CN105349897A - 一种钢制滑阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢制滑阀，包括阀体和阀芯，阀体和阀芯均由钢材制成，钢材由以下成分(以质量百分比计)组成：C：0.15％-0.20％，Si：0.3％-0.4％，Mn：0.8％-1.5％，Cr：0.6-0.9％，Ti：0.03-0.1％，Nb：0.1-0.2％，B：0.001-0.006％，稀土元素：0.05-0.1％，Ni≤0.03％，Cu≤0.03％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。本发明制备滑阀使用的钢材组成成分及其质量百分比配伍合理，然后通过严谨的制备工艺，使制备得到的滑阀表面层具有高硬度和耐磨性，而滑阀心部仍然保持着韧性和塑性，机械性能较好，使用寿命延长。

Description

一种钢制滑阀

技术领域

本发明涉及一种滑阀，尤其涉及一种钢制滑阀。

背景技术

滑阀是利用阀芯(柱塞、阀瓣)在阀体的密封面上滑动，改变流体进出口通道位置以控制流体流向的分流阀，常用于蒸汽机、液压和气压等装置，使运动机构获得预定方向和行程的动作或者实现自动连续运转。

现有技术中，由于滑阀中的阀芯(柱塞、阀瓣)在阀体的密封面上滑动，会由于摩擦力较大而易磨损，影响滑阀的使用寿命。

发明内容

本发明目的是为了提供一种机械性能较好、耐磨损、使用寿命久的钢制滑阀。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种钢制滑阀，包括阀体和阀芯，阀体和阀芯均由钢材制成，钢材由以下成分(以质量百分比计)组成：C：0.15％-0.20％，Si：0.3％-0.4％，Mn：0.8％-1.5％，Cr：0.6-0.9％，Ti：0.03-0.1％，Nb：0.1-0.2％，B：0.001-0.006％，稀土元素：0.05-0.1％，Ni≤0.03％，Cu≤0.03％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

本发明滑阀采用钢材制成，而且，本发明使用的钢材中C含量为0.15％-0.20％，是一种低碳钢，强度和硬度较低，但是塑性和韧性较好。而且，本发明使用的钢是一种性能良好的渗碳钢，淬透性较高，因此，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，所以具有较高的低温冲击韧性良好的加工性，且加工变形微小，抗疲劳性能相当好。

本发明使用的钢材中碳含量过高，会导致钢材的心部的韧性下降，所以本发明将C含量为0.15％-0.20％，从而保证钢材的心部有足够的塑性和韧性。

而由于钢材的强度和硬度较低，本发明适当增加了Mn的含量，以提高钢的强度和硬度。同时，本发明的钢中还同时含有Nb和Ti两种微量元素，与Mn元素起协同作用，共同提高钢的强度和硬度。因为，Nb和Ti两种微量元素不仅可以细化晶粒，还可以得到更高体积分数的弥散分布(Nb，Ti)(C，N)析出颗粒，因此，可以同时起到细晶强化和弥散强化的作用。

此外，Mn元素与还与钢中含有的Cr、Ni、B三种元素起协同作用，提高钢的淬透性，从而使钢经渗碳淬火后提高钢的心部的强度和韧性。

所以，综合以上两点因素，本发明提高了Mn元素在钢中的含量，将Mn元素的含量控制在0.8％-1.5％范围内。

另外，由于本发明的钢在后续需要进行渗碳处理，而渗碳处理后钢的组织粗化，力学性能也会随之下降。因此，针对此问题，本发明钢中添加有微量的稀土元素，因为，经实验表明，钢在长时间加热渗碳热处理过程中，加稀土元素具有阻止晶粒长大和提高力学性能的作用，且效果非常显著，钢的渗碳层的弯曲强度，断裂韧性较高。而且，在钢中添加稀土元素，还可以提高钢的耐磨性。

作为优选，稀土元素由质量比为(1.7-2.2)：1的Sm和Tb组成。添加上述配比范围的稀土元素，钢在渗碳处理后性能最好，与其它添加方式相比，抗拉强度、屈服强度等要高7％左右，硬度要高8％左右，韧性要高5％左右，耐磨性要高10％左右。

在上述的一种钢制滑阀中，钢材由以下成分(以质量百分比计)组成：C：0.15％-0.17％，Si：0.35％-0.38％，Mn：1.2％-1.5％，Cr：0.75-0.85％，Ti：0.05-0.08％，Nb：0.13-0.18％，B：0.003-0.005％，稀土元素：0.08-0.1％，Ni≤0.03％，Cu≤0.03％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

在上述的一种钢制滑阀中，滑阀的制备方法为：称取原料制备成符合权利要求1组成成分及其质量百分比的钢材，然后钢材进行正火处理和机械加工后得到阀体坯件和阀芯坯件，阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理后得到阀体和阀芯，最后将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

在上述的一种钢制滑阀中，正火处理为等温正火处理。由于本发明钢材的碳含量较低，属于低碳钢，切削加工性不佳，而正火处理可以改善其切削加工性。所以本发明钢材在成型后经过了正火处理，改善了钢材的显微组织、消除了残余应力，改善了切削加工性，为随后进行的机械加工做好准备。而且，本发明钢材采用的是等温正火处理，解决了普通正火处理时由于堆冷存在的堆内外及其它因素造成的冷却条件相差较大，而导致钢材局部由于冷速过快形成粒贝非平衡组织，而钢材一些部位由于冷速过慢析出过多先共析铁素体而太软的现象，从而可以获得均匀组织，将钢材的硬度控制在一定范围内，更利于后续机械加工的进行。

在上述的一种钢制滑阀中，等温正火处理的温度为580-620℃，时间为40-80min。本发明将钢材的等温正火处理的温度和时间控制在上述范围内，可以将钢材的硬度控制在很窄的范围内，获得最佳切削加工的硬度值，便于后续的机械加工，而且，钢材可以获得均匀细致的金相组织。

在上述的一种钢制滑阀中，热处理包括渗碳处理、淬火和回火。由于本发明钢材的碳含量较低，属于低碳钢，所以使用本发明钢材制备得到的阀体坯件和阀芯坯件先进行渗碳处理，使碳原子渗入到阀体坯件和阀芯坯件的表面层，使阀体坯件和阀芯坯件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和回火，使阀体坯件和阀芯坯件表面层具有高硬度和耐磨性，而阀体坯件和阀芯坯件的心部仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

在上述的一种钢制滑阀中，渗碳处理的温度为930-950℃，时间为3-8h。经渗碳处理后，使阀体坯件和阀芯坯件表层碳含量达到0.4-0.6％。

在上述的一种钢制滑阀中，淬火包括一次淬火和二次淬火，一次淬火的温度为890-910℃，时间为40-80min，二次淬火的温度为860-890℃，时间为40-80min。

在上述的一种钢制滑阀中，回火的温度为580-620℃，时间为60-100min。

本发明通过对渗碳后的滑阀坯件二次淬火和回火处理，明显细化和强化阀体坯件和阀芯坯件的组织，使阀体坯件和阀芯坯件的扭转强度显著提高。

在上述的一种钢制滑阀中，热处理后还进行表面滚压。本发明阀体坯件和阀芯坯件在回火后还进行了表面滚压强化处理，可以提高阀体坯件和阀芯坯件的缺口疲劳强度。尤其是，本发明阀体坯件和阀芯坯件先经过渗碳和两次淬火处理后，再经过表面滚压，缺口疲劳极限提升更为明显。

在上述的一种钢制滑阀中，表面滚压后还进行表面喷丸强化处理。使阀体坯件和阀芯坯件在0-0.5mm深的表层内形成一个喷丸硬化层，显微硬度显著提高，同时还可以降低阀体坯件和阀芯坯件的表面粗糙度，也可以提高阀体坯件和阀芯坯件的疲劳寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明滑阀使用钢材制成，使用的钢材经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，所以具有较高的低温冲击韧性和良好的加工性。

2.本发明使用的钢材中组成成分及其质量百分比配伍合理，显著提高了钢材的强度、硬度、韧性和耐磨性。

3.本发明滑阀的制备工艺简单、严谨，制备得到的滑阀表面层具有高硬度和耐磨性，而滑阀的心部仍然保持着韧性和塑性，机械性能较好，使用寿命延长。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

表1：本发明实施例1-5制备滑阀的钢材的组成成分及其质量百分比

实施例1：

称取原料制备成符合表1中实施例1组成成分及其质量百分比的钢材，然后将钢材进行等温正火处理，等温正火处理的温度为580℃，时间为80min。之后将等温处理好的钢材进行机械加工得到阀体坯件和阀芯坯件。然后将阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理，热处理依次包括在930℃下渗碳处理8h，在890℃下进行一次淬火80min，在860℃下进行二次淬火80min，在580℃下回火100min。热处理后阀体坯件和阀芯坯件再进行表面滚压和表面喷丸强化处理。最后经光饰、清洁后得到阀体和阀芯，并将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例2：

称取原料制备成符合表1中实施例2组成成分及其质量百分比的钢材，然后将钢材进行等温正火处理，等温正火处理的温度为590℃，时间为70min。之后将等温处理好的钢材进行机械加工得到阀体坯件和阀芯坯件。然后将阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理，热处理依次包括在935℃下渗碳处理7h，在895℃下进行一次淬火70min，在870℃下进行二次淬火70min，在590℃下回火90min。热处理后阀体坯件和阀芯坯件再进行表面滚压和表面喷丸强化处理。最后经光饰、清洁后得到阀体和阀芯，并将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例3：

称取原料制备成符合表1中实施例3组成成分及其质量百分比的钢材，然后将钢材进行等温正火处理，等温正火处理的温度为600℃，时间为60min。之后将等温处理好的钢材进行机械加工得到阀体坯件和阀芯坯件。然后将阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理，热处理依次包括在940℃下渗碳处理6h，在900℃下进行一次淬火60min，在875℃下进行二次淬火60min，在600℃下回火80min。热处理后阀体坯件和阀芯坯件再进行表面滚压和表面喷丸强化处理。最后经光饰、清洁后得到阀体和阀芯，并将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例4：

称取原料制备成符合表1中实施例4组成成分及其质量百分比的钢材，然后将钢材进行等温正火处理，等温正火处理的温度为610℃，时间为50min。之后将等温处理好的钢材进行机械加工得到阀体坯件和阀芯坯件。然后将阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理，热处理依次包括在945℃下渗碳处理5h，在905℃下进行一次淬火50min，在880℃下进行二次淬火50min，在610℃下回火70min。热处理后阀体坯件和阀芯坯件再进行表面滚压和表面喷丸强化处理。最后经光饰、清洁后得到阀体和阀芯，并将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例5：

称取原料制备成符合表1中实施例5组成成分及其质量百分比的钢材，然后将钢材进行等温正火处理，等温正火处理的温度为620℃，时间为40min。之后将等温处理好的钢材进行机械加工得到阀体坯件和阀芯坯件。然后将阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理，热处理依次包括在950℃下渗碳处理3h，在910℃下进行一次淬火40min，在890℃下进行二次淬火40min，在620℃下回火60min。热处理后阀体坯件和阀芯坯件再进行表面滚压和表面喷丸强化处理。最后经光饰、清洁后得到阀体和阀芯，并将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例6：

实施例6与实施例3的区别仅在于，实施例6使用的钢材中的稀土元素Tb由等量的Sm代替。

实施例7：

实施例7与实施例3的区别仅在于，实施例7使用的钢材中的稀土元素Sm由等量的Tb代替。

实施例8：

实施例8与实施例3的区别仅在于，实施例8使用的钢材中的稀土元素Sm与Tb的质量比为1.5:1。

实施例9：

实施例9与实施例3的区别仅在于，实施例9使用的钢材中的稀土元素Sm与Tb的质量比为2.5:1。

对比例1：

对比例1的滑阀采用市售20CrMnTi低碳钢材料按实施例3的制备方法制成。

对比例2：

对比例2与实施例3的区别仅在于，对比例2使用的钢材中不含有Nb元素。

对比例3：

对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3使用的钢材中不含有B元素。

对比例4：

对比例4与实施例3的区别仅在于，对比例4中正火处理采用的普通正火处理工艺。

对比例5：

对比例5与实施例3的区别仅在于，对比例5中没有进行二次淬火。

对比例6：

对比例6与实施例3的区别仅在于，对比例6中热处理后没有进行表面滚压。

将上述实施例1-9和对比例1-6制成的滑阀进行力学性能测试，测试结果如表2和表3所示。

表2：实施例1-9滑阀性能测试结果

表3：对比例1-6滑阀性能测试结果

从表2和表3的测试结果可知，采用本发明组成成分及其质量百分比配伍而成的钢材，并运用本发明的制备方法制备而成的滑阀在性能上要优于采用普通钢材或者采用现有制备方法制备而成的滑阀的性能。

将本发明实施例和对比例制备得到的滑阀进行耐磨性和耐腐蚀性测试。

耐磨性测试采用磨耗试验机试验。经统计，在相同条件下，对比例制备得到的滑阀的磨耗量始终要高于实施例制备得到的滑阀的磨耗。且随着磨耗试验次数的增加，对比例滑阀和实施例滑阀的磨耗量的差值呈扩大走势。本发明的磨耗试验对滑阀摩擦从100次增加到3000次，对比例与实施例的磨耗量平均差值从1.3g扩大到12.7g。

耐腐蚀性测试采用湿热试验和盐雾腐蚀试验。经统计：在相同湿热试验条件下，本发明实施例制备得到的滑阀在960h后均未出现腐蚀现象，而对比例制备得到的滑阀在960h后均出现腐蚀现象，腐蚀时间最早的出现在870h。在相同盐雾试验条件下，本发明实施例制备得到的滑阀在50h后均未出现腐蚀现象，而对比例制备得到的滑阀在50h后均出现腐蚀现象，腐蚀时间最早的出现在40h。

由此可知，采用本发明组成成分及其质量百分比配伍而成的钢材，并运用本发明的制备方法制备而成的滑阀在耐磨性和耐腐蚀性方面也要优于采用普通钢材或者采用现有制备方法制备而成的滑阀的性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种钢制滑阀，包括阀体和阀芯，其特征在于，所述阀体和阀芯均由钢材制成，所述钢材由以下成分(以质量百分比计)组成：C：0.15％-0.20％，Si：0.3％-0.4％，Mn：0.8％-1.5％，Cr：0.6-0.9％，Ti：0.03-0.1％，Nb：0.1-0.2％，B：0.001-0.006％，稀土元素：0.05-0.1％，Ni≤0.03％，Cu≤0.03％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述钢材由以下成分(以质量百分比计)组成：C：0.15％-0.17％，Si：0.35％-0.38％，Mn：1.2％-1.5％，Cr：0.75-0.85％，Ti：0.05-0.08％，Nb：0.13-0.18％，B：0.003-0.005％，稀土元素：0.08-0.1％，Ni≤0.03％，Cu≤0.03％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述滑阀的制备方法为：称取原料制备成符合权利要求1组成成分及其质量百分比的钢材，然后钢材进行正火处理和机械加工后得到阀体坯件和阀芯坯件，阀体坯件和阀芯坯件再进行热处理后得到阀体和阀芯，最后将阀体和阀芯组装成滑阀成品。

4.根据权利要求3所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述正火处理为等温正火处理，所述等温正火处理的温度为580-620℃，时间为40-80min。

5.根据权利要求3所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述热处理包括渗碳处理、淬火和回火。

6.根据权利要求5所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述渗碳处理的温度为930-950℃，时间为3-8h。

7.根据权利要求5所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述淬火包括一次淬火和二次淬火，一次淬火的温度为890-910℃，时间为40-80min，二次淬火的温度为860-890℃，时间为40-80min。

8.根据权利要求5所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述回火的温度为580-620℃，时间为60-100min。

9.根据权利要求3所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述热处理后还进行表面滚压。

10.根据权利要求9所述的一种钢制滑阀，其特征在于，所述表面滚压后还进行表面喷丸强化处理。