CN107398681B - 一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片及其制备工艺，以耐热奥氏体不锈钢为基材，经中频炉冶炼、铸造、锻造、热处理、表面处理、成型等过程加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02%、Si≤0.5%、Mn≤7.5%、P≤0.04%、S≤0.02%、Cu≤0.75%、Ti≤1.4%、Ni 14%‑16%，Cr 15%‑20%、Mo 3.5%‑5%、N 0.10%‑0.25%、余量为Fe。本发明的产品具有优异的耐高温、耐磨损、抗疲劳及基体强度。

Description

一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片及其制备工艺

技术领域

本发明涉及机械零部件制造技术领域，具体涉及一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片及其制备工艺。

背景技术

排气阀在压缩机内是一个重要的部件，对压缩机工作的稳定性，压缩效果以及使用寿命都起着至关重要的作用，现在空压机上排气阀及排气阀片选材基本为不锈钢、铝基合金、聚氨酯、四氟乙烯等等，以上这些材料在不同工况中起到不同的作用。然而在一种高温工况使用的压缩机（火电等工况），其工作温度基本在320℃-520℃之间，长期在高温和高压的工况环境下，铝基合金、聚氨酯、四氟乙烯材质阀片均不适合，而不锈钢材质的阀片随着使用频次增多，也会使阀片磨损或疲劳破损，很容易损坏，导致压缩机工作不稳定，降低压缩机的使用寿命，以至于我国整个高温工况的压缩机领域发展受阻，很难得到发展。因此，急需一种新型的耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片以满足市场需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片及其制备工艺，采用耐热奥氏体不锈钢为基础材料，经中频炉冶炼、铸造、锻造、热处理、表面处理、成型等过程加工而成，产品具有优异的耐高温、耐磨损、抗疲劳及基体强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，以耐热奥氏体不锈钢为基础材料加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02%、Si≤0.5%、Mn≤7.5%、P≤0.04%、S≤0.02%、Cu≤0.75%、Ti≤1.4%、Ni 14%-16%，Cr 15%-20%、Mo 3.5%-5%、N0.10%-0.25%、余量为Fe。

一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片制备工艺，包括如下步骤：

1）中频炉冶炼：

将铁棒及其他贵金属元素放入中频炉中冶炼，脱氧出渣，然后取样化验；

根据化验的结果，为中频炉中添加缺少的贵金属，调整钢液中的各项元素，待各项元素指标符合要求后，再次脱氧出渣，将温度降至1500-1550℃，并保温2-3min；

2）铸造：

将已经焙烧透的圆柱形陶瓷模范从焙烧炉中取出（陶瓷模范外型根据气阀口径而定，其模范内径比所有气阀通径≤0.5cm，模范高度是最终成型阀片高度的5倍），将中频炉中钢液浇铸至圆柱形模范中，并给浇口处盖耐火砂冷却，冷却后，除去陶瓷模范，取出钢柱待用；

3）锻造：

将铸造的钢柱工件置入铸造炉内加热，进行锻造；

第一火出坯，从炉内取出工件将其用上下平砧镦粗，镦粗比为1.3，再采用上平板、上平台和上下平砧经过宽砧强压锻造法，保证每次压下量≥120%；

第二火成型，在模具中将工件法兰端料镦粗，再将法兰端料用上砧子平整，操作机上安装专用夹具夹持模具小端滚圆法兰，这样反复平整、滚圆，成形法兰至锻件尺寸符合规定后，在模具中取出锻坯；

第三火造型，将取出的锻坯放入炉内加热，温度控制在1060 -1080℃，保温10-30min，然后取出放入造型模具上，采用操作机上安装的专用挤压头，挤压法兰，并使其法兰形成阀片坯型，完成锻造造型；

第四粗加工整形，将阀片坯型进行车铣粗加工造型，使阀片坯型精度更接近于阀片成品精度，使阀片坯型形体大于或等于阀片成品形体精度2mm，由于本阀片材质含钼、镍、铬、锰等贵金属较高，其硬度较大，经粗加工整形，解决了高猛高钼钢热处理后不易于加工的技术难题；

4）热处理：

将粗加工整形后的阀片坯件进行热处理，即在热处理炉内冷却，然后进行一次重结晶正回火或二次重结晶正回火，再经过三次升温、降温处理及探伤检测；根据探伤检测结果，进行不断调质，直至达到正常结构，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测；

5）表面处理：

将热处理后的阀片坯进行传统表面处理或直接向热处理炉内渗入氮气进行渗氮气表面处理和再次调质；

6）成型：

根据阀片型体尺寸及阀片内孔型体尺寸，用铣床车铣，达到阀片尺寸及精度需要，即得成品。

根据以上方案，所述中频炉的温度控制在1550-1700℃，

根据以上方案，所述锻造炉内的温度控制在1150-1250℃，保温5h以上；

根据以上方案，所述传统表面处理包括抛丸、酸洗及整形。

根据以上方案，所述渗氮气表面处理和调质的具体方法为：在1040-1120℃高温下直接向热处理炉内渗入氮气，使阀片坯件表面发白退去氧化皮，并再次调质，使阀片坯件表面更硬，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测。

根据以上方案，所述成型时铣床车铣量为1.5-2.2mm。

本发明的有益效果是：

1）本发明采用的基材中含有含钼、镍、铬等贵金属，具有良好的耐高温性能和机械强度；

2）本发明采用中频炉对阀片基材进行冶炼，可以得到耐磨耐高温的空压机排气阀阀片基体；

3）本发明采用铸造、锻造工艺技术，可以至使材料内部结构更加致密，可以增强阀片的耐磨、抗疲劳及基体强度；

4）本发明采用第三火造型和第四粗加工整形，解决了高猛高钼钢热处理后不易于加工的技术难题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例1：

本发明提供一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片以耐热奥氏体不锈钢为基础材料加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02%、Si≤0.5%、Mn≤7.5%、P≤0.04%、S≤0.02%、Cu≤0.75%、Ti≤1.4%、Ni 15%，Cr 18%、Mo 4%、N0.2%、余量为Fe，其制备工艺，包括如下步骤：

1）中频炉冶炼：

将铁棒及其他贵金属元素放入中频炉中冶炼，中频炉内温度控制在1650℃，脱氧出渣，然后取样化验；

根据化验的结果，为中频炉中添加缺少的贵金属，调整钢液中的各项元素，待各项元素指标符合要求后，再次脱氧出渣，将温度降至1530℃，并保温2min；

2）铸造：

将已经焙烧透的圆柱形陶瓷模范从焙烧炉中取出，将中频炉中钢液浇铸至圆柱形模范中，并给浇口处盖耐火砂冷却，冷却后，除去陶瓷模范，取出钢柱待用；

3）锻造：

将铸造的钢柱工件置入炉内加热，控制炉内温度为1200℃，保温6h；

第一火出坯，从炉内取出工件将其用上下平砧镦粗，镦粗比为1.3，再采用上平板、上平台和上下平砧经过宽砧强压锻造法，保证每次压下量≥120%；

第二火成型，在模具中将工件法兰端料镦粗，再将法兰端料用上砧子平整，操作机上安装专用夹具夹持模具小端滚圆法兰，这样反复平整、滚圆，成形法兰至锻件尺寸符合规定后，在模具中取出锻坯；

第三火造型，将取出的锻坯放入炉内加热，温度控制在1070℃，保温20min，然后取出放入造型模具上，采用操作机上安装的专用挤压头，挤压法兰，并使其法兰形成阀片坯型，完成锻造造型；

第四粗加工整形，将阀片坯型进行车铣粗加工造型，使阀片坯型精度更接近于阀片成品精度，使阀片坯型形体大于或等于阀片成品形体精度2mm；

4）热处理：

将粗加工整形后的阀片坯件进行热处理，即在热处理炉内冷却，然后进行一次重结晶正回火或二次重结晶正回火，再经过三次升温、降温处理及探伤检测；根据探伤检测结果，进行不断调质，直至达到正常结构，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测；

5）表面处理：

将热处理后的阀片坯进行抛丸、酸洗及最后整形；

6）成型：

根据阀片表面和型体尺寸，用铣床车铣1.8mm，达到阀片尺寸及精度需要，即得成品。

实施例2：

本发明提供一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片以耐热奥氏体不锈钢为基础材料加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02%、Si≤0.5%、Mn≤7.5%、P≤0.04%、S≤0.02%、Cu≤0.75%、Ti≤1.4%、Ni 16%，Cr 15%、Mo 5%、N0.25%、余量为Fe，其制备工艺，包括如下步骤：

1）中频炉冶炼：

将铁棒及其他贵金属元素放入中频炉中冶炼，中频炉内温度控制在1550℃，脱氧出渣，然后取样化验；

根据化验的结果，为中频炉中添加缺少的贵金属，调整钢液中的各项元素，待各项元素指标符合要求后，再次脱氧出渣，将温度降至1500℃，并保温3min；

2）铸造：

将已经焙烧透的圆柱形陶瓷模范从焙烧炉中取出，将中频炉中钢液浇铸至圆柱形模范中，并给浇口处盖耐火砂冷却，冷却后，除去陶瓷模范，取出钢柱待用；

3）锻造：

将铸造的钢柱工件置入炉内加热，控制炉内温度为1250℃，保温6h；

第一火出坯，从炉内取出工件将其用上下平砧镦粗，镦粗比为1.3，再采用上平板、上平台和上下平砧经过宽砧强压锻造法，保证每次压下量≥120%；

第二火成型，在模具中将工件法兰端料镦粗，再将法兰端料用上砧子平整，操作机上安装专用夹具夹持模具小端滚圆法兰，这样反复平整、滚圆，成形法兰至锻件尺寸符合规定后，在模具中取出锻坯；

第三火造型，将取出的锻坯放入炉内加热，温度控制在1080℃，保温10min，然后取出放入造型模具上，采用操作机上安装的专用挤压头，挤压法兰，并使其法兰形成阀片坯型，完成锻造造型；

第四粗加工整形，将阀片坯型进行车铣粗加工造型，使阀片坯型精度更接近于阀片成品精度，使阀片坯型形体大于或等于阀片成品形体精度2mm；

4）热处理：

将粗加工整形后的阀片坯件进行热处理，即在热处理炉内冷却，然后进行一次重结晶正回火或二次重结晶正回火，再经过三次升温、降温处理及探伤检测；根据探伤检测结果，进行不断调质，直至达到正常结构，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测；

5）表面处理：

将热处理后的阀片坯进行抛丸、酸洗及最后整形；

6）成型：

根据阀片表面和型体尺寸，用铣床车铣2.2mm，达到阀片尺寸及精度需要，即得成品。

实施例3：

本发明提供一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片以耐热奥氏体不锈钢为基础材料加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02%、Si≤0.5%、Mn≤7.5%、P≤0.04%、S≤0.02%、Cu≤0.75%、Ti≤1.4%、Ni 14%，Cr 20%、Mo 3.5%、N0.1%、余量为Fe，其制备工艺，包括如下步骤：

1）中频炉冶炼：

将铁棒及其他贵金属元素放入中频炉中冶炼，中频炉内温度控制在1700℃，脱氧出渣，然后取样化验；

根据化验的结果，为中频炉中添加缺少的贵金属，调整钢液中的各项元素，待各项元素指标符合要求后，再次脱氧出渣，将温度降至1550℃，并保温2min；

2）铸造：

将已经焙烧透的圆柱形陶瓷模范从焙烧炉中取出，将中频炉中钢液浇铸至圆柱形模范中，并给浇口处盖耐火砂冷却，冷却后，除去陶瓷模范，取出钢柱待用；

3）锻造：

将铸造的钢柱工件置入炉内加热，控制炉内温度为1150℃，保温8h；

第一火出坯，从炉内取出工件将其用上下平砧镦粗，镦粗比为1.3，再采用上平板、上平台和上下平砧经过宽砧强压锻造法，保证每次压下量≥120%；

第二火成型，在模具中将工件法兰端料镦粗，再将法兰端料用上砧子平整，操作机上安装专用夹具夹持模具小端滚圆法兰，这样反复平整、滚圆，成形法兰至锻件尺寸符合规定后，在模具中取出锻坯；

第三火造型，将取出的锻坯放入炉内加热，温度控制在1060℃，保温20min，然后取出放入造型模具上，采用操作机上安装的专用挤压头，挤压法兰，并使其法兰形成阀片坯型，完成锻造造型；

第四粗加工整形，将阀片坯型进行车铣粗加工造型，使阀片坯型精度更接近于阀片成品精度，使阀片坯型形体大于或等于阀片成品形体精度2mm；

4）热处理：

将粗加工整形后的阀片坯件进行热处理，即在热处理炉内冷却，然后进行一次重结晶正回火或二次重结晶正回火，再经过三次升温、降温处理及探伤检测；根据探伤检测结果，进行不断调质，直至达到正常结构，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测；

5）表面处理：

将热处理后的阀片坯进行抛丸、酸洗及最后整形；

6）成型：

根据阀片表面和型体尺寸，用铣床车铣1.5mm，达到阀片尺寸及精度需要，即得成品。

实施例4：

本发明提供一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片以耐热奥氏体不锈钢为基础材料加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02%、Si≤0.5%、Mn≤7.5%、P≤0.04%、S≤0.02%、Cu≤0.75%、Ti≤1.4%、Ni 14%，Cr 20%、Mo 3.5%、N0.1%、余量为Fe，其制备工艺，包括如下步骤：

1）中频炉冶炼：

将铁棒及其他贵金属元素放入中频炉中冶炼，中频炉内温度控制在1700℃，脱氧出渣，然后取样化验；

根据化验的结果，为中频炉中添加缺少的贵金属，调整钢液中的各项元素，待各项元素指标符合要求后，再次脱氧出渣，将温度降至1550℃，并保温2min；

2）铸造：

将已经焙烧透的圆柱形陶瓷模范从焙烧炉中取出，将中频炉中钢液浇铸至圆柱形模范中，并给浇口处盖耐火砂冷却，冷却后，除去陶瓷模范，取出钢柱待用；

3）锻造：

将铸造的钢柱工件置入炉内加热，控制炉内温度为1150℃，保温8h；

第一火出坯，从炉内取出工件将其用上下平砧镦粗，镦粗比为1.3，再采用上平板、上平台和上下平砧经过宽砧强压锻造法，保证每次压下量≥120%；

第二火成型，在模具中将工件法兰端料镦粗，再将法兰端料用上砧子平整，操作机上安装专用夹具夹持模具小端滚圆法兰，这样反复平整、滚圆，成形法兰至锻件尺寸符合规定后，在模具中取出锻坯；

第三火造型，将取出的锻坯放入炉内加热，温度控制在1060℃，保温20min，然后取出放入造型模具上，采用操作机上安装的专用挤压头，挤压法兰，并使其法兰形成阀片坯型，完成锻造造型；

第四粗加工整形，将阀片坯型进行车铣粗加工造型，使阀片坯型精度更接近于阀片成品精度，使阀片坯型形体大于或等于阀片成品形体精度2mm；

4）热处理：

将粗加工整形后的阀片坯件进行热处理，即在热处理炉内冷却，然后进行一次重结晶正回火或二次重结晶正回火，再经过三次升温、降温处理及探伤检测；根据探伤检测结果，进行不断调质，直至达到正常结构。

5）渗氮气表面处理和再次调质：

在1080℃高温下直接向热处理炉内渗入氮气，使阀片坯件表面发白退去氧化皮，并再次调质，使阀片坯件表面更硬，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测；

6）成型：

根据阀片表面和型体尺寸，用铣床车铣1.5mm，达到阀片尺寸及精度需要，即得成品。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，其特征在于，以耐热奥氏体不锈钢为基础材料加工而成，所述耐热奥氏体不锈钢包括如下元素组分及其质量百分比：C≤0.02％、Si≤0.5％、Mn≤7.5％、P≤0.04％、S≤0.02％、Cu≤0.75％、Ti≤1.4％、Ni 14％-16％，Cr15％-20％、Mo 3.5％-5％、N 0.10％-0.25％、余量为Fe；

所述耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片制备工艺，包括如下步骤：

1)中频炉冶炼：

将铁棒及其他贵金属元素放入中频炉中冶炼，脱氧出渣，然后取样化验；

根据化验的结果，为中频炉中添加缺少的贵金属，调整钢液中的各项元素，待各项元素指标符合要求后，再次脱氧出渣，将温度降至1500-1550℃，并保温2-3min；

2)铸造：

将已经焙烧透的圆柱形陶瓷模范从焙烧炉中取出，将中频炉中钢液浇铸至圆柱形模范中，并给浇口处盖耐火砂冷却，冷却后，除去陶瓷模范，取出钢柱待用；

3)锻造：

将铸造的钢柱工件置入铸造炉内加热，进行锻造；

第一火出坯，从炉内取出工件将其用上下平砧镦粗，镦粗比为1.3，再采用上平板、上平台和上下平砧经过宽砧强压锻造法，保证每次压下量≥120％；

第二火成型，在模具中将工件法兰端料镦粗，再将法兰端料用上砧子平整，操作机上安装专用夹具夹持模具小端滚圆法兰，这样反复平整、滚圆，成形法兰至锻件尺寸符合规定后，在模具中取出锻坯；

第三火造型，将取出的锻坯放入炉内加热，温度控制在1060-1080℃，保温10-30min，然后取出放入造型模具上，采用操作机上安装的专用挤压头，挤压法兰，并使其法兰形成阀片坯型，完成锻造造型；

第四粗加工整形，将阀片坯型进行车铣粗加工造型，使阀片坯型精度更接近于阀片成品精度，使阀片坯型形体大于或等于阀片成品形体精度2mm；

4)热处理：

将粗加工整形后的阀片坯件进行热处理，即在热处理炉内冷却，然后进行一次重结晶正回火或二次重结晶正回火，再经过三次升温、降温处理及探伤检测；根据探伤检测结果，进行不断调质，直至达到正常结构，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测；

5)表面处理：

将热处理后的阀片坯进行传统表面处理或直接向热处理炉内渗入氮气进行渗氮气表面处理和再次调质；

6)成型：

根据阀片表面、阀片型体尺寸及阀片内孔型体尺寸，用铣床车铣，达到阀片尺寸及精度需要，即得成品。

2.根据权利要求1所述的耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，其特征在于，所述中频炉的温度控制在1550-1700℃。

3.根据权利要求1所述的耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，其特征在于，所述锻造炉内的温度控制在1150-1250℃，保温5h以上。

4.根据权利要求1所述的耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，其特征在于，所述传统表面处理包括抛丸、酸洗及整形。

5.根据权利要求1所述的耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，其特征在于，所述渗氮气表面处理和再次调质的具体方法为：在1040-1120℃高温下直接向热处理炉内渗入氮气，使阀片坯件表面发白退去氧化皮，并再次调质，使阀片坯件表面更硬，然后进行材质化验、机械性能检测、金相、硬度检测及最后一次探伤检测。

6.根据权利要求1所述的耐高温、抗腐蚀的压缩机排气阀片，其特征在于，所述成型时铣床车铣量为1.5-2.2mm。