CN103667754B - 一种轻质耐磨三偏心蝶阀及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三偏心蝶阀，具体涉及一种碳化硅陶瓷颗粒增强7055铝基复合三偏心蝶阀及其制备方法。采用搅拌铸造复合工艺，将碳化硅陶瓷颗粒混入7075基体铝合金中，制备新型陶瓷颗粒增强铝合金基体三偏心蝶阀，由于其含有碳化硅陶瓷颗粒增强，使得新型三偏心蝶阀耐磨损性能相比传统蝶阀提高3‑4倍，并且无需在蝶阀密封面喷焊耐磨层，简化掉工件预热、密封层等离子喷焊和焊后回火热处理等工艺程序，极大提高三偏心蝶阀的生产效率；该三偏心蝶阀重量相比传统蝶阀减轻70%左右，此外，由于陶瓷耐磨增强颗粒的存在，密封面的耐高温、耐腐蚀、耐冲刷性能大幅提高；使得三偏心蝶阀的磨损周期和使用寿命得到有效延长。
Description
技术领域
本发明涉及三偏心蝶阀，具体涉及一种碳化硅陶瓷颗粒增强7055铝基复合三偏心蝶阀及其制备方法。
背景技术
三偏心蝶阀是近些年出现的一种新型阀门，它由蝶板和阀座组成，由于其具有关断性能好、阀杆处泄漏少、良好的调节性能、高流通量、耐腐蚀等优点，在石油、燃气、化工、冶金、船舶、水利及锅炉管道系统中得到广泛的应用，三偏心结构蝶阀在双偏心蝶阀的基础上再增加一个倾角，经过优化设计，使密封副的摩擦力进一步下降，实现了零摩擦启闭，其结构图如图一所示；由于采用面密封的结构，使接触应力分布均匀，密封可靠，实现了零泄漏，由于该蝶阀用于高温、高压金属面的密封，其蝶板的密封面材料必须具备耐温、耐压、耐腐蚀、耐冲刷、高表面硬度的特性。随着工业现代化的发展，对各种机械设备、钢结构件的材料要求越来越高，一些在高速、高压、重载、腐蚀介质等条件下工作的零件，往往因其表面局部损坏而使整个零件报废，最终导致设备和装备的停用，给国民经济造成巨大损失；据报道，世界钢产量的1/10消耗于腐蚀；机械制造中有1/3的能源直接或间接地消耗于摩擦、磨损，这对三篇心蝶阀制造技术提出了很大的挑战。
根据申请人检索，现有三偏心蝶阀专利如公开号：CN102865375A、CN102767628A，CN102661399A均为铸铁铸钢三偏心蝶阀，由于铸铁件耐腐和耐磨的性能不佳，使得这些传统三偏心蝶阀在石油化工等领域使用寿命较短，并且在制备过程中，需在蝶阀密封面采用等离子喷焊工艺复合一层耐磨层，为配合等离子喷焊工艺顺利实施，需要配备大量相关高昂等离子喷焊仪器设备，同时还需增加工件预热、焊后回火、调质等热处理工序保证喷焊质量，但即使这样繁琐工艺，也无法完全消除等离子喷焊缺陷，从而给工业生产效率以及生产安全带来相当大的不便。
为解决这一技术难题，本发明采用搅拌铸造复合工艺，将一定量碳化硅陶瓷颗粒混入7075基体铝合金中，制备新型陶瓷颗粒增强铝合金基体三偏心蝶阀。7075铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝，该合金是20世纪40年代末期就已应用于飞机制造业，至今仍在航空工业上得到广泛应用的超高强度变形铝合金，其特点是，固溶处理后塑性好，热处理强化效果特别好，在150℃以下有高的强度，并且有特别好的低温强度；焊接性能差；有应力腐蚀开裂倾向；需经包铝或其他保护处理使用，双级时效可提高合金抗应力腐蚀开裂的能力，在退火和刚淬火状态下的塑性稍低于同样状态的2A12.稍优于7A04，板材的静疲劳.缺口敏感，应力腐蚀性能优于7A04，基体合金7075密度为仅为铸的铁1/3，因此本发明新型三偏心蝶阀重量轻，耐腐蚀性好。
本发明采用搅拌铸造复合工艺，在铝合金7075基体中添加10％-20％碳化硅陶瓷颗粒，有效增强蝶阀的耐磨性和硬度，相较于传统铸铁铸钢材料三偏心蝶阀，耐磨性提高3-4倍；节省等离子喷焊、热处理等多道工序，提升生产效率；此外，其耐高温冲刷及化学腐蚀等性能均大幅提高，并且总质量为传统铸铁蝶阀的三分之一，更为节能环保，符合国家节能减排号召。
发明内容
本发明的目的是提供一种质量轻、硬度高、耐磨耐腐蚀的新型三偏心蝶阀和简化的制备工艺方法；该方法通过调整碳化硅陶瓷颗粒增强相颗粒的组分比例，控制三偏心蝶阀的硬度耐磨损等性能，有效延长了三偏心蝶阀的磨损周期和使用寿命，从而实现制造高耐磨、耐腐蚀、耐冲刷的高强度三偏心蝶阀；同时，本发明提供的三偏心蝶阀可适用于更高工艺要求的生产加工，免除等离子喷焊和热处理等工艺，同时质量轻，从而在生产运输使用等过程中更为节能环保，减少加工成本。
本发明具体实施的工艺流程为：
(1)按比例称取碳化硅和7075铝合金；
(2)将7075铝合金棒于熔炉中熔融，直至全部融化，保持熔融状态；碳化硅经过研磨后放入烘干炉烘干；
(3)将研磨并经过干燥处理的碳化硅粉末加入到熔炉中已熔融的7075铝合金中；运用超声波搅拌技术，搅拌15-20分钟；将制得的呈熔融状态的碳化硅颗粒增强铝合金复合材料浇入三偏心蝶阀水冷模具；冷却至室温，开模。
搅拌时间选择15-20分钟，决定了碳化硅增强体与铝基体润湿混合情况，通过强搅拌改善润湿条件，适宜的搅拌时间可以达到较好混合与均匀分布状态。
采用X射线无损探伤仪，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行无损探伤；采用洛式硬度计，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行硬度检测等；经过对工件样本各物理性能的质量检测，最终得到合格样品。此种材料制得的蝶阀工件较传统材料制工件硬度、耐磨性均有明显提升；以碳化硅颗粒含量20％为例其硬度HRC达：59～62。
所述步骤(1)中，按质量百分比计算，碳化硅10～20％，7075铝合金80～90％。
所述步骤(2)中，熔融温度为700～750℃。
所述步骤(2)中，碳化硅研磨后粒径达到50μm。
所述步骤(3)中，超声功率为12KW。
附图说明
图1是三偏心蝶阀结构示意图。
图中：1－第1个偏心，2－第2个偏心，3－第3个偏心，4－阀杆中心，5－密封面中心线，6－蝶板锥面轴线，7－蝶板侧端面，α—圆锥半角，γ—蝶板锥面轴线与管道轴的夹角。
具体实施方式
实施例1：
首先准备原材料2kg碳化硅，18kg7075铝合金；熔炉温度设定为700℃，将原料7075铝合金棒先于熔炉中熔融，确保熔化完全；保持熔融的状态，将原料碳化硅在研钵中细致研磨，磨成碳化硅粉，确保无结块，再放入烘干炉，经过10分钟烘干，用铝箔包成几小包备用；将装有2kg经研磨并经过干燥处理的碳化硅粉的铝箔放入到熔炉中已熔融的7075铝合金中；运用超声波搅拌技术(若条件限制机械搅拌亦可)，搅拌15分钟；再将制得的呈熔融状态的碳化硅颗粒增强铝合金复合材料浇入到三偏心蝶阀水冷模具中；冷却两小时至室温，开模；采用X射线无损探伤仪，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行无损探伤；采用洛式硬度计，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行硬度检测，进行耐磨性检测等工序。经过对工件样本各物理性能的质量检测，最终得到合格样品。
采用以上工艺用碳化硅颗粒增强铝合金复合材料制造三偏心蝶阀，各组分质量百分比分数为碳化硅颗粒含量：10％，7075铝合金含量：90％；硬度HRC：50～54。
试验结果：制得三偏心蝶阀外观较好，其构件表面实测硬度HRC:52.2，X射线探伤未发现气孔、裂缝等；经检测，此蝶阀较传统铸铁蝶阀硬度提升40％以上，耐磨性提升30％以上，同等体积质量轻50％左右，可节省大量能源消耗，降低成本；工件总体很符合工艺要求，可用于进行生产加工活动。
实施例2：
首先准备原材料3kg碳化硅，17kg7075铝合金；熔炉温度设定为730℃，将原料7075铝合金棒先于熔炉中熔融，确保熔化完全；保持熔融的状态，将原料碳化硅在研钵中细致研磨，磨成碳化硅粉，确保无结块，再放入烘干炉，经过18分钟烘干，用铝箔包成几小包备用；将装有3kg经研磨并经过干燥处理的碳化硅粉的铝箔放入到熔炉中已熔融的7075铝合金中；运用超声波搅拌技术(若条件限制机械搅拌亦可)，搅拌18分钟；再将制得的呈熔融状态的碳化硅颗粒增强铝合金复合材料浇入到三偏心蝶阀水冷模具中；冷却两小时至室温，开模；采用X射线无损探伤仪，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行无损探伤；采用洛式硬度计，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行硬度检测，进行耐磨性检测等工序。经过对工件样本各物理性能的质量检测，最终得到合格样品。
采用以上工艺用碳化硅颗粒增强铝合金复合材料制造三偏心蝶阀，各组分质量百分比分数为碳化硅颗粒含量：15％，7075铝合金含量：85％；硬度HRC：55～58。
试验结果：制得三偏心蝶阀外观较好，其构件表面实测硬度HRC:57.6，X射线探伤未发现气孔、裂缝等；经检测，此蝶阀较传统铸铁蝶阀硬度提升46％以上，耐磨性提升34％以上，同等体积质量轻50％左右，可节省大量能源消耗，降低成本；工件总体很符合工艺要求，可用于进行生产加工活动。
实施例3：
首先准备原材料4kg碳化硅，16kg7075铝合金；熔炉温度设定为750℃，将原料7075铝合金棒先于熔炉中熔融，确保熔化完全；保持熔融的状态，将原料碳化硅在研钵中细致研磨，磨成纯碳化硅粉，确保无结块，再放入烘干炉，经过20分钟烘干，用铝箔包成几小包备用；将装有4kg经研磨并经过干燥处理的碳化硅粉的铝箔放入到熔炉中已熔融的7075铝合金中；运用超声波搅拌技术(若条件限制机械搅拌亦可)，搅拌20分钟；再将制得的呈熔融状态的碳化硅颗粒增强铝合金复合材料浇入到三偏心蝶阀水冷模具中；冷却两小时至室温，开模；采用X射线无损探伤仪，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行无损探伤；采用洛式硬度计，对制得的三偏心蝶阀工件样本进行硬度检测，进行耐磨性检测等工序。经过对工件样本各物理性能的质量检测，最终得到合格样品。
采用以上工艺用碳化硅颗粒增强铝合金复合材料制造三偏心蝶阀，各组分质量百分比分数为碳化硅颗粒含量：20％，7075铝合金含量：80％；硬度HRC：59～62。
试验结果：制得三偏心蝶阀外观较好，其构件表面实测硬度HRC:61.0，X射线探伤未发现气孔、裂缝等；经检测，此蝶阀较传统铸铁蝶阀硬度提升52％以上，耐磨性提升37％以上，同等体积质量轻50％左右，可节省大量能源消耗，降低成本；工件总体很符合工艺要求，可用于进行生产加工活动。
Claims (1)
1.一种轻质耐磨三偏心蝶阀的制备方法，所述蝶阀的成份按质量百分比计算，由碳化硅10～20％，7075铝合金80～90％组成；其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按比例称取碳化硅和7075铝合金；
(2)将7075铝合金棒于熔炉中熔融，直至全部融化，保持熔融状态；碳化硅经过研磨后放入烘干炉烘干；
(3)将研磨并经过干燥处理的碳化硅粉末加入到熔炉中已熔融的7075铝合金中；超声搅拌15-20分钟；将制得的呈熔融状态的碳化硅颗粒增强铝合金复合材料浇入三偏心蝶阀水冷模具；冷却至室温，开模；
其中所述步骤(2)中，熔融温度为700～750℃；碳化硅研磨后粒径达到50μm；所述步骤(3)中，超声功率为12KW。
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