阀内件什么时候需要硬化处理及硬密封蝶阀的5种密封面硬化技术

哪些场合阀内件需要硬化处理？

 一、哪些场合需要硬化处理？

 硬化处理是指通过适当的方法使阀芯表层硬化而内部仍然具有强韧性的方法，可提高其耐磨性、耐疲劳性。 一些常见的规范中给出了哪些场合需要硬化处理的要求，如：

（1）根据《油气田及管道工程仪表控制系统设计规范 》(GB/T 50892-2013 )中要求：

闪蒸、空化或严重汽蚀介质的场合，阀内件表面应进行硬化处理；

流体温度不小于300℃、阀两端压差不小于1.5MPa的场合，阀内件表面应进行硬化处理；

流体中含有固体颗粒的场合，阀内件表面应进行硬化处理；

（2）《自动化仪表选型设计规范》（HG/T 20507-2014 ）中：出现闪蒸、高压差和含有颗粒的流体场合，应采用加硬材质的阀内件或阀芯、阀座表面进行硬化处理。

需要注意的是，有时根据常温、常压差来判断可以不做硬化处理，但是如果阀门长期处于苛刻环境下工作或者阀座要求精度高、泄漏小也应考虑硬化处理。

二、为什么需要硬化处理？

阀内件直接接触介质，是受到介质冲刷和腐蚀影响最大的阀门部件，因此阀内件会受到不同程度的磨损，在苛刻工况下阀内件的磨损尤其严重。

磨损可分为颗粒磨损、气蚀磨损、腐蚀磨损以及冲击磨损等四大类，在阀门选型时需采取阀内件表面硬化处理的措施减少阀内件磨损。

三、硬化处理有哪些方法？

1. 渗碳是使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量，在淬火之后，含碳量高的表层硬度很高，而含碳量低的芯部硬度低具有良好的韧性。渗碳可使阀内件具有较高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，硬度可达HRC55-65。

2. 氮化是使钢的表面形成一层硬度高、耐腐蚀的氮化物。氮化处理后表面的硬度可以达到HRC65-72，比渗碳处理后的硬度更高、更耐磨，并且耐腐蚀性能较好。

3. 镀硬铬也是常见的阀内件硬化处理方法，铬是最硬的金属，硬度可以达到800-1000HV。它有很强的钝化性能，在大气中能够快速钝化，因此铬层在大气中很温度，镀铬优点是硬度高、耐磨性好，光反射性强，可耐700℃高温。

镀硬铬工艺一般用在耐磨阀门上，比如金属球阀，在其他阀门上面应用较少，但是随着硬化技术的发展进步，镀硬铬正逐渐被喷涂工艺取代。

4. 超音速火焰喷涂（HVOF）工艺，硬度最高可达60-70HRC，集合强度高，厚度0.3-0.4mm，超音速喷涂是球阀等表面需硬化面积较大的主要工艺手段。在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体，带粉尘及固体颗粒状的混合流体，强腐蚀性的流体介质中大部分使用该硬化技术。

超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。在撞击国产中，由于粒子的速度较快（500-750m/s）且粒子温度较低（3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。

5. 喷焊是一种金属材料表面热喷涂处理工艺，它是通过热源将粉末（金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加热到熔融或达到高塑性状态后，依靠气流将其喷射，沉积到预先处理过的工件表面上，形成一层与工件表面（基材）结合牢固的涂（焊）层。

四、硬化材料如何选择？

硬化材料根据硬化工艺的不同而不同，堆焊工艺一般选用STL或者哈C合金，超音速喷涂工艺主要选择硬质合金、碳化钨、铬基合金、陶瓷等，喷涂工艺所选材料为镍基合金、钴基合金等。

常温下阀内件材质的硬度及耐腐蚀性性能比较如下表所示：    

常用阀内件材质的硬化及工作温度如下表所示：

五、硬化处理原则

（1）金属单座阀的阀芯与阀座硬化材料及厚度一般是相同的，所以两者硬度等方面参数是一样的。

（2）硬密封球阀的阀芯硬化强度要稍高于阀座的硬化强度，一般球芯比阀座高5-10个洛氏硬度，目的是两者接触密封时，一是避免两者材质一样长时间接触不动作造成咬合（因为两者接触面积比较大），二是从损坏的角度讲，要保护球芯而放弃阀座，因为阀座更换成本要比阀芯低的多。

一、硬密封蝶阀表面做斯泰莱堆焊硬质合金

经过处理，硬度≥30HRC，球体表面堆焊硬质合金，优点：成本低。缺点：生产效率低，容易造成阀座大面积变形。

二、硬密封蝶阀表面镀硬铬工艺

硬度≥55HRC，球体表面电镀厚度到达0.06～0.10mm，经过镀铬处理之后，球体硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光洁度，工艺相对简单，成本较低。缺点：硬铬镀层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度不能高于427℃。另外镀铬层结合力低，镀层易发生脱落。

三、等离子氮化工艺

表面硬度可达50～55HRC，氮化层厚度0.20～0.40mm，等离子氮化处理硬化工艺由于耐腐蚀性较差，不能在化工强腐蚀等领域使用。

四、硬密封蝶阀表面超音速喷涂工艺

硬度最高可达60～70HRC，集合强度高，厚度0.3～0.4mm，超音速喷涂是球体表面硬化主要工艺手段。在火力发电厂、石油化工系统、煤化工领域的高粘性流体；带粉尘及固体颗粒状的混合流体、强腐蚀的流体介质中大部分使用该硬化工艺。 超音速喷涂工艺是氧燃料燃烧产生高速气流加速粉末粒子撞击工件表面，形成致密表面涂层的一种工艺方法。在撞击过程中，由于粒子的速度较快（500～750m/s）且粒子温度较低（-3000℃），因此撞击工件表面后，可以获得高结合强度、低空隙率、低氧化物含量的涂层。

HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速，甚至是音速的2～3倍，气流速度是音速的4倍。 HVOF是一种新的加工工艺，喷涂厚度0.3～0.4mm，涂层与工件之间是机械结合，结合强度高（77MPa），涂层孔隙率低（＜1%）。该工艺对工件加热温度低（＜93℃），工件不变形，可进行冷喷涂。喷涂时，粉末粒子速度高（1370m/s），无热影响区，工件的成分和组织无变化，涂层硬度高，可进行机加工。

五、喷焊是一种金属材料表面热喷涂处理工艺

它是通过热源将粉末（金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加热到熔融或达到高塑性状态后，依靠气流将其喷射，沉积到预先处理过的工件表面上，形成一层与工件表面（基材）结合牢固的涂（焊）层。 喷焊和堆焊硬化工艺中硬质合金与基体均具有熔融过程，硬质合金与基体集合处有热融区，为完全达到喷焊或堆焊硬质合金层性能，避免加工后焊接热融区为金属接触面，喷焊或堆焊硬质合金厚度需要大于3mm以上。