CN107893198A - 一种管道系统中的排气阀及其铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道系统中的排气阀，该排气阀包括以下组分：C，Cr，Co，Si，Mn，Zn，Al，Pt，Ni，Zn，V，Mo：0.05‑0.11％，Nd，Ce，Eu，Lu，S，P，Cu，氧化镁,稀土元素，碳化钨，余量为Fe；稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：13‑15％，Sc：16‑18％，Gd：9‑11％，Sm：18‑20％，Pr：9‑11％，余量为La，以上各组分之和为100％；本发明还设计一种管道系统中的排气阀的铸造工艺，该铸造工艺简单易行，生产成本低廉，生产出的阀门具有良好的抗蚀能力，延长使用寿命。

Description

一种管道系统中的排气阀及其铸造工艺
技术领域
本发明涉及一种阀门，具体涉及一种管道系统中的排气阀及其铸造工艺。
背景技术
阀门(famen)是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能，用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多，阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动，阀门根据材质还分为铸铁阀门，铸钢阀门，不锈钢阀门(201、304、316等)，铬钼钢阀门，铬钼钒钢阀门，双相钢阀门，塑料阀门，非标订制等阀门材质，排气阀应用于独立采暖系统、集中供热系统、采暖锅炉、中央空调地板采暖及太阳能采暖系统等管道排气，因为水中通常都溶有一定的空气，而且空气的溶解度随温度的升高而减少，这样水在循环过程中气体逐渐从水中分离出来，并逐渐在一起形成大的气泡甚至气柱，因为有水的补充，所以经常有气体产生，所以排气阀的存在尤其重要，但是现有的排气阀易磨损、易腐蚀等缺陷，且目前在铸钢行业中，铸钢件在铸造时通常要制造模具、浇注再进行阀门的后期处理，处理不当则得到的铸钢容易产生裂纹、砂眼、气孔等缺陷，影响了产品的质量，因此，合理的生产工艺成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种管道系统中的排气阀及其铸造工艺，该铸造工艺简单易行，生产成本低廉，生产出的阀门具有良好的抗蚀能力，延长使用寿命。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种管道系统中的排气阀，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.15-0.17%，Cr：4-7%，Co：0.1-0.3%，Si：0.21-0.33%，Mn：1. 5-1.7%，Zn：0.86-1.13%，Al：3-5%，Pt：0.08-0.12%，Ni：0.24-0.38%，Zn：0.5-1%，V：0.1-0.4%，Mo：0.05-0.11%，Nd：0.03-0.09%，Ce：0.02-0.07%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.01-0.08%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.29-0.33％, 稀土元素0.5-0.8%，碳化钨:0.23-0.36%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：13-15%，Sc：16-18%，Gd：9-11%，Sm：18-20%，Pr：9-11%，余量为La，以上各组分之和为100%。
本发明进一步限定的技术方案为：
前述管道系统中的排气阀中，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.15%，Cr：4%，Co：0.1%，Si：0.21%，Mn：1. 5%，Zn：0.86%，Al：3%，Pt：0.08%，Ni：0.24%，Zn：0.5%，V：0.1%，Mo：0.05%，Nd：0.03%，Ce：0.02%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.01%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.29％，稀土元素0.5%，碳化钨:0.23%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：13%，Sc：16%，Gd：9%，Sm：18%，Pr：9%，余量为La，以上各组分之和为100%。
前述管道系统中的排气阀中，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.17%，Cr：7%，Co：0.3%，Si：0.33%，Mn：1.7%，Zn：1.13%，Al：5%，Pt：0.12%，Ni：0.38%，Zn：1%，V：0.4%，Mo：0.11%，Nd：0.09%，Ce：0.07%，Eu：0.12%，Lu: 0.08%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.33％， 稀土元素0.8%，碳化钨：0.36%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：15%，Sc：18%，Gd：11%，Sm：20%，Pr：11%，余量为La，以上各组分之和为100%。
前述管道系统中的排气阀中，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.16%，Cr：5%，Co：0.2%，Si：0.29%，Mn：1. 6%，Zn：0.95%，Al：4%，Pt：0.09%，Ni：0.29%，Zn：0.8%，V：0.3%，Mo：0.09%，Nd：0.06%，Ce：0.05%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.05%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.31％, 稀土元素0.6%，碳化钨:0.29%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：14%，Sc：17%，Gd：10%，Sm：19%，Pr：10%，余量为La，以上各组分之和为100%。
本发明还设计一种管道系统中的排气阀的铸造工艺，具体包括以下步骤：
（1）根据排气阀的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，并在铸型上开有浇口，然后将铸型置于烘炉中在220-250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90-93%，酚醛树脂：2-4%，有机膨润土：1.5-2.5%及二氧化钛：0.5-1%；
（3）将排气阀的铸造原料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680-1700℃，冶炼时间为3.7-4.0h；
将得到的原料溶液进行冷却，采用风冷以11-13℃/s的冷却速率将原料溶液风冷至800-850℃，冷却后的原料溶液在熔炉内进行二次熔炼，将熔炉内的温度提高到1350℃至1380℃，合金被二次熔炼形成原料溶液；
（4）将铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇注形成排气阀坯，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为15-20s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后的排气阀连同铸型保温10-15h，以消除残余应力，取出钢环坯空冷至室温，然后对钢环坯进行热处理，所述的热处理具体为：
加热：将排气阀加热至550-575℃，并保温60-75min；
冷却：采用风冷以8-10℃/s的冷却速率将排气阀加速冷却至200-250℃后，再空冷至室温；
一次回火：将排气阀加热至400-450℃回火30-35min后，待温40s，使排气阀的温度均匀化，之后以15-18℃/s的冷却速率加速冷却至室温；
二次回火：将排气阀加热至560-580℃回火20-25min后空冷至室温；
淬火：排气阀淬火保温温度为500℃±10℃，保温时间为0.5-1.5h；排气阀淬火加热完成后快速放入水槽水冷10-15分钟，冷却槽水温控制在25-35℃，水冷至200-250℃，然后再采用水以7℃/s的速度冷却至100-150℃，然后空冷至80-90℃，再采用水以3℃/s的冷却速度冷至50-60℃，最后空冷至室温；
（6）热处理后的排气阀进行车加工，将车加工后的排气阀的毛坯进行打磨抛光制得排气阀。
本发明的有益效果是：
本发明由于通过二次熔炼后铸造， 减少了原料中的杂质，提升了最终排气阀的质量，并且提高二次熔炼，合金的力学性能和耐腐蚀性能有了明显改善，增强了排气阀的强度。
本发明在热处理时，通过两次回火和淬火的配合，提高了排气阀的力学性能，增强了排气阀的接触疲劳强度和冲击韧性。
本发明浇注坯经热处理后，抗拉强度、屈服强度、室温冲击吸收攻和硬度都达到了铸件的标准并得到了强化。
本发明通过热处理，可使浇铸坯表面产生1-3mm厚回火马氏体组织，有效提高的其抗水蚀能力；另外，两次回火中第二次回火温度小于第一次回火温度可以减小表面和心部的温度之差，使浇铸坯厚度方向组织细小均匀；正火后回火进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致。
本发明的复合稀土，由于以上稀土元素的金属原子半径大且稀土具有较高的活性，很容易填补物料间的空隙，同时，稀土元素易和氧、硫等元素化合生成熔点高的化合物，复合稀土的加入在一定程度上提高了制备物料的分散性和相容性，使产品混合均匀也提高了保护车不放层的阻燃性。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种管道系统中的排气阀，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.15%，Cr：4%，Co：0.1%，Si：0.21%，Mn：1. 5%，Zn：0.86%，Al：3%，Pt：0.08%，Ni：0.24%，Zn：0.5%，V：0.1%，Mo：0.05%，Nd：0.03%，Ce：0.02%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.01%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.29％，稀土元素0.5%，碳化钨:0.23%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：13%，Sc：16%，Gd：9%，Sm：18%，Pr：9%，余量为La，以上各组分之和为100%。
上述管道系统中的排气阀的铸造工艺，具体包括以下步骤：
（1）根据排气阀的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，并在铸型上开有浇口，然后将铸型置于烘炉中在220℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90%，酚醛树脂：2%，有机膨润土：1.5%及二氧化钛：0.5%；
（3）将排气阀的铸造原料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680℃，冶炼时间为3.7h；
将得到的原料溶液进行冷却，采用风冷以11℃/s的冷却速率将原料溶液风冷至800℃，冷却后的原料溶液在熔炉内进行二次熔炼，将熔炉内的温度提高到1350℃，合金被二次熔炼形成原料溶液；
（4）将铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇注形成排气阀坯，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为15-20s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后的排气阀连同铸型保温10h，以消除残余应力，取出钢环坯空冷至室温，然后对钢环坯进行热处理，所述的热处理具体为：
加热：将排气阀加热至550℃，并保温60min；
冷却：采用风冷以8℃/s的冷却速率将排气阀加速冷却至200℃后，再空冷至室温；
一次回火：将排气阀加热至400℃回火30min后，待温40s，使排气阀的温度均匀化，之后以15℃/s的冷却速率加速冷却至室温；
二次回火：将排气阀加热至560℃回火20min后空冷至室温；
淬火：排气阀淬火保温温度为510℃，保温时间为0.5h；排气阀淬火加热完成后快速放入水槽水冷10分钟，冷却槽水温控制在25℃，水冷至200℃，然后再采用水以7℃/s的速度冷却至100℃，然后空冷至80℃，再采用水以3℃/s的冷却速度冷至50℃，最后空冷至室温；
（6）热处理后的排气阀进行车加工，将车加工后的排气阀的毛坯进行打磨抛光制得排气阀。
实施例2
本实施例提供一种管道系统中的排气阀，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.17%，Cr：7%，Co：0.3%，Si：0.33%，Mn：1.7%，Zn：1.13%，Al：5%，Pt：0.12%，Ni：0.38%，Zn：1%，V：0.4%，Mo：0.11%，Nd：0.09%，Ce：0.07%，Eu：0.12%，Lu: 0.08%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.33％， 稀土元素0.8%，碳化钨：0.36%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：15%，Sc：18%，Gd：11%，Sm：20%，Pr：11%，余量为La，以上各组分之和为100%。
上述管道系统中的排气阀的铸造工艺，具体包括以下步骤：
（1）根据排气阀的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，并在铸型上开有浇口，然后将铸型置于烘炉中在250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：93%，酚醛树脂：4%，有机膨润土：2.5%及二氧化钛：1%；
（3）将排气阀的铸造原料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1700℃，冶炼时间为4.0h；
将得到的原料溶液进行冷却，采用风冷以13℃/s的冷却速率将原料溶液风冷至850℃，冷却后的原料溶液在熔炉内进行二次熔炼，将熔炉内的温度提高到1380℃，合金被二次熔炼形成原料溶液；
（4）将铸造原料溶液进行镇静5min，然后向铸型内浇注形成排气阀坯，浇注速度为70kg/s，浇注时间为20s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后的排气阀连同铸型保温15h，以消除残余应力，取出钢环坯空冷至室温，然后对钢环坯进行热处理，所述的热处理具体为：
加热：将排气阀加热至575℃，并保温75min；
冷却：采用风冷以10℃/s的冷却速率将排气阀加速冷却至250℃后，再空冷至室温；
一次回火：将排气阀加热至450℃回火35min后，待温40s，使排气阀的温度均匀化，之后以18℃/s的冷却速率加速冷却至室温；
二次回火：将排气阀加热至580℃回火20-25min后空冷至室温；
淬火：排气阀淬火保温温度为490℃，保温时间为1.5h；排气阀淬火加热完成后快速放入水槽水冷15分钟，冷却槽水温控制在35℃，水冷250℃，然后再采用水以7℃/s的速度冷却至150℃，然后空冷至90℃，再采用水以3℃/s的冷却速度冷至60℃，最后空冷至室温；
（6）热处理后的排气阀进行车加工，将车加工后的排气阀的毛坯进行打磨抛光制得排气阀。
实施例3
本实施例提供一种管道系统中的排气阀，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.16%，Cr：5%，Co：0.2%，Si：0.29%，Mn：1. 6%，Zn：0.95%，Al：4%，Pt：0.09%，Ni：0.29%，Zn：0.8%，V：0.3%，Mo：0.09%，Nd：0.06%，Ce：0.05%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.05%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.31％, 稀土元素0.6%，碳化钨:0.29%，余量为Fe；
稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：14%，Sc：17%，Gd：10%，Sm：19%，Pr：10%，余量为La，以上各组分之和为100%。
上述管道系统中的排气阀的铸造工艺，具体包括以下步骤：
（1）根据排气阀的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，并在铸型上开有浇口，然后将铸型置于烘炉中在230℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：92%，酚醛树脂：3%，有机膨润土：1.9%及二氧化钛：0.8%；
（3）将排气阀的铸造原料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1690℃，冶炼时间为3.9h；
将得到的原料溶液进行冷却，采用风冷以12℃/s的冷却速率将原料溶液风冷至820℃，冷却后的原料溶液在熔炉内进行二次熔炼，将熔炉内的温度提高到1360℃，合金被二次熔炼形成原料溶液；
（4）将铸造原料溶液进行镇静4min，然后向铸型内浇注形成排气阀坯，浇注速度为69kg/s，浇注时间为19s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后的排气阀连同铸型保温13h，以消除残余应力，取出钢环坯空冷至室温，然后对钢环坯进行热处理，所述的热处理具体为：
加热：将排气阀加热至565℃，并保温69min；
冷却：采用风冷以9℃/s的冷却速率将排气阀加速冷却至230℃后，再空冷至室温；
一次回火：将排气阀加热至420℃回火33min后，待温40s，使排气阀的温度均匀化，之后以16℃/s的冷却速率加速冷却至室温；
二次回火：将排气阀加热至570℃回火23min后空冷至室温；
淬火：排气阀淬火保温温度为450℃，保温时间为0.9h；排气阀淬火加热完成后快速放入水槽水冷10-15分钟，冷却槽水温控制在29℃，水冷至230℃，然后再采用水以7℃/s的速度冷却至120℃，然后空冷至85℃，再采用水以3℃/s的冷却速度冷至55℃，最后空冷至室温；
（6）热处理后的排气阀进行车加工，将车加工后的排气阀的毛坯进行打磨抛光制得排气阀。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种管道系统中的排气阀，其特征在于，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.15-0.17%，Cr：4-7%，Co：0.1-0.3%，Si：0.21-0.33%，Mn：1. 5-1.7%，Zn：0.86-1.13%，Al：3-5%，Pt：0.08-0.12%，Ni：0.24-0.38%，Zn：0.5-1%，V：0.1-0.4%，Mo：0.05-0.11%，Nd：0.03-0.09%，Ce：0.02-0.07%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.01-0.08%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.29-0.33％, 稀土元素0.5-0.8%，碳化钨:0.23-0.36%，余量为Fe；
所述的稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：13-15%，Sc：16-18%，Gd：9-11%，Sm：18-20%，Pr：9-11%，余量为La，以上各组分之和为100%。
2.根据权利要求1所述的管道系统中的排气阀，其特征在于，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.15%，Cr：4%，Co：0.1%，Si：0.21%，Mn：1. 5%，Zn：0.86%，Al：3%，Pt：0.08%，Ni：0.24%，Zn：0.5%，V：0.1%，Mo：0.05%，Nd：0.03%，Ce：0.02%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.01%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.29％，稀土元素0.5%，碳化钨:0.23%，余量为Fe；
所述的稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：13%，Sc：16%，Gd：9%，Sm：18%，Pr：9%，余量为La，以上各组分之和为100%。
3.根据权利要求1所述的管道系统中的排气阀，其特征在于，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.17%，Cr：7%，Co：0.3%，Si：0.33%，Mn：1.7%，Zn：1.13%，Al：5%，Pt：0.12%，Ni：0.38%，Zn：1%，V：0.4%，Mo：0.11%，Nd：0.09%，Ce：0.07%，Eu：0.12%，Lu: 0.08%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.33％， 稀土元素0.8%，碳化钨：0.36%，余量为Fe；
所述的稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：15%，Sc：18%，Gd：11%，Sm：20%，Pr：11%，余量为La，以上各组分之和为100%。
4.根据权利要求1所述的管道系统中的排气阀，其特征在于，该排气阀按质量百分比计包括以下组分：
C：0.16%，Cr：5%，Co：0.2%，Si：0.29%，Mn：1. 6%，Zn：0.95%，Al：4%，Pt：0.09%，Ni：0.29%，Zn：0.8%，V：0.3%，Mo：0.09%，Nd：0.06%，Ce：0.05%，Eu：0.04-0.12%，Lu: 0.05%，S≤0.025%，P≤0.025%，Cu≤0.20%，氧化镁：0.31％, 稀土元素0.6%，碳化钨:0.29%，余量为Fe；
所述的稀土元素按按重量百分比包含以下成分：Y：14%，Sc：17%，Gd：10%，Sm：19%，Pr：10%，余量为La，以上各组分之和为100%。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的管道系统中的排气阀的铸造工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）根据排气阀的形状以石英砂、水玻璃和膨润土为造型材料混制出铸型，并在铸型上开有浇口，然后将铸型置于烘炉中在220-250℃下进行烘干；
（2）向烘干的铸型表面喷涂一层涂料，所述的涂料按质量百分比计包含以下组分：
锆英粉：90-93%，酚醛树脂：2-4%，有机膨润土：1.5-2.5%及二氧化钛：0.5-1%；
（3）将排气阀的铸造原料进行冶炼得到铸造原料溶液，冶炼温度为1680-1700℃，冶炼时间为3.7-4.0h；
将得到的原料溶液进行冷却，采用风冷以11-13℃/s的冷却速率将原料溶液风冷至800-850℃，冷却后的原料溶液在熔炉内进行二次熔炼，将熔炉内的温度提高到1350℃至1380℃，合金被二次熔炼形成原料溶液；
（4）将铸造原料溶液进行镇静3-5min，然后向铸型内浇注形成排气阀坯，浇注速度为67-70kg/s，浇注时间为15-20s，在浇注过程中向铸造原料溶液中加入少量变质剂；
所述变质剂的化学成份质量百分比为：稀土硅92%，铋锭3%，镁锭3%，铝锭2%；
（5）浇注后的排气阀连同铸型保温10-15h，以消除残余应力，取出钢环坯空冷至室温，然后对钢环坯进行热处理，所述的热处理具体为：
加热：将排气阀加热至550-575℃，并保温60-75min；
冷却：采用风冷以8-10℃/s的冷却速率将排气阀加速冷却至200-250℃后，再空冷至室温；
一次回火：将排气阀加热至400-450℃回火30-35min后，待温40s，使排气阀的温度均匀化，之后以15-18℃/s的冷却速率加速冷却至室温；
二次回火：将排气阀加热至560-580℃回火20-25min后空冷至室温；
淬火：排气阀淬火保温温度为500℃±10℃，保温时间为0.5-1.5h；排气阀淬火加热完成后快速放入水槽水冷10-15分钟，冷却槽水温控制在25-35℃，水冷至200-250℃，然后再采用水以7℃/s的速度冷却至100-150℃，然后空冷至80-90℃，再采用水以3℃/s的冷却速度冷至50-60℃，最后空冷至室温；
（6）热处理后的排气阀进行车加工，将车加工后的排气阀的毛坯进行打磨抛光制得排气阀。
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