CN115584456A - 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法 - Google Patents

一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115584456A
CN115584456A CN202211322885.8A CN202211322885A CN115584456A CN 115584456 A CN115584456 A CN 115584456A CN 202211322885 A CN202211322885 A CN 202211322885A CN 115584456 A CN115584456 A CN 115584456A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ball
ball valve
titanium
temperature
treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211322885.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115584456B (zh
Inventor
李探军
程佳
杨永良
王晨华
赵祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Pump & Valve General Factory Co ltd
Original Assignee
Xi'an Pump & Valve General Factory Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Pump & Valve General Factory Co ltd filed Critical Xi'an Pump & Valve General Factory Co ltd
Priority to CN202211322885.8A priority Critical patent/CN115584456B/zh
Publication of CN115584456A publication Critical patent/CN115584456A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115584456B publication Critical patent/CN115584456B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Taps Or Cocks (AREA)

Abstract

本申请公开了一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，包括：选取钛材原料，对钛材原料进行退火处理，并进行粗加工得到球坯；将球坯进行去应力退火处理，然后将球坯加工至产品尺寸，获得球阀球体；对球阀球体表面抛光，并进行稳定化处理；对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理。本申请解决了现有技术中通过离子氮化方法提升球阀球体的表面硬度，会影响球阀球体使用性能的问题。本申请的方法可以有效控制球阀球体在硬化过程中的变形，从而稳定球阀球体的圆度，进而保证球阀的密封性能。表面硬化后的球阀球体可满足轻载荷、耐磨损、耐腐蚀工况的使用需求，延长了其使用寿命。

Description

一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法
技术领域
本申请属于钛材表面硬化技术领域，具体涉及一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法。
背景技术
钛材具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、优良的低温韧性等特点，被广泛应用于国防、化工、能源、航空航天工程等领域。钛材球体得益于其优异的耐腐蚀性能和机械结构，在阀门领域得到了快速的发展。但由于钛材硬度低、耐磨性差、易咬合的不足，往往导致钛材球阀球体表面发生磨损，影响其功能性使用。因此提升钛材球阀球体表面硬度，增强其耐磨性，对延长其使用寿命及稳定工作具有重大意义。
目前改善钛材表面耐磨性的技术主要包括堆焊、热喷涂、PVD镀膜、微弧氧化等等。这些方法可以提高钛材产品的表面硬度，但这些表面处理方法要么与基体材料的结合强度低，导致涂层容易脱落；要么工艺实施过程中温度较高，导致球体变形影响后续装配；要么工艺复杂、设备昂贵。
离子氮化是一种化学热处理方法，氮离子渗入基体材料表面形成其氮化物陶瓷涂层，提升其表面硬度。现有的离子氮化技术为了获得较好的渗氮效果往往氮化温度较高、氮化时间较长，影响其基体的组织与性能，特别是内部中空、薄壁厚或复杂形状的工件极易产生变形。为解决变形问题，目前大多采用高温去应力的处理方式，但高温去应力时热处理温度较高，接近钛材转变温度，因此温控要求高，并且高温使钛材晶粒长大还会影响其性能，同时还会导致氮化后的产品表面出现褶皱现象。
发明内容
本申请实施例通过提供一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，解决了现有技术中通过离子氮化方法提升球阀球体的表面硬度，会影响球阀球体使用性能的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，包括：
选取钛材原料，对钛材原料进行退火处理，并进行粗加工得到球坯；其中，钛材原料采用钛材棒料或钛材锻件；
将球坯进行去应力退火处理，然后将球坯加工至产品尺寸，获得球阀球体；
对球阀球体表面抛光，并进行稳定化处理；
对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理，使球阀球体氮化后的圆度≤0.02mm，形成的渗氮层深度≥0.10mm，渗氮层表面硬度为500HV～1000HV。
在一种可能的实现方式中，所述对钛材原料进行退火处理包括：
将钛材原料放入台车式电阻炉中进行退火处理；其中，退火处理时的温度在750～850℃范围内，退火时长为1～3h；
退火处理完成后取出钛材原料后空冷。
在一种可能的实现方式中，所述将球坯进行去应力退火处理包括：
将粗加工的球阀球体放入真空退火炉；
控制真空退火炉中的真空度低于0.33Pa，并以1.5～2.5℃/min速率升温至550～600℃，然后在该温度范围下保温1～3h；
使球坯随炉冷却到200℃以下；
取出球阀球体后空冷。
在一种可能的实现方式中，所述稳定化处理包括：
将球阀球体置于-50～-70℃的低温槽内，保持1～2h后取出并静置；
待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1～1.5℃/min的速率升温至60～90℃，然后在该温度范围下保温1～2h。
在一种可能的实现方式中，还包括：将稳定化处理后的球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干再进行离子氮化处理。
在一种可能的实现方式中，所述对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理包括：
将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内；
开启电源点燃辉光，升温阶段控制供气量为0.5～0.7L/min，控制电流为40～60A，电压为750～850V；
当球阀球体的温度大于400℃后，控制供气量为0.2～0.4L/min，控制电流为10～30A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至750～900℃，然后再保温3～6h；
离子氮化结束后，切断辉光电源，停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
在一种可能的实现方式中，对球阀球体表面抛光后，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。
在一种可能的实现方式中，钛材原料为钛或者钛合金，钛的牌号为TA2或F-2，钛合金的牌号为TA10、F-12或TA31。
在一种可能的实现方式中，球阀球体为直通式，球阀球体的口径在DN25～DN200范围内，球阀球体的直径在
Figure BDA0003911282450000031
范围内。
在一种可能的实现方式中，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供了一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，该方法通过去应力退火处理释放应力，然后在球阀球体表面抛光后对其实施稳定化处理，来保证球阀球体在后续的离子氮化过程中尺寸的稳定性，再通过控温的离子氮化处理来提升球阀球体的使用性能及结构稳定性，通过本发明的方法可以在球阀球体表面制备渗氮的硬化层，该硬化层可有效提高球阀球体的耐腐蚀性与耐磨性，进而提高球阀球体功能性与使用寿命。本发明提供的方法可以有效控制球阀球体在硬化过程中产生的变形，从而稳定球阀球体的圆度，进而保证球阀的密封性能。本发明的方法工艺流程相对简单，经济性好。表面硬化后的球阀球体可满足轻载荷、耐磨损、耐腐蚀工况的使用需求，延长了其使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法的流程图。
图2为本发明实施例一提供的球阀球体的结构示意图。
图3为本发明实施例一提供的渗氮层显微组织图。
图4为本发明实施例一提供的渗氮层截面梯度硬度图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
如图1至图4所示，本发明实施例提供的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，包括以下步骤：
选取钛材原料，对钛材原料进行退火处理，并进行粗加工得到球坯；其中，钛材原料采用钛材棒料或钛材锻件；
将球坯进行去应力退火处理，然后将球坯加工至产品尺寸，获得球阀球体；
对球阀球体表面抛光，并进行稳定化处理；
对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理，使球阀球体氮化后的圆度≤0.02mm，形成的渗氮层深度≥0.10mm，渗氮层表面硬度为500HV～1000HV。
需要说明的是，采用钛材棒料或钛材锻件的钛材原料使得球阀球体的性能相对较好。
将球阀球体加工至产品尺寸，即后续不再对球阀球体的尺寸进行修整，离子氮化处理后即得到球阀球体成品。
本发明在球阀球体表面的硬化过程中，通过去应力退火处理释放应力，然后在球阀球体表面抛光后对其实施稳定化处理，来保证球阀球体在后续的离子氮化过程中尺寸的稳定性，再通过控温的离子氮化处理来提升球阀球体的使用性能及结构稳定性，通过本发明的方法可以在球阀球体表面制备渗氮的硬化层，该硬化层可有效提高球阀球体的耐腐蚀性与耐磨性，进而提高球阀球体功能性与使用寿命。本发明的方法可以有效控制球阀球体在硬化过程中的变形，从而稳定球阀球体的圆度，进而保证球阀的密封性能。本发明的方法工艺流程相对简单，经济性好。表面硬化后的球阀球体可满足轻载荷、耐磨损、耐腐蚀工况的使用需求，延长了其使用寿命。
本实施例中，对钛材原料进行退火处理包括：
将钛材原料放入台车式电阻炉中进行退火处理；其中，退火处理时的温度在750～850℃范围内，退火时长为1～3h；
退火处理完成后取出钛材原料后空冷。
需要说明的是，本次退火处理针对的是钛材原料，退火温度和时长的选择能够保证钛材原料的性能，退火处理的目的是细化组织，降低硬度，改善切削加工性能，去除内应力。空冷即放置在空气中进行冷却。
本实施例中，所述将球坯进行去应力退火处理包括：
将粗加工的球阀球体放入真空退火炉；
控制真空退火炉中的真空度低于0.33Pa，并以1.5～2.5℃/min速率升温至550～600℃，然后在该温度范围下保温1～3h；
使球坯随炉冷却到200℃以下；
取出球阀球体后空冷。
需要说明的是，退火处理的目的是消除加工过程中的残余应力，为后续球阀球体的稳定化处理做准备。本次退火处理针对的是粗加工后的球阀球体，本次退火温度选择适中，因此温控要求低，能防止球阀球体性能降低，还不会使氮化后的产品表面出现褶皱。
本实施例中，所述稳定化处理包括：
将球阀球体置于-50～-70℃的低温槽内，保持1～2h后取出并静置；
待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1～1.5℃/min的速率升温至60～90℃，然后在该温度范围下保温1～2h。
需要说明的是，本发明采用了适中温度的条件进行退火去应力，因此设置稳定化处理的步骤来稳定球阀球体的尺寸，减小后续离子氮化处理过程中球阀球体的变形，避免了只用采用高温去应力的处理方式来防止工件变形，存在温控要求高、影响球阀球体性能、以及成品出现褶皱现象的问题。
本实施例中，还包括：将稳定化处理后的球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干再进行离子氮化处理。
需要说明的是，超声波清洗和无水乙醇清洗用于清除球阀球体表面的油污及杂质，保证后续氮化效果。
本实施例中，所述对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理包括：
将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内；
开启电源点燃辉光，升温阶段控制供气量为0.5～0.7L/min，控制电流为40～60A，电压为750～850V；
当球阀球体的温度大于400℃后，控制供气量为0.2～0.4L/min，控制电流为10～30A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至750～900℃，然后再保温3～6h；
离子氮化结束后，切断辉光电源，停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
需要说明的是，离子氮化处理能够将氮渗入球阀球体表面，并形成陶瓷相提升球阀球体表面硬度及耐腐蚀性。本发明的离子氮化处理时长较短，因此能够进一步保证球阀球体的组织与性能。
本实施例中，对球阀球体表面抛光后，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。
需要说明的是，球阀球体表面抛光后，不再对球阀球体进行加工，因此需要使抛光后的球阀球体满足表面粗糙度设计要求，同时该粗糙度的球阀球体经离子氮化处理后效果更好。
本实施例中，钛材原料为钛或者钛合金，钛的牌号为TA2或F-2，钛合金的牌号为TA10、F-12或TA31。
需要说明的是，钛材原料的选择能够满足球阀球体的使用需求。
本实施例中，球阀球体为直通式，球阀球体的口径在DN25～DN200范围内，球阀球体的直径在
Figure BDA0003911282450000081
范围内。
需要说明的是，本发明的方法适用于本实施例的球阀的参数。
本实施例中，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。
需要说明的是，含氮气体的氨气电离后产生的氮离子轰击球阀球体表面加热并进行氮化，球阀球体经离子渗氮处理后，可显著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲劳强度，抗蚀能力及抗烧伤性等。氨气的纯度≥99.8％使得氮化效果更好。
如图1至图4所示，本实施例以下述实施例一至四进行实际应用时的具体说明。
实施例一：
1)制备口径为DN65、钛合金牌号为TA31的球阀球体，首先对钛材锻件进行退火处理，退火处理时的温度为850℃，退火时长为1.5h，退火处理完成后取出钛材原料后空冷，然后进行粗加工。
2)对粗加工后的球阀球体进行去应力退火处理，去应力退火处理时的真空度低于0.33Pa，并以1.5℃/min的速率升温至600℃，在该温度下保温1.5h，保温完成后使球阀球体随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。然后将球阀球体加工至产品尺寸。
3)对球阀球体表面抛光，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。然后对球阀球体进行稳定化处理，将球阀球体置于-50℃的低温槽内，保持1h后取出静置，待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1℃/min的速率升温至75℃，然后在该温度范围下保温1h。
4)对球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干。
5)对球阀球体进行离子氮化处理，将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内。开启电源点燃辉光，升温阶段增大供气量为0.5L/min，提高电流为40A，电压为750V，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。当球阀球体的温度大于400℃后，减小供气量为0.3L/min，降低电流为20A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至900℃，然后再保温3h，离子氮化结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
6)对本实施例处理后的TA31球阀球体进行检测，渗氮层的厚度为0.11mm，表面硬度为943HV0.2，约为TA31基材硬度289HV0.2的3.3倍，球体圆度为0.01mm。
实施例二：
1)制备口径为DN25、钛牌号为TA2的球阀球体，首先对钛材棒料进行退火处理，退火处理时的温度为750℃，退火时长为1h，退火处理完成后取出钛材原料后空冷，然后进行粗加工。
2)对粗加工后的球阀球体进行去应力退火处理，去应力退火处理时的真空度低于0.33Pa，并以1.5℃/min的速率升温至550℃，在该温度下保温1h，保温完成后使球阀球体随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。然后将球阀球体加工至产品尺寸。
3)对球阀球体表面抛光，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。然后对球阀球体进行稳定化处理，将球阀球体置于-50℃的低温槽内，保持1h后取出静置，待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1℃/min速率升温至60℃，然后在该温度范围下保温1h。
4)对球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干。
5)对球阀球体进行离子氮化处理，将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内。开启电源点燃辉光，升温阶段增大供气量为0.4L/min，提高电流为40A，电压为750V，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。当球阀球体温度大于400℃后，减小供气量为0.2L/min，降低电流为10A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至750℃，然后再保温3h，离子氮化结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
6)对本实施例处理后的TA2球阀球体进行检测，渗氮层的厚度为0.11mm，表面硬度为569HV0.2，约为TA2基材硬度187HV0.2的3倍，球体圆度为0.01mm。
实施例三：
1)制备口径为DN100、钛合金牌号为F-12的球阀球体，首先对钛材锻件进行退火处理，退火处理时的温度为750℃，退火时长为2h，退火处理完成后取出钛材原料后空冷，然后进行粗加工。
2)对粗加工后的球阀球体进行去应力退火处理，去应力退火处理时的真空度低于0.33Pa，并以2℃/min的速率升温至550℃，在该温度下保温2h，保温完成后使球阀球体随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。然后将球阀球体加工至产品尺寸。
3)对球阀球体表面抛光，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。然后对球阀球体进行稳定化处理，将球阀球体置于-60℃的低温槽内，保持1.5h后取出静置，待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1.5℃/min的速率升温至80℃，然后在该温度范围下保温1.5h。
4)对球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干。
5)对球阀球体进行离子氮化处理，将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内。开启电源点燃辉光，升温阶段增大供气量为0.6L/min，提高电流为50A，电压为800V，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。当球阀球体的温度大于400℃后，减小供气量为0.3L/min，降低电流为20A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至850℃，然后再保温4h，离子氮化结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
6)对本实施例处理后的F-12球阀球体进行检测，渗氮层的厚度为0.13mm，表面硬度为698HV0.2，约为F-12基材硬度205HV0.2的3.4倍，球体圆度为0.02mm。
实施例四：
1)制备口径为DN200、钛牌号为F-2的球阀球体，首先对钛材锻件进行退火处理，退火处理时的温度为750℃，退火时长为3h，退火处理完成后取出钛材原料后空冷，然后进行粗加工。
2)对粗加工后的球阀球体进行去应力退火处理，去应力退火处理时的真空度低于0.33Pa，并以2.5℃/min的速率升温至550℃，在该温度下保温3h，保温完成后使球阀球体随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。然后将球阀球体加工至产品尺寸。
3)对球阀球体表面抛光，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。然后对球阀球体进行稳定化处理，将球阀球体置于-70℃的低温槽内，保持2h后取出静置，待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1.5℃/min的速率升温至90℃，然后在该温度范围下保温2h。
4)对球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干。
5)对球阀球体进行离子氮化处理，将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内。开启电源点燃辉光，升温阶段增大供气量为0.7L/min，提高电流为60A，电压为850V，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。当球阀球体温度大于400℃后，减小供气量为0.4L/min，降低电流为30A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至850℃，然后再保温6h，离子氮化结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
6)对本实施例处理后的F-2球阀球体进行检测，渗氮层的厚度为0.12mm，表面硬度为633HV0.1，约为F-2基材硬度192HV0.2的3.3倍，球体圆度为0.02mm。
对比例一：
1)制备口径为DN200、钛牌号为F-2的球阀球体，首先对钛材锻件进行退火处理，退火处理时的温度为750℃，退火时长为3h，退火处理完成后取出钛材原料后空冷，然后进行粗加工。
2)对粗加工后的球阀球体进行去应力退火处理，去应力退火处理时的真空度低于0.33Pa，并以2.5℃/min的速率升温至750℃，在该温度下保温3h，保温完成后使球阀球体随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。然后将球阀球体加工至产品尺寸。
3)对球阀球体表面抛光，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。
4)对球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干。
5)对球阀球体进行离子氮化处理，将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内。开启电源点燃辉光，升温阶段增大供气量为0.7L/min，提高电流为60A，电压为850V，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。当球阀球体温度大于400℃后，减小供气量为0.4L/min，降低电流为30A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至850℃，然后再保温8h，离子氮化结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
6)对本实施例处理后的F-2球阀球体进行检测，渗氮层的厚度为0.10mm，表面硬度为562HV0.1，约为F-2基材硬度192HV0.2的2.9倍，球体圆度为0.04mm。
本对比例一取消了稳定化处理步骤，因此在粗加工后的球阀球体进行去应力退火处理时提高了退火温度，以保证球阀球体的残余应力能够消除，同时也延长了离子氮化处理时长，保证渗氮层厚度达到最低标准。对比例一得到的F-2球阀球体与实施例四得到的F-2球阀球体相比，退火时温控要求高，并且离子氮化时间较长，进而使球阀球体的组织与性能受到了影响，从而导致渗氮层的厚度、表面硬度均有所下降，对比例一得到的F-2球阀球体圆度较大，因此一定程度上影响了球阀的密封性能。从上可以看出本发明通过设置稳定化处理步骤能够降低退火温度和离子氮化处理时长，并且保证球阀球体在后续的离子氮化过程中尺寸的稳定性，使球阀球体圆度得到保证，并且保证渗氮层的厚度、表面硬度。
本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，包括：
选取钛材原料，对钛材原料进行退火处理，并进行粗加工得到球坯；其中，钛材原料采用钛材棒料或钛材锻件；
将球坯进行去应力退火处理，然后将球坯加工至产品尺寸，获得球阀球体；
对球阀球体表面抛光，并进行稳定化处理；
对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理，使球阀球体氮化后的圆度≤0.02mm，形成的渗氮层深度≥0.10mm，渗氮层表面硬度为500HV～1000HV。
2.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，所述对钛材原料进行退火处理包括：
将钛材原料放入台车式电阻炉中进行退火处理；其中，退火处理时的温度在750～850℃范围内，退火时长为1～3h；
退火处理完成后取出钛材原料后空冷。
3.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，所述将球坯进行去应力退火处理包括：
将粗加工的球阀球体放入真空退火炉；
控制真空退火炉中的真空度低于0.33Pa，并以1.5～2.5℃/min速率升温至550～600℃，然后在该温度范围下保温1～3h；
使球坯随炉冷却到200℃以下；
取出球阀球体后空冷。
4.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，所述稳定化处理包括：
将球阀球体置于-50～-70℃的低温槽内，保持1～2h后取出并静置；
待温度达到0℃以上时，将球阀球体放入烘箱中以1～1.5℃/min的速率升温至60～90℃，然后在该温度范围下保温1～2h。
5.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，还包括：将稳定化处理后的球阀球体依次进行超声波清洗和无水乙醇清洗，然后烘干再进行离子氮化处理。
6.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，所述对稳定化处理后的球阀球体进行离子氮化处理包括：
将球阀球体通过工装悬空固定在氮化炉中，并控制氮化炉中的真空度在10～20Pa范围内；
开启电源点燃辉光，升温阶段控制供气量为0.5～0.7L/min，控制电流为40～60A，电压为750～850V；
当球阀球体的温度大于400℃后，控制供气量为0.2～0.4L/min，控制电流为10～30A，控制升温速率为1.5℃/min并升温至750～900℃，然后再保温3～6h；
离子氮化结束后，切断辉光电源，停止供气和抽气，使球阀球体在渗氮气氛中随炉冷却到200℃以下，然后取出球阀球体后空冷。
7.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，对球阀球体表面抛光后，使球阀球体的表面粗糙度小于等于1.6μm。
8.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，钛材原料为钛或者钛合金，钛的牌号为TA2或F-2，钛合金的牌号为TA10、F-12或TA31。
9.根据权利要求1所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，球阀球体为直通式，球阀球体的口径在DN25～DN200范围内，球阀球体的直径在
Figure FDA0003911282440000021
范围内。
10.根据权利要求6所述的钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法，其特征在于，离子氮化处理时使用的气体为氨气，氨气的纯度≥99.8％。
CN202211322885.8A 2022-10-27 2022-10-27 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法 Active CN115584456B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211322885.8A CN115584456B (zh) 2022-10-27 2022-10-27 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211322885.8A CN115584456B (zh) 2022-10-27 2022-10-27 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115584456A true CN115584456A (zh) 2023-01-10
CN115584456B CN115584456B (zh) 2023-09-01

Family

ID=84782435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211322885.8A Active CN115584456B (zh) 2022-10-27 2022-10-27 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115584456B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1389562A (en) * 1971-01-29 1975-04-03 Acieries De Ponpey Soc Nouv Surface hardening of titanium and its alloys
JPH05279835A (ja) * 1991-12-26 1993-10-26 Nippon Steel Corp チタン合金バルブの製造方法
JPH06264706A (ja) * 1993-03-15 1994-09-20 Nippon Steel Corp チタン合金バルブの製造方法
JP2000096208A (ja) * 1998-09-24 2000-04-04 Citizen Watch Co Ltd チタン製ゴルフクラブ部材とその硬化処理方法
JP2005068491A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Niigataken Keno Chiiki Jiba Sangyo Shinko Center チタン材の表面硬化処理方法
CN104278137A (zh) * 2014-09-25 2015-01-14 昆明理工大学 一种金属材料表面纳米化及其组织稳定化的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1389562A (en) * 1971-01-29 1975-04-03 Acieries De Ponpey Soc Nouv Surface hardening of titanium and its alloys
JPH05279835A (ja) * 1991-12-26 1993-10-26 Nippon Steel Corp チタン合金バルブの製造方法
JPH06264706A (ja) * 1993-03-15 1994-09-20 Nippon Steel Corp チタン合金バルブの製造方法
JP2000096208A (ja) * 1998-09-24 2000-04-04 Citizen Watch Co Ltd チタン製ゴルフクラブ部材とその硬化処理方法
JP2005068491A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Niigataken Keno Chiiki Jiba Sangyo Shinko Center チタン材の表面硬化処理方法
CN104278137A (zh) * 2014-09-25 2015-01-14 昆明理工大学 一种金属材料表面纳米化及其组织稳定化的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
千东范;: "稳定化处理对钛及钛合金低温塑性的影响", 稀有金属, no. 06, pages 66 - 71 *
陈彦;杭丽娜;张程;张志超;: "钛材球阀阀球及阀座表面硬化处理的研究", 化工机械, no. 05 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115584456B (zh) 2023-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bloyce et al. Surface engineering of titanium and titanium alloys
CN107794459B (zh) 一种汽车发动机气缸盖
CN106141576B (zh) 一种轿车发动机用耐高温排气门
US20190323102A1 (en) Surface treatment method of metallic materials
CN109402351A (zh) 一种金属工件加工方法
CN114988917A (zh) 一种纳米复合高硬度陶瓷刀具材料及其制备方法
CN114438298B (zh) 一种高温扩散方法及一种合金钢
CN103602946B (zh) 一种提高钛合金轴承座表面耐磨性的方法
CN112779533B (zh) 一种在不锈钢表面制备金属基复合涂层的方法
CN115584456A (zh) 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法
CN111235367A (zh) 一种提高激光增材制造12CrNi2合金钢强度的热处理方法
CN113564608A (zh) 一种柴油机整体式活塞进行整体硬化处理的方法
CN113186483A (zh) 一种适用于复杂工况的非晶功能性防护涂层及制备方法
CN104895638B (zh) 一种汽车发动机进气门
CN106637063A (zh) 一种提高h13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法
WO2023109106A1 (zh) 一种短流程贝氏体热作模具及其制备方法
CN103789722B (zh) 一种显著提高齿轮耐蚀性的化学热处理方法
CN110592331A (zh) 一种铸造钢铁耐磨件的热处理生产方法
CN114934247B (zh) 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法
CN114737083A (zh) 一种用于激光增材制造的gh3536原料粉末及其制备方法及其合金的制备方法
CN112195370B (zh) 高镍合金材料及其制备方法和铸铁件
CN115232928A (zh) 一种热处理提升激光冲击强化金属增材件力学性能的方法
CN110904341B (zh) 一种钛合金铸锭的冷却方法
CN110527935B (zh) 一种提高锆基合金表面硬度的方法
CN113802086A (zh) 一种模具表面渗氮方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant