一種鋼制閥塞的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種閥塞的制備方法，尤其涉及一種鋼制閥塞的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 閥塞根據(jù)大小不同，較小的又可稱(chēng)為閥芯。而閥塞是閥體借助它的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)方 向控制、壓力控制或流量控制的基本功能的閥零件。通常與閥體一起用于蒸汽機(jī)、液壓和氣 壓等裝置，使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得預(yù)定方向和行程的動(dòng)作或者實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0003]目前，閥塞一般由青銅、不銹鋼、塑料、尼龍、陶瓷、玻璃等材料制備而成，尤其以不 銹鋼材料制成的為主。但是，由于閥塞是靠移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)方向控制、壓力控制或流量控制的基 本功能，所以會(huì)由于摩擦力較大而易磨損，而且，部分閥塞在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂紋或者斷 裂的現(xiàn)象，從而影響閥塞以及閥體的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了提供一種機(jī)械性能較好、耐磨損、使用壽命久的鋼制閥塞的制 備方法。
[0005] 本發(fā)明的上述目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種鋼制閥塞的制備方法，該制 備方法為：鋼材先進(jìn)行正火處理和機(jī)械加工后得到閥塞坯件，閥塞坯件再進(jìn)行熱處理后得 到閥塞成品；其中，
[0006] 熱處理包括滲碳處理、淬火和回火；
[0007] 滲碳處理分為三個(gè)階段，第一階段溫度為890-9KTC，時(shí)間為70-90min，第二階段 溫度為880-900°C，時(shí)間為30-50min，第三階段溫度為820-840°C，時(shí)間為20-40min。
[0008] 本發(fā)明閥塞制備工藝簡(jiǎn)單、嚴(yán)謹(jǐn)，在鋼材制備得到閥塞坯件后先進(jìn)行滲碳處理，使 碳原子滲入到閥塞坯件的表面層，使閥塞坯件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過(guò)淬火和回火，使 閥塞坯件表面層具有高硬度和耐磨性，而閥塞坯件的心部仍然保持著鋼的韌性和塑性，機(jī) 械性能較好，使用壽命延長(zhǎng)。
[0009] 尤其是，本發(fā)明將滲碳處理分三個(gè)階段進(jìn)行。在滲碳處理的第一階段，閥塞坯件表 層的碳含量為0.95-1. 15%，第二階段時(shí)，閥塞坯件表層的碳含量為0.9-1. 1%，到第三階 段時(shí)，閥塞坯件表層的碳含量為0. 8-1%。經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的滲碳處理，使閥塞坯件的硬化層 深達(dá)到0. 45-0. 65_，并使碳濃度隨層深的增加下降平緩，從而使閥塞坯件的表面層具有更 高的硬度和更好的耐磨性。
[0010] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，鋼材由以下成分（以質(zhì)量百分比計(jì)）組成： C:0· 15% -0· 20%，Si:0· 3% -0· 4%，Μη:0· 6% -1. 5%，Cr:1· 0-1. 5%，Mo:0· 2-0. 6%， Nb:0· 05-0. 1%，B:0· 001-0. 006 %，稀土元素：0· 05-0. 1%，Ni彡 0· 3%，Cu彡 0· 3 %， P彡0. 03%，S彡0. 03%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0011] 本發(fā)明閥塞采用鋼制成，而且，本發(fā)明使用的鋼中C含量為0. 15% -0.20%，是一 種低碳鋼，強(qiáng)度和硬度較低，但是塑性和韌性較好。而且，本發(fā)明使用的鋼是一種性能良好 的滲碳鋼，淬透性較高，因此，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅(jiān)韌的心部，所以具有 較高的低溫沖擊韌性良好的加工性，且加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。
[0012] 本發(fā)明使用的鋼中碳含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致鋼的心部的韌性下降，所以本發(fā)明將C含 量為0. 15% -0. 20%，從而保證鋼的心部有足夠的塑性和韌性。
[0013] 而由于鋼的強(qiáng)度和硬度較低，本發(fā)明適當(dāng)增加了Μη的含量，以提高鋼的強(qiáng)度和硬 度。此外，Μη元素還與鋼中含有的Cr、Ni、B三種元素起協(xié)同作用，提高鋼的淬透性，從而使 鋼經(jīng)滲碳淬火后提高鋼的心部的強(qiáng)度和韌性。所以，綜合以上兩點(diǎn)因素，本發(fā)明提高了Μη 元素在鋼中的含量，將Μη元素的含量控制在0. 6 % -1. 5 %范圍內(nèi)。
[0014] 為了更好的改善鋼的性能，本發(fā)明還在鋼的組成成分中添加了Mo和Nb兩種元素。 其中，Mo可以提高滲碳層的有效深度，并使碳濃度隨層深的增加下降平緩，從而使?jié)B層和心 部得以良好的過(guò)渡。而且，Mo的加入還可提高滲碳層殘余壓應(yīng)力，從而可提高疲勞強(qiáng)度。但 是熱處理變形度隨M〇含量的提高而增加，Mo的有益作用必須有一定量的Cr、Mn、Ni、B等合 金元素配合，在保證一定淬透性時(shí)才能獲得。所以，本發(fā)明在通過(guò)Μη與Cr、Ni、B三種元素 起協(xié)同作用保證鋼的淬透性的前提下，將Mo的質(zhì)量百分比控制在0. 2-0. 6%范圍內(nèi)，從而 獲得較佳的性能。而Nb與Mo原子數(shù)相近，兩者之間有很強(qiáng)的作用力，Mo可以置換Nb，所以 在Nb以Nb(C，N)小顆粒析出后，Mo還可以溶入Nb(C，N)的析出的小顆粒之中，從而還可以 從析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化兩方面提高鋼的強(qiáng)度。
[0015] 另外，由于本發(fā)明的鋼在后續(xù)需要進(jìn)行滲碳處理，而滲碳處理后鋼的組織粗化，力 學(xué)性能也會(huì)隨之下降。因此，針對(duì)此問(wèn)題，本發(fā)明鋼中添加有微量的稀土元素，因?yàn)?，?jīng)實(shí)驗(yàn) 表明，鋼在長(zhǎng)時(shí)間加熱滲碳熱處理過(guò)程中，加稀土元素具有阻止晶粒長(zhǎng)大和提高力學(xué)性能 的作用，且效果非常顯著，鋼的滲碳層的彎曲強(qiáng)度，斷裂韌性較高。而且，在鋼中添加稀土元 素，還可以提高鋼的耐磨性。
[0016] 作為優(yōu)選，稀土元素由質(zhì)量比為（1. 3-1. 6) :1的Pm和La組成。添加上述配比范 圍的稀土元素，鋼在滲碳處理后性能最好，與其它添加方式相比，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等要 高5%左右，硬度要高7%左右，韌性要高6%左右，耐磨性要高10%左右。
[0017] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，鋼材由以下成分（以質(zhì)量百分比計(jì)）組 成：C:0· 15 % -0· 17%，Si:0· 35 % -0· 38%，Μη:0· 8 % -1. 3%，Cr:1· 15-1. 35%，Mo: 0· 3-0. 5%，Nb:0· 05-0. 08%，B:0· 003-0. 005 %，稀 土元素：0· 08-0. 1%，Ni彡 0· 3 %， Cu彡0. 3%，P彡0. 03%，S彡0. 03%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0018] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，正火處理為等溫正火處理。由于本發(fā)明鋼 材的碳含量較低，屬于低碳鋼，切削加工性不佳，而正火處理可以改善其切削加工性。所以 本發(fā)明鋼材在成型后經(jīng)過(guò)了正火處理，改善了鋼材的顯微組織、消除了殘余應(yīng)力，改善了切 削加工性，為隨后進(jìn)行的機(jī)械加工做好準(zhǔn)備。而且，本發(fā)明鋼材采用的是等溫正火處理，解 決了普通正火處理時(shí)由于堆冷存在的堆內(nèi)外及其它因素造成的冷卻條件相差較大，而導(dǎo)致 鋼材局部由于冷速過(guò)快形成粒貝非平衡組織，而鋼材一些部位由于冷速過(guò)慢析出過(guò)多先共 析鐵素體而太軟的現(xiàn)象，從而可以獲得均勻組織，將鋼材的硬度控制在一定范圍內(nèi)，更利于 后續(xù)機(jī)械加工的進(jìn)行。
[0019] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，等溫正火處理包括一次等溫正火處理和二 次等溫正火處理，一次等溫正火處理和二次等溫正火處理的溫度均為850-900°C，時(shí)間均為 20-40min。本發(fā)明鋼材的等溫正火處理包括一次等溫正火處理和二次等溫正火處理，且將 兩次等溫正火處理的溫度和時(shí)間控制在上述范圍內(nèi)。因?yàn)椋景l(fā)明的鋼材中存在有魏氏組 織，而魏氏組織以及經(jīng)常與之伴隨產(chǎn)生的粗大晶粒會(huì)使鋼的力學(xué)性能顯著下降，從而導(dǎo)致 制品閥塞在使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋或者斷裂現(xiàn)象，縮短了使用壽命。針對(duì)這一問(wèn)題，本發(fā)明 選用的等溫正火處理工藝，在一次等溫正火處理后，可以完全消除魏氏組織，但組織仍較粗 大，并且具有一定的方向性，因此，再將鋼材經(jīng)過(guò)二次等溫正火處理，不但可以消除魏氏組 織及伴隨的粗品，還可以消除一次正火組織的方向性，消除了閥塞在使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋 或者斷裂的現(xiàn)象，延長(zhǎng)了閥塞的使用壽命。
[0020] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，淬火包括一次淬火和二次淬火，一次淬火 的溫度為880-900°C，時(shí)間為40-80min，二次淬火的溫度為860-880°C，時(shí)間為40-80min。
[0021] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，回火的溫度為160-180 °C，時(shí)間為 100-140min〇
[0022] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)滲碳后的閥塞坯件二次淬火和回火處理，明顯細(xì)化和強(qiáng)化閥塞坯件 的組織，使閥塞坯件的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度顯著提高。
[0023] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，熱處理后還進(jìn)行表面滾壓。本發(fā)明閥塞坯 件在回火后還進(jìn)行了表面滾壓強(qiáng)化處理，可以提高閥塞的缺口疲勞強(qiáng)度。尤其是，本發(fā)明閥 塞坯件先經(jīng)過(guò)滲碳和兩次淬火處理后，再經(jīng)過(guò)表面滾壓，缺口疲勞極限提升更為明顯。
[0024] 在上述的一種鋼制閥塞的制備方法中，表面滾壓后還進(jìn)行表面噴丸強(qiáng)化處理。使 閥塞在0-0. 5mm深的表層內(nèi)形成一個(gè)噴丸硬化層，顯微硬度顯著提高，同時(shí)還可以降低閥 塞的表面粗糙度，也可以提高閥塞的疲勞壽命。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1.本發(fā)明閥塞制備工藝簡(jiǎn)單、嚴(yán)謹(jǐn)，制備得到的閥塞表面層具有高硬度和耐磨性， 而閥塞的心部仍然保持著韌性和塑性，機(jī)械性能較好，使用壽命延長(zhǎng)。
[0027] 2.本發(fā)明制備閥塞使用的鋼材經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅(jiān)韌的心部， 所以具有較高的低溫沖擊韌性和良好的加工性。
[0028] 3.本發(fā)明制備閥塞使用的鋼材組成成分及其質(zhì)量百分比配伍合理，顯著提高了鋼 材的強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并 不限于這些實(shí)施例。
[0030] 表1 :本發(fā)明實(shí)施例1-5制備閥塞的鋼材的組成成分及其質(zhì)量百分比
[0031]
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 稱(chēng)取原料制備成符合表1中實(shí)施例1組成成分及其質(zhì)量百分比的鋼材，然后將鋼 材進(jìn)行等溫正火處理，等溫正火處理包括一次等溫正火處理和二次等溫正火處理，一次等 溫正火處理和二次等溫正火處理的溫度均為850°C，時(shí)間均為40min。之后將等溫處理好的 鋼材進(jìn)行機(jī)械加工得到閥塞坯件。然后將坯件再進(jìn)行熱處理，熱處理依次包括滲碳處理、淬 火和回火。其中，滲碳處理分為三個(gè)階段，第一階段溫度為890°C，時(shí)間為90min，第二階段 溫度為880°C，時(shí)間為50min，第三階段溫度為820°C，時(shí)間為40min。淬火包括一次淬火和二 次淬火，一次淬火的溫度為880°C，時(shí)間為80min，二次淬火的溫度為860°C，時(shí)間為80min。 然后在溫度為160°C回火140min。熱處理后坯件再進(jìn)行表面滾壓和表面噴丸強(qiáng)化處理。最 后經(jīng)光飾、清潔后得到最終閥塞成品。
[0034] 實(shí)施例2 :
[0035] 稱(chēng)取原料制備成符合表1中實(shí)施例2組成成分及其質(zhì)量百分比的鋼材，然后將鋼 材進(jìn)行等溫正火處理，等溫正火處理包括一次等溫正火處理和二次等溫正火處理，一次等 溫正火處理和二次等溫正火處理的溫度均為860°C，時(shí)間均為35min。之后將等溫處理好的 鋼材進(jìn)行機(jī)械加工得到閥塞坯件。然后將坯件再進(jìn)行熱處理，熱處理依次包括滲碳處理、淬 火和回火。其中，滲碳處理分為三個(gè)階段，第一階