表面后 ， 可以获得高结合强度、 低空隙率、 低氧 化物含量的涂层。H V O F的特点是合金粉末粒子速 度超过音速 ， 甚至是音速的2 3倍 ， 气流速度是音速 的4倍 。 H V O F 是一种新的加工工艺， 喷涂厚度 0 ． 3 0 ． 4 ra m， 涂层与工件之间是机械结合， 结合强度高 7 7 MP a ， 涂层孔隙率低 1 ％ 。该工艺对工件加 热温度低 9 3 C ， 工件不变形 ， 可进行冷喷涂 。喷 涂时， 粉末粒子速度高 1 3 7 0 m ／ s ， 无热影响区， 工件 的成分和组织无变化， 涂层硬度高， 可进行机加工。 喷焊是一种金属材料表面热喷涂处理工艺 。它 是通过热源将粉末 金属粉末、 合金粉末、 陶瓷粉末 均可 加热到熔融或达到高塑性状态后， 依靠气流将 其喷射， 沉积到预先处理过的工件表 面上 ， 形成一层 与工件表面 基材 结合牢固的涂 焊 层。 喷焊和堆焊硬化工艺 中硬质合金与基体均具有 熔融过程， 硬质合金与基体集合处有热融区， 为完全 达到喷焊或堆焊硬质合金层性能， 避免加工后焊接热 ， 收稿日期 2 0 l 0一 l l 一 2 7 作者简介 夏国顶 1 9 7 5 一 ， 男。 江苏阜宁人， 工程师， 主要从事阀门研究设计和开发工作。 1 0 8 机械研 究与应 用 融区为金属接触面 ， 建议喷焊或堆焊硬质合金厚度需 要大于 3 m m以上。 3 硬密封球阀阀球和阀座接触面的硬度配合 金属滑动接触面需具有一定 的硬度差 ， 否则容易 发生咬死现象。在实际运用 中， 一般阀球和阀座的硬 度差在 5一I O H R C， 该硬度差使球阀能具有较好使用 寿命。由于球体加工复杂， 加工成本高， 为保护球体 不易受到损坏和磨损 ， 一般选择球体的硬度高于阀座 表面的硬度。 阀球和阀座接触表面硬度配合使用比较广泛的 有两种硬度配合 ①阀球表面硬度5 5 H R C ， 阀座表面 4 5 H R C ， 阀球表面可采用超音速喷涂 S t e U i t e 2 0合金 ， 阀座表面可采用堆焊 S t e l l i t e 1 2合金 ， 该硬度配合是 金属密封球阀使用最广范的硬度配合 ， 能满足金属硬 密封球阀常规磨损要求 ； ②阀球表 面硬度 6 8 H R C ， 阀 座表面 5 8 H R C， 阀球表面可采用超音速喷涂碳化钨 ， 阀座表面可采用超音速喷涂 S t e l l i t e 2 0合金 ， 该硬度 配合广泛使用与煤化工领域， 具有较高的耐磨性和使 用寿命 。 在国外有使用阀球和阀座表面硬度相同的配合， 阀球和阀座表面均采用超音速喷涂碳化钨工艺 ， 表面 硬度均大于 7 2 H R C， 即使在超高硬度情况下 ， 阀球和 阀座接触表面也不易发生咬死 ， 但 目前 国内阀球制作 表面硬度大于 7 2 H R C的阀球 、 阀座没有成熟 的研磨 工艺， 很难保证阀球 和阀座的配合 ， 使用较少 。 4 硬密封球 阀阀球和 阀座硬化注意 问题 金属硬密封球 阀阀球 和阀座材料一般都选择不 锈钢或耐腐蚀材料， 否则硬质合金与阀座 或阀球 结合层容易被介质腐蚀 ， 发生硬质合金层脱落， 影 响 球 阀寿命。 经验交流 另外针对不同的阀座 或阀球 材料应选择合适 的硬化工艺 ， 在煤化工领域中双相不锈钢材料被广泛 使用， 双相不锈钢材料具有良 好的耐腐蚀疲劳和磨损 腐蚀性能 。 双相不锈钢材料是一种既具有铁素体又具有奥 氏体组织结构的钢种 ， 铁素体和奥氏体组织结构各 占 约 5 0 ％ ， 且二相组织是独立存在 的， 其性能特点是兼 有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特性 J 。在铁素 体不锈钢特性中， 当温度在4 0 0 5 0 0 C 范围内， 长时 间保温会产生强烈的脆化， 这种现象一般称为4 7 5 o C 脆化 ； 温度超过 4 0 0 5 0 0 ℃ 时， 双相不锈钢性能会被 破坏。 双相不锈钢材料若采用喷焊或堆焊硬质合金工 艺方法， 该工艺硬质合金 和基体发生融溶过程 温度 一 般均大于 9 0 0 ℃ ， 会破坏双相不锈钢材料的金相 组织， 故双相不锈钢材料不适合用喷焊 或堆焊 硬 质合金的硬化工艺。双相不锈钢材料表面硬化工艺 适合使用超音速喷涂工艺， 硬化工艺必须保证不能对 双相不锈钢材料基体金相组织产生破坏 。 5 结语 金属硬密封球阀的阀球和阀座采用合理的硬化 工艺， 可提高直接决定金属硬密封阀门的使用寿命和 使用性能， 合理的硬化工艺能降低制造成本。随着新 技术的不断出现 ， 必定会有更多 的硬化处理工艺 ， 金 属硬密封阀门的硬化工艺和硬度配合是个非常复杂 的问题 ， 因此在对硬密封 阀门设计 、 材料选择、 硬化工 艺和硬度配合， 应给予充分的重视 。 参考文献 [ 1 ] Wa s s e r m a n ．T h e a p p l i c a t i o n o f H VO F i n me t a l t o me t a l s e a l b a l l v a l v e s [ J ] ． A me r i c a ， 2 0 0 1 2 1 31 6 ． [ 2 ] 陆世英． 不锈钢[ M] ． 北 京 北京 原子能 出版社 ， 1 9 9 8 ． 上接第 1 0 7页 扰而产生较大振幅的数据点， 这就需要在进行数据处 理前通过编程进行软件滤波 ， 如限副滤 波、 中位值滤 波、 算术平均滤波、 递推平均滤波等方法。具体使属 哪种滤波更为合适则需要 根据实际数据的特点并结 合焊缝因素来决定。 3 软件设计 根据上述算法 ， 通过 V B调用 E X C E L表第一列 中的数据点 ， 具体编程算法如下 Fo r k 2 To 4 4 68 d t k n e w s h e e t ． c e l l s k ， 1 x ld t k一1 k C o s 0 ． 5 I k一2 p i ／ 1 8 o y l d t k一1 S i n 0 ． 5 k一 2 p i ／ 1 8 0 x 2 d t k lc C o s 0 ． 5 k一1 p i ／ 1 8 0 y 2d t k S i n O ． 5 } k一1 p i ／ 1 8 0 C x l x 2 y l y 2 ． 5 p e r i me t e r p e r i me t e r C Ne x t k 4结语 笔者针对钢管直径偏差测量所提 出的算 法虽然 并不复杂， 但完全满足测量要求的精度。不需要复杂 的机构就可以完成测量及数据分析， 对质量要求较高 的钢管企业具有一定的借鉴意义。 参考文献 [ 1 ] A P I S P E C 5 L | 管线钢管规范 [ s ] ． 1 0 9