Существует множество способов закалки шарового элемента и седла металлического жёсткого уплотнительного шарового клапана. Ниже приведены основные методы закалки и их особенности:
1. Сварка твёрдого сплава:
Особенность: твёрдость может достигать более 40 HRC, отличная износостойкость.
Недостатки: сложный технологический процесс, низкая производительность, при крупном масштабе сварки на стыке легко возникает деформация деталей.
Применение: в настоящее время технология твердения поверхности шара используется редко.
2. Хромирование твёрдым хромом:
Особенности: твёрдость достигает 60–65 HRC, толщина — 0,07–0,10 мм. Хромированный слой обладает высокой твёрдостью, устойчивостью к износу и коррозии, сохраняет бликовую поверхность в течение длительного времени. Технология относительно проста, стоимость низкая.
Недостатки: твёрдость хромового покрытия быстро снижается при повышении температуры из-за высвобождения внутренних напряжений, рабочая температура не должна превышать 427 °C. Кроме того, адгезия хромового покрытия низкая, и покрытие легко отслаивается.
Применение: подходит для случаев, где не требуется высокая температура.
3. Плазменная нитридизация:
Характеристика: твёрдость поверхности достигает 60–65 HRC, толщина азотированного слоя — 0,20–0,40 мм.
Недостаток: плохая коррозионная стойкость, не подходит для использования в условиях сильной коррозии, например, в химической промышленности.
Применение: подходит для случаев, где не требуется высокая коррозионная стойкость.
4. Сверхзвуковое распыление пламени (HVOF):
Особенности: максимальная твёрдость достигает 70–75 HRC, высокая прочность на сжатие, толщина покрытия 0,3–0,4 мм. Покрытие и заготовка соединены механически, прочность соединения высока (77 МПа), пористость покрытия низкая (<1 %). Технология требует низкой температуры нагрева заготовки (<93 °C), при этом заготовка не деформируется, что позволяет осуществлять холодное напыление. При напылении скорость частиц порошка высока (1370 м/с), отсутствует зона термического воздействия, состав и структура заготовки остаются неизменными, твёрдость покрытия высока, позволяя проводить механическую обработку.
Применение: является основным технологическим методом твердения поверхности сферы, широко применяется в высоковязких жидкостях, содержащих пыль и твёрдые частицы, а также в сильно коррозионных средах на предприятиях по производству тепловой энергии, нефтехимической промышленности и угольной химической отрасли.
5. Поверхностная закалка:
Особенности: быстрое нагревание, высокая эффективность, хорошее качество закалки и простота автоматизации.
Недостаток: высокая стоимость оборудования.
Применение: подходит для компонентов шаровых клапанов с жесткими металлическими уплотнениями, предназначенных для массового производства.
6. Карбонизация:
Особенность: в углеродистую среду помещают низкоуглеродистые шары и седла клапанов, при высокой температуре атомы углерода проникают в поверхность детали, образуя высокоуглеродистый просачиваемый слой. Затем после закалки и низкотемпературной отпуска на поверхности достигается высокая твёрдость и износостойкость, в то время как в центре детали сохраняется хорошая вязкость. Цементация повышает усталостную прочность и износостойкость детали.
Недостаток: длительный цикл обработки, а также сложная последующая обработка после карбонизации.
Применение: подходит для деталей шаровых клапанов, подвергающихся ударным нагрузкам и износу.
7. Нитридирование:
Особенность: при определенной температуре атомы азота проникают в поверхность шара и седла клапана, образуя азотистый слой. Азотистый слой обладает высокой твёрдостью, хорошей износостойкостью и определённой коррозионной стойкостью, а после обработки деформация детали минимальна.
Недостаток: тонкий азотированный слой, высокая хрупкость.
Применение: подходит для сферических клапанов, работающих в условиях строгих требований к деформации и без ударных или слабых ударных нагрузок.
8. Совместная проникновение углерода и азота:
Особенность: одновременно проникают атомы углерода и азота в поверхность шара и седла клапана, сочетая преимущества цементирования и азотирования, такие как низкая температура обработки, короткое время, малая деформация, высокая твёрдость поверхности и износостойкость.
Применение: широко распространено, эффективно повышает комплексные характеристики компонентов шаровых клапанов.
