一種鋼制閥塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種閥塞，尤其涉及一種鋼制閥塞。
【背景技術(shù)】
[0002] 閥塞根據(jù)大小不同，較小的又可稱為閥芯。而閥塞是閥體借助它的移動來實現(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、液壓和氣 壓等裝置，使運動機構(gòu)獲得預(yù)定方向和行程的動作或者實現(xiàn)自動連續(xù)運轉(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，由于閥塞是靠移動來實現(xiàn)方向控制、壓力控制或流量控制的基 本功能，所以會由于摩擦力較大而易磨損，而且，部分閥塞在使用過程中會出現(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械性能較好、耐磨損、使用壽命久的鋼制閥塞。
[0005] 本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種鋼制閥塞，鋼材由以下成分 (以質(zhì)量百分比計）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。
[0006] 本發(fā)明閥塞采用鋼材制成，而且，本發(fā)明使用的鋼材中C含量為0. 15% -0.20%， 是一種低碳鋼，強度和硬度較低，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，抗疲勞性能相當好。
[0007] 本發(fā)明使用的鋼中碳含量過高，會導(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。
[0008] 而由于鋼的強度和硬度較低，本發(fā)明適當增加了Μη的含量，以提高鋼的強度和硬 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度和韌性。所以，綜合以上兩點因素，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)。
[0009] 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才能獲得。所以，本發(fā)明在通過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 從析出強化和晶粒細化兩方面提高鋼的強度。
[0010] 另外，由于本發(fā)明的鋼在后續(xù)需要進行滲碳處理，而滲碳處理后鋼的組織粗化，力 學(xué)性能也會隨之下降。因此，針對此問題，本發(fā)明鋼中添加有微量的稀土元素，因為，經(jīng)實驗 表明，鋼在長時間加熱滲碳熱處理過程中，加稀土元素具有阻止晶粒長大和提高力學(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。
[0011] 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，抗拉強度、屈服強度等要 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。
[0012] 在上述的一種鋼制閥塞中，鋼材由以下成分（以質(zhì)量百分比計）組成：C: 0. 15% -0. 17%,Si：0. 35% -〇. 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。
[0013] 在上述的一種鋼制閥塞中，閥塞的制備方法為：稱取原料制備成符合上述組成成 分及其質(zhì)量百分比的鋼材，然后鋼材進行正火處理和機械加工后得到閥塞坯件，閥塞坯件 再進行熱處理后得到閥塞成品。
[0014] 在上述的一種鋼制閥塞中，正火處理為等溫正火處理，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 850-900°C，時間均為 20-40min。
[0015] 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，為隨后進行的機械加工做好準備。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快形成粒貝非平衡組織，而鋼材一些部位由于 冷速過慢析出過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)機械加工的進行。
[0016] 此外，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間控制在上述范圍內(nèi)。因為，本發(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程中出現(xiàn)裂紋或者斷裂現(xiàn)象，縮短了使用壽命。針對這一問題，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程中出現(xiàn)裂 紋或者斷裂的現(xiàn)象，延長了閥塞的使用壽命。
[0017] 在上述的一種鋼制閥塞中，熱處理包括滲碳處理、淬火和回火。由于本發(fā)明鋼材的 碳含量較低，屬于低碳鋼，所以使用本發(fā)明鋼材制備得到的閥塞坯件先進行滲碳處理，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低碳鋼的韌性和塑性。
[0018] 在上述的一種鋼制閥塞中，滲碳處理分為三個階段，第一階段溫度為890-9KTC， 時間為70-90min，第二階段溫度為880-900 °C，時間為30-50min，第三階段溫度為 820-840°C，時間為20-40min。由于本發(fā)明的鋼的組成成分中含有的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碳層和心部得以良好的過渡，而 本發(fā)明又將滲碳處理分三個階段進行。所以，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，閥塞坯件表層的碳含量為0. 9-1. 1 %，到第三階段時，閥 塞坯件表層的碳含量為0. 8-1 %。經(jīng)過三個階段的滲碳處理，使閥塞坯件的硬化層深達到 0. 45-0. 65mm，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。
[0019] 在上述的一種鋼制閥塞中，淬火包括一次淬火和二次淬火，一次淬火的溫度為 880-900°C，時間為40-80min，二次淬火的溫度為860-880°C，時間為40-80min。
[0020] 在上述的一種鋼制閥塞中，回火的溫度為160-180°C，時間為100_140min。
[0021] 本發(fā)明通過對滲碳后的閥塞坯件二次淬火和回火處理，明顯細化和強化閥塞坯件 的組織，使閥塞坯件的扭轉(zhuǎn)強度顯著提高。
[0022] 在上述的一種鋼制閥塞中，熱處理后還進行表面滾壓。本發(fā)明閥塞坯件在回火后 還進行了表面滾壓強化處理，可以提高閥塞的缺口疲勞強度。尤其是，本發(fā)明閥塞坯件先經(jīng) 過滲碳和兩次淬火處理后，再經(jīng)過表面滾壓，缺口疲勞極限提升更為明顯。
[0023] 在上述的一種鋼制閥塞中，表面滾壓后還進行表面噴丸強化處理。使閥塞在 0-0. 5mm深的表層內(nèi)形成一個噴丸硬化層，顯微硬度顯著提高，同時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。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0025] 1.本發(fā)明閥塞使用鋼制成，使用的鋼經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的 心部，所以具有較高的低溫沖擊韌性和良好的加工性。
[0026] 2.本發(fā)明使用的鋼中組成成分及其質(zhì)量百分比配伍合理，顯著提高了鋼的強度、 硬度、韌性和耐磨性。
[0027] 3.本發(fā)明閥塞制備工藝簡單、嚴謹，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，機械性能較好，使用壽命延長。
【具體實施方式】
[0028] 以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述，但本發(fā)明并 不限于這些實施例。
[0029] 表1:本發(fā)明實施例1-5制備閥塞的鋼材的組成成分及其質(zhì)量百分比
[0030]
[0031] 實施例1 :
[0032] 稱取原料制備成符合表1中實施例1組成成分及其質(zhì)量百分比的鋼材，然后將鋼 材進行等溫正火處理，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，時間均為40min。之后將等溫處理好的 鋼材進行機械加工得到閥塞坯件。然后將坯件再進行熱處理，熱處理依次包括滲碳處理、淬 火和回火。其中，滲碳處理分為三個階段，第一階段溫度為890°C，時間為90min，第二階段 溫度為880°C，時間為50min，第三階段溫度為820°C，時間為40min。淬火包括一次淬火和二 次淬火，一次淬火的溫度為880°C，時間為80min，二次淬火的溫度為860°C，時間為80min。 然后在溫度為160°C回火140min。熱處理后坯件再進行表面滾壓和表面噴丸強化處理。最 后經(jīng)光飾、清潔后得到最終閥塞成品。
[0033] 實施例2 :
[0034] 稱取原料制備成符合表1中實施例2組成成分及其質(zhì)量百分比的鋼材，然后將鋼 材進行等溫正火處理，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，時間均為35min。之后將等溫處理好的 鋼材進行機械加工得到閥塞坯件。然后將坯件再進行熱處理，熱處理依次包括滲碳處理、淬 火和回火。其中，滲碳處理分為三個階段，第一階段溫