硬化技术在工业用阀门上的应用.pdf

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1、硬化技术在工业用阀门上的应用王鹏(烟台泰和新材料股份有限公司山东省烟台市264006)祝艳华(烟台万润精细化工股份有限公司山东省烟台市264006)弓I言在工业生产上，阀门应用量巨大，在石油、煤化工、电厂、带粉尘或固体颗粒状的混合流体、高流速等介质中，金属阀门冲刷腐蚀比较厉害，为保证阀门使用寿命及生产安全，需要对阀门进行硬化处理。本文主要讨论了几种阀门常用的硬化技术在阀门上的应用。一、月门硬化的茸《爿阀门硬化的基本原则根据阀门形式的不同而不尽相同，但最主要的一条是成本，在保证正常使用的情况下，选择最低成本的硬化

2、工艺及硬化材料，在这里介绍金属单座控制阀、硬密封球阀两种通用阀门的硬化原则。金属单座控制阀：阀芯与阀座的硬化材料及厚度一般是相同的，所以两者硬度等方面参数是一样的，并且阀门生产厂家在出售阀内件时，大多都是按一整套即阀芯、阀座、阀杆出售的，所以两者在更换时一般是同时更换的。硬密封球阀：球芯的硬化硬度要稍高于阀座的硬化硬度，一般球芯比阀座高5～lO个洛氏硬度，目的是两者接触密封时，一是避免两者材质一样长时间接触不动作造成咬合(因为两者接触面积比较大)，二是从损坏的角度讲，要保护阀球而放弃阀座，因为阀座更换成本比阀球

3、低的多。另外需要注意的一点是，当阀芯阀座的硬化材料不同时，需要结合工艺介质进行分析，防止出现电化学腐蚀现象。二、I嚼门常用的硬化技术及特点阀门常用的硬化技术有堆焊、镀硬铬、渗氮及喷涂等。1．堆焊硬质合金，硬度可达30HRC以上，阀内件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和裂纹，目前对球阀表面硬化的工艺使用较少，对金属单座阀等阀门堆焊较为常见。2．镀硬铬，硬度可达40～55HRC，厚度0．07～0．10mm，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

4、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427V。另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。镀硬铬工艺一般用在耐磨阀门上，例如金属球阀，在其他阀门上应用较少。但是随着硬化技术的发展进步，镀硬铬正逐渐被喷涂工艺取代。3．(等)离子氮化，表面硬度可达HV800～1200，氮化层厚度O．05～0．10ram，(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．超音速火焰喷涂(HVOF)工艺，硬度最高可达60～70HRC，集合强度高，厚度0．3～0．4mm，超音速喷涂是球

5、阀等表面需硬化面积较大的主要工艺手段。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。在撞击过程中，由于粒子的速度较快(500～750m／s)且粒子温度较低(3000V)，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。超音速喷涂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。HVOF是一种新

6、的加工工艺，喷涂厚度0．3～0．4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高(77MPa)，涂层孔隙率低(小于1％)。该工艺对工件加热温度低(低于93℃)，工件不变形，可进行冷喷涂。喷涂时，粉末粒子焰流速度高(1370m／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。现在超音速喷涂工艺正在被广泛应用。5．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

7、(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3mm以上。我公司现在所接触阀门及我所了解的其它几个行业大多为堆焊和超音速喷涂(HVOF)工艺，两种工艺成本低，操作相对简单，能够满足大多数工况的需求。三、硬化材料的介绍及选择条件硬化材料根据硬化工艺的不同而不同，能够进行材料选择的工艺有堆焊工艺、超音速喷涂(HVOF)工艺、喷焊工艺，镀硬铬与等离子氮

8、化工艺方法固定，所选材料或者媒介也是固定的。堆焊工艺一般是选择司太立合金(一般是司太立6、司太立12、司太立20等)或哈氏C合金，超音速喷涂(HVOF)工艺主要选择硬质合金、碳化钨、铬基合金、镍基合金、陶瓷等，喷焊工艺所选材料为镍基合金、钴基合金等。选择阀门密封面硬化材料，首先应满足阀门的使用要求，寿命长、密封性能好，应根据阀门密封面的主要失效形式，注意材料的综合性能、工艺性、加工性和