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金屬密封球閥硬化工藝概述
類别：行(xíng)業新聞 日期：2021-05-11
1 概述
在火(huǒ)力發電(diàn)廠、石油化工系統、煤化工領域的高(gāo)粘性流體(tǐ)、帶粉塵及固體(tǐ)顆粒狀的混合流體(tǐ)、強腐蝕的流體(tǐ)等介質中，球閥需要選用金屬硬密封球閥，所以選用合适的金屬硬密封球閥閥球和(hé)閥座的硬化工藝重要。
2 金屬硬密封球閥閥球和(hé)閥座的硬化方式
目前金屬硬密封球閥球體(tǐ)表面常用的硬化工藝主要有(yǒu)以下幾種：
（1）球體(tǐ)表面堆焊（或噴焊）硬質合金，硬度可(kě)達40HRC以上(shàng)，球體(tǐ)表面堆焊硬質合金工藝複雜，生(shēng)産效率低(dī)，且大(dà)面積堆焊易使零件産生(shēng)變形，目前對球體(tǐ)表面硬化的工藝使用較少(shǎo)。
（2）球體(tǐ)表面鍍硬鉻，硬度可(kě)達60～65HRC，厚度0.07～0.10mm，鍍鉻層硬度高(gāo)、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮，工藝相對簡單，成本較低(dī)。但(dàn)硬鉻鍍層的硬度在溫度升高(gāo)時(shí)會(huì)因其內(nèi)應力的釋放而迅速，其工作(zuò)溫度不能高(gāo)于427℃。另外鍍鉻層結合力低(dī)，鍍層易發生(shēng)脫落。
（3）球體(tǐ)表面采用等離子氮化，表面硬度可(kě)達60～65HRC，氮化層厚度0.20～0.40mm，等離子氮化處理(lǐ)硬化工藝由于耐腐蝕性較差，不能在化工強腐蝕等領域使用。
（4）球體(tǐ)表面超音(yīn)速噴塗（HVOF）工藝，硬度高(gāo)可(kě)達70～75HRC，集合強度高(gāo)，厚度0.3～0.4mm，超音(yīn)速噴塗是球體(tǐ)表面硬化主要工藝手段。在火(huǒ)力發電(diàn)廠、石油化工系統、煤化工領域的高(gāo)粘性流體(tǐ)；帶粉塵及固體(tǐ)顆粒狀的混合流體(tǐ)、強腐蝕的流體(tǐ)介質中大(dà)部分使用該硬化工藝。
超音(yīn)速噴塗工藝是氧燃料燃燒産生(shēng)高(gāo)速氣流加速粉末粒子撞擊工件表面，形成緻密表面塗層的一種工藝方法。在撞擊過程中，由于粒子的速度較快（500～750m/s）且粒子溫度較低(dī)（-3000℃），因此撞擊工件表面後，可(kě)以獲得(de)高(gāo)結合強度、低(dī)空(kōng)隙率、低(dī)氧化物含量的塗層。HVOF的特點是合金粉末粒子速度超過音(yīn)速，是音(yīn)速的2～3倍，氣流速度是音(yīn)速的4倍。
HVOF是一種新的加，噴塗厚度0.3～0.4mm，塗層與工件之間(jiān)是機械結合，結合強度高(gāo)（77MPa），塗層孔隙率低(dī)（＜1%）。該工藝對工件加熱溫度低(dī)（＜93℃），工件不變形，可(kě)進行(xíng)冷噴塗。噴塗時(shí)，粉末粒子速度高(gāo)（1370m/s），無熱影(yǐng)響區(qū)，工件的成分和(hé)組織無變化，塗層硬度高(gāo)，可(kě)進行(xíng)機加工。
噴焊是一種金屬材料表面熱噴塗處理(lǐ)工藝。它是通(tōng)過熱源将粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可(kě)）加熱到熔融或達到高(gāo)塑性狀态後，依靠氣流将其噴射，沉積到預先處理(lǐ)過的工件表面上(shàng)，形成一層與工件表面（基材）結合牢固的塗（焊）層。
噴焊和(hé)堆焊硬化工藝中硬質合金與基體(tǐ)均具有(yǒu)熔融過程，硬質合金與基體(tǐ)集合處有(yǒu)熱融區(qū)，為(wèi)達到噴焊或堆焊硬質合金層性能，避免加工後焊接熱融區(qū)為(wèi)金屬接觸面，建議噴焊或堆焊硬質合金厚度需要大(dà)于3mm以上(shàng)。
3 硬密封球閥閥球和(hé)閥座接觸面的硬度配合
金屬滑動接觸面需具有(yǒu)一定的硬度差，否則容易發生(shēng)咬死現象。在實際運用中，一般閥球和(hé)閥座的硬度差在5～10HRC，該硬度差使球閥能具有(yǒu)較好使用。由于球體(tǐ)加工複雜，加工成本高(gāo)，為(wèi)保護球體(tǐ)不易受到損壞和(hé)磨損，一般選擇球體(tǐ)的硬度高(gāo)于閥座表面的硬度。
閥球和(hé)閥座接觸表面硬度配合使用比較廣泛的有(yǒu)兩種硬度配合：①閥球表面硬度55HRC，閥座表面45HRC，閥球表面可(kě)采用超音(yīn)速噴塗Stellite20合金，閥座表面可(kě)采用堆焊Stellite12合金，該硬度配合是金屬密封球閥使用廣範的硬度配合，能滿足金屬硬密封球閥常規磨損要求；②閥球表面硬度68HRC，閥座表面58HRC，閥球表面可(kě)采用超音(yīn)速噴塗碳化鎢，閥座表面可(kě)采用超音(yīn)速噴塗Stellite20合金，該硬度配合廣泛使用與煤化工領域，具有(yǒu)較高(gāo)的耐磨性和(hé)使用。
在國外有(yǒu)使用閥球和(hé)閥座表面硬度相同的配合，閥球和(hé)閥座表面均采用超音(yīn)速噴塗碳化鎢工藝，表面硬度均大(dà)于72HRC，即使在超高(gāo)硬度情況下，閥球和(hé)閥座接觸表面也不易發生(shēng)咬死，但(dàn)目前國內(nèi)閥球制(zhì)作(zuò)表面硬度大(dà)于72HRC的閥球、閥座沒有(yǒu)成熟的研磨工藝，很(hěn)難保證閥球和(hé)閥座的配合，使用較少(shǎo)。
4 硬密封球閥閥球和(hé)閥座硬化注意問題
金屬硬密封球閥閥球和(hé)閥座材料一般都選擇不鏽鋼或耐腐蝕材料，否則硬質合金與閥座（或閥球）結合層容易被介質腐蝕，發生(shēng)硬質合金層脫落，影(yǐng)響球閥壽命。
另外針對不同的閥座（或閥球）材料應選擇合适的硬化工藝，在煤化工領域中雙相不鏽鋼材料被廣泛使用，雙相不鏽鋼材料具有(yǒu)良好的耐腐蝕疲勞和(hé)磨損腐蝕性能。
雙相不鏽鋼材料是一種既具有(yǒu)鐵(tiě)素體(tǐ)又具有(yǒu)奧氏體(tǐ)組織結構的鋼種，鐵(tiě)素體(tǐ)和(hé)奧氏體(tǐ)組織結構各占約50%，且二相組織是獨立存在的，其性能特點是兼有(yǒu)奧氏體(tǐ)不鏽鋼和(hé)鐵(tiě)素體(tǐ)不鏽鋼的特性。在鐵(tiě)素體(tǐ)不鏽鋼特性中，當溫度在400～500℃範圍內(nèi)，長時(shí)間(jiān)保溫會(huì)産生(shēng)強烈的脆化，這種現象一般稱為(wèi)475℃脆化；溫度超過400～500℃時(shí)，雙相不鏽鋼性能會(huì)被破壞。
雙相不鏽鋼材料若采用噴焊或堆焊硬質合金工藝方法，該工藝硬質合金和(hé)基體(tǐ)發生(shēng)融溶過程（溫度一般均大(dà)于900℃），會(huì)破壞雙相不鏽鋼材料的金相組織，故雙相不鏽鋼材料不适合用噴焊（或堆焊）硬質合金的硬化工藝。雙相不鏽鋼材料表面硬化工藝适合使用超音(yīn)速噴塗工藝，硬化工藝必須保證不能對雙相不鏽鋼材料基體(tǐ)金相組織産生(shēng)破壞。
5 結語
金屬硬密封球閥的閥球和(hé)閥座采用合理(lǐ)的硬化工藝，可(kě)提高(gāo)直接決定金屬硬密封閥門(mén)的使用和(hé)使用性能，合理(lǐ)的硬化工藝能制(zhì)造成本。随着新技(jì)術(shù)的不斷出現，必定會(huì)有(yǒu)更多(duō)的硬化處理(lǐ)工藝，金屬硬密封閥門(mén)的硬化工藝和(hé)硬度配合是個(gè)複雜的問題，因此在對硬密封閥門(mén)設計(jì)、材料選擇、硬化工藝和(hé)硬度配合，應給予的重視(shì)。
在火(huǒ)力發電(diàn)廠、石油化工系統、煤化工領域的高(gāo)粘性流體(tǐ)、帶粉塵及固體(tǐ)顆粒狀的混合流體(tǐ)、強腐蝕的流體(tǐ)等介質中，球閥需要選用金屬硬密封球閥，所以選用合适的金屬硬密封球閥閥球和(hé)閥座的硬化工藝重要。
2 金屬硬密封球閥閥球和(hé)閥座的硬化方式
目前金屬硬密封球閥球體(tǐ)表面常用的硬化工藝主要有(yǒu)以下幾種：
（1）球體(tǐ)表面堆焊（或噴焊）硬質合金，硬度可(kě)達40HRC以上(shàng)，球體(tǐ)表面堆焊硬質合金工藝複雜，生(shēng)産效率低(dī)，且大(dà)面積堆焊易使零件産生(shēng)變形，目前對球體(tǐ)表面硬化的工藝使用較少(shǎo)。
（2）球體(tǐ)表面鍍硬鉻，硬度可(kě)達60～65HRC，厚度0.07～0.10mm，鍍鉻層硬度高(gāo)、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮，工藝相對簡單，成本較低(dī)。但(dàn)硬鉻鍍層的硬度在溫度升高(gāo)時(shí)會(huì)因其內(nèi)應力的釋放而迅速，其工作(zuò)溫度不能高(gāo)于427℃。另外鍍鉻層結合力低(dī)，鍍層易發生(shēng)脫落。
（3）球體(tǐ)表面采用等離子氮化，表面硬度可(kě)達60～65HRC，氮化層厚度0.20～0.40mm，等離子氮化處理(lǐ)硬化工藝由于耐腐蝕性較差，不能在化工強腐蝕等領域使用。
（4）球體(tǐ)表面超音(yīn)速噴塗（HVOF）工藝，硬度高(gāo)可(kě)達70～75HRC，集合強度高(gāo)，厚度0.3～0.4mm，超音(yīn)速噴塗是球體(tǐ)表面硬化主要工藝手段。在火(huǒ)力發電(diàn)廠、石油化工系統、煤化工領域的高(gāo)粘性流體(tǐ)；帶粉塵及固體(tǐ)顆粒狀的混合流體(tǐ)、強腐蝕的流體(tǐ)介質中大(dà)部分使用該硬化工藝。
超音(yīn)速噴塗工藝是氧燃料燃燒産生(shēng)高(gāo)速氣流加速粉末粒子撞擊工件表面，形成緻密表面塗層的一種工藝方法。在撞擊過程中，由于粒子的速度較快（500～750m/s）且粒子溫度較低(dī)（-3000℃），因此撞擊工件表面後，可(kě)以獲得(de)高(gāo)結合強度、低(dī)空(kōng)隙率、低(dī)氧化物含量的塗層。HVOF的特點是合金粉末粒子速度超過音(yīn)速，是音(yīn)速的2～3倍，氣流速度是音(yīn)速的4倍。
HVOF是一種新的加，噴塗厚度0.3～0.4mm，塗層與工件之間(jiān)是機械結合，結合強度高(gāo)（77MPa），塗層孔隙率低(dī)（＜1%）。該工藝對工件加熱溫度低(dī)（＜93℃），工件不變形，可(kě)進行(xíng)冷噴塗。噴塗時(shí)，粉末粒子速度高(gāo)（1370m/s），無熱影(yǐng)響區(qū)，工件的成分和(hé)組織無變化，塗層硬度高(gāo)，可(kě)進行(xíng)機加工。
噴焊是一種金屬材料表面熱噴塗處理(lǐ)工藝。它是通(tōng)過熱源将粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可(kě)）加熱到熔融或達到高(gāo)塑性狀态後，依靠氣流将其噴射，沉積到預先處理(lǐ)過的工件表面上(shàng)，形成一層與工件表面（基材）結合牢固的塗（焊）層。
噴焊和(hé)堆焊硬化工藝中硬質合金與基體(tǐ)均具有(yǒu)熔融過程，硬質合金與基體(tǐ)集合處有(yǒu)熱融區(qū)，為(wèi)達到噴焊或堆焊硬質合金層性能，避免加工後焊接熱融區(qū)為(wèi)金屬接觸面，建議噴焊或堆焊硬質合金厚度需要大(dà)于3mm以上(shàng)。
3 硬密封球閥閥球和(hé)閥座接觸面的硬度配合
金屬滑動接觸面需具有(yǒu)一定的硬度差，否則容易發生(shēng)咬死現象。在實際運用中，一般閥球和(hé)閥座的硬度差在5～10HRC，該硬度差使球閥能具有(yǒu)較好使用。由于球體(tǐ)加工複雜，加工成本高(gāo)，為(wèi)保護球體(tǐ)不易受到損壞和(hé)磨損，一般選擇球體(tǐ)的硬度高(gāo)于閥座表面的硬度。
閥球和(hé)閥座接觸表面硬度配合使用比較廣泛的有(yǒu)兩種硬度配合：①閥球表面硬度55HRC，閥座表面45HRC，閥球表面可(kě)采用超音(yīn)速噴塗Stellite20合金，閥座表面可(kě)采用堆焊Stellite12合金，該硬度配合是金屬密封球閥使用廣範的硬度配合，能滿足金屬硬密封球閥常規磨損要求；②閥球表面硬度68HRC，閥座表面58HRC，閥球表面可(kě)采用超音(yīn)速噴塗碳化鎢，閥座表面可(kě)采用超音(yīn)速噴塗Stellite20合金，該硬度配合廣泛使用與煤化工領域，具有(yǒu)較高(gāo)的耐磨性和(hé)使用。
在國外有(yǒu)使用閥球和(hé)閥座表面硬度相同的配合，閥球和(hé)閥座表面均采用超音(yīn)速噴塗碳化鎢工藝，表面硬度均大(dà)于72HRC，即使在超高(gāo)硬度情況下，閥球和(hé)閥座接觸表面也不易發生(shēng)咬死，但(dàn)目前國內(nèi)閥球制(zhì)作(zuò)表面硬度大(dà)于72HRC的閥球、閥座沒有(yǒu)成熟的研磨工藝，很(hěn)難保證閥球和(hé)閥座的配合，使用較少(shǎo)。
4 硬密封球閥閥球和(hé)閥座硬化注意問題
金屬硬密封球閥閥球和(hé)閥座材料一般都選擇不鏽鋼或耐腐蝕材料，否則硬質合金與閥座（或閥球）結合層容易被介質腐蝕，發生(shēng)硬質合金層脫落，影(yǐng)響球閥壽命。
另外針對不同的閥座（或閥球）材料應選擇合适的硬化工藝，在煤化工領域中雙相不鏽鋼材料被廣泛使用，雙相不鏽鋼材料具有(yǒu)良好的耐腐蝕疲勞和(hé)磨損腐蝕性能。
雙相不鏽鋼材料是一種既具有(yǒu)鐵(tiě)素體(tǐ)又具有(yǒu)奧氏體(tǐ)組織結構的鋼種，鐵(tiě)素體(tǐ)和(hé)奧氏體(tǐ)組織結構各占約50%，且二相組織是獨立存在的，其性能特點是兼有(yǒu)奧氏體(tǐ)不鏽鋼和(hé)鐵(tiě)素體(tǐ)不鏽鋼的特性。在鐵(tiě)素體(tǐ)不鏽鋼特性中，當溫度在400～500℃範圍內(nèi)，長時(shí)間(jiān)保溫會(huì)産生(shēng)強烈的脆化，這種現象一般稱為(wèi)475℃脆化；溫度超過400～500℃時(shí)，雙相不鏽鋼性能會(huì)被破壞。
雙相不鏽鋼材料若采用噴焊或堆焊硬質合金工藝方法，該工藝硬質合金和(hé)基體(tǐ)發生(shēng)融溶過程（溫度一般均大(dà)于900℃），會(huì)破壞雙相不鏽鋼材料的金相組織，故雙相不鏽鋼材料不适合用噴焊（或堆焊）硬質合金的硬化工藝。雙相不鏽鋼材料表面硬化工藝适合使用超音(yīn)速噴塗工藝，硬化工藝必須保證不能對雙相不鏽鋼材料基體(tǐ)金相組織産生(shēng)破壞。
5 結語
金屬硬密封球閥的閥球和(hé)閥座采用合理(lǐ)的硬化工藝，可(kě)提高(gāo)直接決定金屬硬密封閥門(mén)的使用和(hé)使用性能，合理(lǐ)的硬化工藝能制(zhì)造成本。随着新技(jì)術(shù)的不斷出現，必定會(huì)有(yǒu)更多(duō)的硬化處理(lǐ)工藝，金屬硬密封閥門(mén)的硬化工藝和(hé)硬度配合是個(gè)複雜的問題，因此在對硬密封閥門(mén)設計(jì)、材料選擇、硬化工藝和(hé)硬度配合，應給予的重視(shì)。
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