第一章 閥門制造的公益特點初看起來閥門零件不多、結(jié)構(gòu)簡單、精度一般，在機械行業(yè)屬于簡單部件，但是閥門的核心密封部位卻要求特別高、密封吻合必須零對零才能達到氣密試驗的零泄漏。所以其制造工藝復雜，技術(shù)難度也大，有下面一些特點：
?。?）從制造材料上講，由于閥門的品種規(guī)格繁多，應用在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，其使用場合千差萬別，如高溫高壓、低溫深冷、易燃易爆、劇毒、強腐蝕介質(zhì)等工況條件，對閥門的材質(zhì)提出了苛刻的要求。除鑄鐵、碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼外，還大量采用CrNi不銹鋼、CrMoAl 滲氮鋼、CrMoV耐熱鋼、CrMnN耐酸鋼、沉淀硬化鋼、雙相不銹鋼、低溫鋼、鈦合金、蒙耐爾合金、因科乃爾合金、哈氏合金和G0CrW硬質(zhì)合金等。這些高合金材料的鑄造、焊接、加工性能很差，給制造工藝帶來很大的難度。加上這些材料大多是高合金、高強度、高硬度的貴重材料，從材料的選擇、備料、采購方面都存在著很多困難。有些材料由于使用量小，難以采購供貨。
?。?）從鑄造毛坯的結(jié)構(gòu)上講，大部分的閥門毛坯采用的是結(jié)構(gòu)復雜的薄殼鑄件，不僅要求有良好的外觀質(zhì)量，更要有致密的內(nèi)在質(zhì)量和良好的金相結(jié)構(gòu)，不能有氣孔、縮孔、夾砂、裂紋等缺陷。因此其鑄造工藝復雜、熱處理技術(shù)難度高。在機械行業(yè)里，閥門的承壓薄殼鑄件毛坯的鑄造難度遠較其他機械構(gòu)件的鑄件復雜、困難更多。
?。?）從機械加工工藝上講，由于大多數(shù)的高強、高硬、高耐腐蝕材料的切削性能都不好，如高合金的不銹鋼、耐酸鋼都具有韌性大、強度高、散熱差、切屑粘性大和加工硬化傾向強等缺點，很難達到要求的尺寸精度和光潔度，給機加工的刀具、工藝和設備帶來一定困難。另外，閥門密封面在加工精度、配合角度、光潔度和配對密封副的要求也很高，給機械加工帶來很大難度。
?。?）從閥門零件的工藝安排上講，閥門的主要零件個數(shù)不多，結(jié)構(gòu)相對簡單，大部分尺寸的加工精度不高，外部比較粗糙，這就給人一種屬于簡單機械的印象。其實閥門的心臟密封部位可是極其精密的，其密封面的“三度”（ 平整度、光潔度、硬度）要求很高，以及兩個密封面組成的密封副的吻合度都要達到零對零，才能滿足氣密試驗的零泄漏。這種以粗糙的基準來保證心臟部位精密的零對零要求，就是閥門加工的最大工藝難點。
（5）從閥門的試驗和檢驗上講，閥門是壓力管道重要的啟閉、調(diào)節(jié)元件，而壓力管道的使用工況是千差萬別的，高溫高壓、低溫深冷、易燃易爆、劇毒強腐蝕?？墒情y門制造的試驗和檢驗條件不可能達到工況的同等要求，國際、國內(nèi)各種閥門試驗標準規(guī)定都是在接近常溫的條件下，用氣體或水作為介質(zhì)進行試驗的。這就存在一個最根本的隱患，就是正常出廠試驗合格的閥門產(chǎn)品，在苛刻的實際工況條件下可能會產(chǎn)生由于材料選用、鑄件質(zhì)量和密封破壞等問題而難以滿足使用要求，還會發(fā)生重大的質(zhì)量事故。難怪有些干了一輩子的老閥門專家，越老越拘謹、越干越擔心了。
第二章 閥門鑄造工藝
閥門的鑄造是閥門制造過程的重要環(huán)節(jié)，有了好的鑄件就決定了好閥門成功的重大比例。下面介紹鑄造工藝設計和閥門行業(yè)常用的幾種鑄造工藝方法：
（一） 鑄件的鑄造工藝設計： 正確而有效的控制鑄件凝固是獲得優(yōu)質(zhì)鑄鋼件的頭等重要條件，采取正確的工藝措施如：澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵、工藝補正量等，形成合理的工藝方案。閥門鑄鋼件由于其壁厚不均勻，應該采取順序冷卻、順序凝固的原則，以減少鑄件內(nèi)部的應力、縮孔和縮松等缺陷。 ⑴ 控制鑄鋼件順序凝固的工藝措施：1）設計合理分型位置、澆注位置和澆注系統(tǒng)。2）冒口設計在鑄件最后凝固的部位，在起到補縮作用的同時，延緩冒口周圍鋼水的凝固，造成順序凝固的條件。3）澆注操作時，當鋼水上升至冒口高度1/4時，改從冒口頂上澆注，其作用可以增加鋼水壓頭，還可以提高冒口溫度。4）鑄鋼冒口尺寸的確定：其方法有模數(shù)法（按鑄件的熱容量確定）；體積收縮法（按鋼水凝固收縮率確定）；比值法（按鑄件的補縮類型確定）和熱節(jié)圓法（按鑄件的熱節(jié)圓確定）。目前工廠里為了滿足便捷的設計要求，常用的是熱節(jié)圓法，來確定冒口的尺寸。5）鑄件收縮率的選定：鑄鋼件在凝固冷卻的過程中，其體積和尺寸都會收縮減小，由液態(tài)凝固為固態(tài)的收縮量一般以長度的改變量--線收縮率來表示（%）。
影響鑄造收縮率的因素很多，鑄件在鑄型中固態(tài)收縮時還受外界阻力的影響，會使其實際的收縮量減少，此時稱為非自由收縮，而非自由收縮率總是小于自由收縮率。影響鑄造收縮率的因素主要有金屬合金的種類、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸長度，另外造型材料、型芯的緊實程度等也影響鑄件產(chǎn)生非自由收縮率。
根據(jù)閥門的生產(chǎn)實踐，為了方便模具設計，縮尺一般參考下表選?。?br>
鋼 種
縮 尺
碳 鋼
WCB ZG25
20/1000
不銹鋼
CF8 CF8M
ZG0Cr18Ni9 ZG0Ci18Ni12Mo2Ti
20-25/1000
鉻鉬鋼
ZGCr5Mo C5
20-25/1000
耐熱鋼
WC6 WC9
18-22/1000
鑄 鐵
HT250
10/1000
?。ǘ┥靶丸T造：閥門行業(yè)常用的砂型鑄造，按粘結(jié)劑的不同還可分為：濕型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃樹脂自硬砂等。
?。?） 濕型砂是以膨潤土為粘結(jié)劑的造型工藝方法，它的特點是：造好的砂型不需要烘干，不需要經(jīng)過硬化處理，砂型有一定的濕態(tài)強度，砂芯、型殼的退讓性較好，便于鑄件的清理落砂。造型生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，材料成本低，便于組織流水線生產(chǎn)。它的缺點是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，鑄件的質(zhì)量尤其是內(nèi)在質(zhì)量不夠理想。
鑄鋼件濕型砂的配比及性能表：
序
號
配 比 （%）
性 能
用 途
新 砂
舊
砂
膨
潤
土
碳
酸
鈉
糊
精
紙
漿
含
水
量
%
透
氣
性
AFS
濕壓
強度
KPa
粒 度
組 別
加 入
量
1
10
100
9/11
0.2
0.2/0.4
3.8/4.3
100/200
56/
77
小鑄鋼件用砂
2
15
50
50
3
0.4
0.6/
1.2
4/4.7
100
50/
75
機器造型用砂
（2）干型砂是以粘土為粘結(jié)劑的造型工藝方法，稍加膨潤土可以提高其濕強度。它的特點是：砂型需要烘干，有良好的透氣性，不易產(chǎn)生沖砂、粘砂、氣孔等缺陷，鑄件的內(nèi)在質(zhì)量較好。它的缺點是需要砂型烘干設備，生產(chǎn)的周期較長。
?。?）水玻璃砂是以水玻璃為粘結(jié)劑的造型工藝方法，它的特點是：水玻璃遇CO2后有自動硬化的功能，可有氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點，但存在型殼潰散性差，鑄件清砂困難以及舊砂再生、回用率低的缺點。
水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：
序
號
配 比 %
性 能
用
途
新 砂
水玻璃
堿溶液
15-20%
膨
潤
土
含水量
%
濕 透
氣 性
濕 壓
強 度
KPa
硬化強 度
MPa
粒度級別
加入量
1
15
100
8-9
0.7
4-5
4-5
≥100
25-30
≥1.5
大鑄件
2
30
100
6.5-7.5
4.5-5.5
≥300
5-15
鑄鋼件型芯砂
3
21
100
4-4.5
LK-2
潰散劑
水0.4-0.6
≤3.5
≥150
≥1.0
?。?）呋喃樹脂自硬砂造型是以呋喃樹脂為粘結(jié)劑的鑄造工藝方法，在常溫下由于粘結(jié)劑在固化劑的作用下發(fā)生化學反應而固化型砂。它的特點是砂型不必烘干，這就縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了能源。樹脂型砂易于緊實、潰散性好，鑄件的型砂易于清理，鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，可以大大提高鑄件質(zhì)量。它的缺點是：對于原砂的質(zhì)量要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場有輕微的刺激性氣味，而且樹脂的成本也較高。
呋喃樹脂自硬砂混合料配比及混制工藝：
原 砂
呋喃樹脂加入量占原砂重量比
固化劑加入量占
呋喃樹脂重量比
硅烷加入量占
呋喃樹脂重量比
100%
1-2%
30-50%
0.1-0.3%
呋喃樹脂自硬砂的混制工藝：樹脂自硬砂最好采用連續(xù)式混砂機，將原砂、樹脂、固化劑等依次加入、快速混合而成，隨時混制、隨時使用?；熘茦渲皶r各種原料的加入順序如下：
原砂+固化劑（對甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-樹脂+硅烷-（60～90S）-出砂
?。?）典型的砂型鑄造工藝卡片：
?。?）典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程：
?。ㄈ⒕荑T造：近年來，閥門廠家越來越注重鑄件的外觀質(zhì)量和尺寸精度。因為良好的外觀是市場的基本要求，也是作為機加工頭道工序的定位基準。 閥門行業(yè)常用的精密鑄造是溶模鑄造，現(xiàn)簡要介紹如下：
?。ǎ保┤苣ｈT造的兩種工藝方法：①采用低溫蠟基模料（硬脂酸+石蠟）、低壓注蠟、水玻璃型殼、熱水脫蠟、大氣熔煉澆注工藝，主要用于質(zhì)量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達國家標準ＣＴ７～９級。②采用中溫樹脂基模料、高壓注蠟、硅溶膠模殼、蒸汽脫蠟、快速大氣或真空熔煉澆注工藝，鑄件尺寸精度可達ＣＴ４～６級的精密鑄件。
（2）溶模鑄造典型工藝流程：
?。?）溶模鑄造的特點：①鑄件尺寸精度高，表面光整、外觀質(zhì)量好。②可以鑄造結(jié)構(gòu)形狀復雜、難以用其他工藝方法實現(xiàn)加工的零件。③鑄件材料不受限制，各種合金材料如：碳素鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁合金、高溫合金、以及貴重金屬等材料，尤其是難以用鍛造、焊接和切削加工的合金材料。④生產(chǎn)靈活性好，適應性強。可以大批生產(chǎn)，也適用于單件或小批生產(chǎn)。
?、萑苣ｈT造也有一定的局限性，如：工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長。由于其可采用的鑄造工藝手段有限，用于鑄造承壓薄殼閥門鑄件時，其承壓能力不能很高。
?。ㄋ模╄T造缺陷的分析
任何的鑄件內(nèi)部都是會有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來很大的隱患，在生產(chǎn)過程中為消除這些缺陷進行的焊補也會給生產(chǎn)流程帶來很大的負擔。尤其是閥門作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內(nèi)部的組織致密性非常重要。因此，鑄件的內(nèi)部缺陷成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。
閥門鑄件的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾渣、縮松和裂紋等。
（1）氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞表面光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近表面，形狀多呈圓形或長圓形。生成氣孔的氣體主要來源有：①金屬中溶解的氮、氫在鑄件凝固的過程中被包容于金屬之中，形成封閉的圓形或橢圓形內(nèi)壁有金屬光澤的氣孔。②造型材料中的水分或揮發(fā)物質(zhì)都會因受熱而變成氣體，形成內(nèi)壁為暗褐色的氣孔。③金屬在澆注過程中，由于流動不穩(wěn)定，將空氣卷入而生成氣孔。
氣孔缺陷的防止方法：①在冶煉方面應盡量少用或不用銹蝕的金屬原料，工具和鋼水包要烘烤干燥。②鋼水澆注要高溫出爐、低溫澆注，鋼水要適當鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。③澆冒口的工藝設計要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設置人工氣路，合理排氣。④造型材料要控制含水量、發(fā)氣量，增加透氣性，砂型和砂芯要盡量烘烤干燥。
?。?）縮孔（松）：它是產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部的（尤其是在熱節(jié)部位）呈連貫或不連貫的圓形或不規(guī)則的空洞（腔），內(nèi)表面粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹枝狀結(jié)晶，聚集在一處或多處，水壓試驗時容易發(fā)生滲漏。
產(chǎn)生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時發(fā)生體積收縮，此時如得不到足夠的鋼水補充，則必然產(chǎn)生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對順序凝固過程控制不當而造成的，原因可能有冒口設置不正確、鋼水澆注溫度過高，金屬收縮量大等。
防止縮孔（松）產(chǎn)生的方法：①科學的設計鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實現(xiàn)順序凝固，先凝固的部位應有鋼水補充。②正確、合理的設置冒口、補貼、內(nèi)外冷鐵，確保順序凝固。③在鋼水澆注時，最后從冒口處頂注補澆有利于保證鋼水溫度和補縮，減少縮孔的產(chǎn)生。④在澆注速度方面，低速澆注比高速澆注有利于順序凝固。⑸在澆注溫度方面不宜過高，鋼水高溫出爐，經(jīng)鎮(zhèn)靜后澆注，有利于減少縮孔。
?。?）夾砂（渣）：夾砂（渣）俗稱砂眼，是在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內(nèi)夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較多。產(chǎn)生夾砂（渣）的原因：夾渣是由于鋼水在冶煉或澆注過程中，離散的鋼渣隨著鋼水進入鑄件形成的。夾砂是由于造型時型腔的緊實度不夠，當鋼水澆入型腔時，型砂被鋼水沖起進入鑄件內(nèi)部造成的。另外修型、合箱時操作不當，有掉砂現(xiàn)象也是造成夾砂的原因。
防止夾砂（渣）產(chǎn)生的方法：①鋼水冶煉時要盡量排氣排渣徹底，鋼水出爐后在鋼水包里鎮(zhèn)靜一下，有利于鋼渣的上浮。②鋼水的澆注包盡量不用翻包，而用茶壺包或底注包，以免鋼水上部的渣子順著鋼水進入鑄件型腔。③在鋼水澆注時要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進入型腔。④為了減少夾砂的可能，在造型時要保證砂型的緊實度，修型時注意不要掉砂，合箱前要將型腔吹干凈。
?。?）裂紋：鑄件的裂紋大多為熱裂紋，其形狀不規(guī)則，有穿透或不穿透、連續(xù)或斷續(xù)，裂紋處的金屬呈暗色或有表面氧化。
產(chǎn)生裂紋的原因：有兩個方面，即高溫應力與液膜變形。
高溫應力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應力，當該應力超過了金屬在該溫度下的強度或塑性變形極限時便產(chǎn)生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結(jié)晶過程中晶粒之間產(chǎn)生液膜，隨著凝固結(jié)晶的進行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度超過一定極限時，便產(chǎn)生了裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的溫度范圍約在1200～1450℃左右。
產(chǎn)生裂紋的影響因素：①鋼中S、P元素是產(chǎn)生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物降低了鑄鋼在高溫的強度和塑性，導致裂紋產(chǎn)生。②鋼中的夾渣和偏析增加了應力集中，因而增加了熱裂傾向。③鋼種的線收縮系數(shù)越大，熱裂的傾向越大。④鋼種的導熱系數(shù)越大，表面張力越大，高溫機械性能好，熱裂的傾向越小。⑤鑄件的結(jié)構(gòu)設計工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應力集中嚴重，都會產(chǎn)生裂紋。⑥砂型的緊實度太高，型芯的退讓性不良阻礙鑄件收縮會增加裂紋傾向。⑦其它如澆冒口排列不當、鑄件冷卻速度太快、切割澆冒口及熱處理造成過大應力等也都會影響裂紋的產(chǎn)生。
針對以上裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素，采取對應的措施，就可以減少和避免裂紋缺陷的產(chǎn)生。
綜合以上鑄造缺陷產(chǎn)生原因的分析，查找存在的問題，采取相應的改進措施，就可以找到解決鑄造缺陷的方法，有利于鑄件質(zhì)量的提高。
第三章 閥門鋼水的冶煉
閥門鑄鋼件鋼水的質(zhì)量對于鑄件質(zhì)量有著決定性的影響，因此，必須嚴格控制煉鋼過程，保證鋼水質(zhì)量。煉鋼的目的和要求是：①熔化固體爐料。②使鋼水中的元素達到規(guī)定的成分。③除去有害元素S、P，將它們降到限量以下。④清除鋼水中的氣體和非金屬夾雜物，保證鋼水純凈。⑤將鋼水過熱至一定溫度，保證澆注需要。冶煉主要有感應電爐、電弧爐和真空精煉爐等方法，同時還有氧化法和不氧化法冶煉工藝的區(qū)別。下邊重點介紹閥門行業(yè)常用的感應電爐和電弧爐煉鋼的基本知識。
?。ㄒ唬└袘姞t煉鋼：（感應電爐見下圖）感應電爐熔煉金屬的原理是用交流電感應的方法在爐料中產(chǎn)生渦流，利用渦流產(chǎn)生的熱量來加熱和熔化爐料。感應電爐煉鋼的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)機動性強。目前我國閥門行業(yè)采用的快速感應電爐，它的功率大、提溫快、溫度容易掌握、熔化時間短，煉一爐鋼僅需要一個多小時，因此生產(chǎn)效率高。感應電爐的缺點是配料時只能吃精料，因感應電爐煉鋼不能調(diào)整化學成分，只能補加燒損元素，因此它的煉鋼過程實際上只是一個溶化過程。與電弧爐煉鋼相比感應電爐煉鋼沒有氧化期，其排渣、排氣和脫C、P、S的功能不強，鋼水的質(zhì)量主要是靠配料掌握，因此鑄件的內(nèi)在質(zhì)量難以嚴格保證。過去有些廠用感應電爐煉鋼時，為了提高鋼水的質(zhì)量，在鋼水熔化初期，進行吹氧以便增加氧化期。但是吹氧會嚴重損壞爐墻，在煉鋼過程中又無法及時修補，因此這種工藝沒有得到廣泛應用。
?。ǘ╇娀t煉鋼：（電弧爐見下圖）電弧爐煉鋼時，熔化爐料和過熱鋼水的熱量是由電弧產(chǎn)生的。電弧爐依據(jù)爐襯耐火材料的不同分為酸性爐和堿性爐。酸性爐造酸性渣，不能脫硫、磷，要求含硫、磷低的爐料。堿性爐造堿性渣，可以脫除硫、磷，對爐料要求不高，應用比較廣泛。
煉鋼是一個復雜的化學和物理變化過程，可以歸結(jié)為四個主要反應： ⑴ 氧化反應：鋼水熔煉時祛除雜質(zhì)的方法是使雜質(zhì)氧化，向鋼中吹氧或加入氧化劑（鐵礦石），使鋼水沸騰，把鋼中的氣體和碳、硅、磷等氧化物生成的雜質(zhì)進入爐渣或爐氣而被排除，這個階段稱為氧化期。⑵還原反應：氧化過程完成后，鋼中殘留有大量的氧化鐵，這對于鋼水質(zhì)量是極其有害的，必須除去。祛除的方法是向鋼水里加入脫氧劑（還原劑），脫氧劑和鋼水中的氧化鐵作用，奪取氧化鐵中的氧，形成一些新的不溶于鋼水的化合物進入爐渣，從而祛除鋼水中的氧，這個階段稱為還原期。⑶去磷、硫反應：磷、硫是鋼水中的有害元素，它們將增加鋼的熱裂和冷裂傾向，在煉鋼的過程中一定要注意祛除它們。磷在氧化沸騰期即被氧化并和氧化鈣結(jié)合生成穩(wěn)定的化合物而進入爐渣。硫在鋼水中是和錳形成化合物存在的，這些硫的化合物能和氧化鈣反應，生成穩(wěn)定的化合物進入鋼渣。
?、仍煸磻和ㄋ椎恼f法，煉鋼就是造渣。渣是煉鋼過程中加入爐中的造渣材料（熔劑）與爐中雜質(zhì)和各種氧化物的混合物，爐渣的作用有兩個：①保護作用，渣覆蓋在鋼水表面，使鋼水避免與爐氣接觸，減少鋼水被有害氣體侵入，也保護鋼水中的有用元素不致于被氧化、燒損。②通過爐渣進行的一系列反應，祛除鋼水中的雜質(zhì)。
鑄造碳鋼氧化法冶煉的典型工藝過程 ：
時期
序號
工序
操作要點
熔化期
1
通電
用允許的最大功率供電
2
助熔
推料助熔，吹氧助熔，加入渣料礦石
3
取樣、扒渣
爐料全熔，充分攪拌，取樣分析C、P
氧化期
4
吹氧脫碳
鋼水溫度達1560℃，加入硅鐵，吹氧脫碳
5
取樣
停止吹氧，取鋼樣，分析C、P、Mn
還原期
6
扒渣、脫氧
扒除氧化渣，加入錳鐵和渣料，造稀薄渣
7
還原
加入還原渣料，進行還原
8
取樣
充分攪拌鋼水，取鋼樣分析C、P、Mn 、S
9
調(diào)整成分
根據(jù)鋼樣分析結(jié)果，調(diào)整化學成分
10
測溫
測量鋼水溫度，檢查脫氧情況
出鋼
11
出鋼
鋼水溫度達標，插鋁，然后大口出鋼，鋼渣同流
12
澆注
鋼水鎮(zhèn)靜5分鐘，開澆，并取鋼樣
第四章 閥門的熱處理公益閥門上需要熱處理的主要零件是閥體和閥桿，現(xiàn)重點介紹閥體鑄件和不銹鋼閥桿的熱處理。（一）閥體鑄件毛坯的熱處理（1）碳素鋼鑄件的熱處理： 碳素鋼鑄件為了消除鑄造應力、細化金相組織、提高機械性能和改善切削性能，通常采用退火或正火+回火的熱處理工藝。①退火：碳素鋼鑄件材料一般采用WCB，其退火的加熱溫度為880-920℃，保溫時間以鑄件壁厚確定，一般保溫2～5小時，保溫后隨爐冷卻。
WCB的退火工藝曲線如下圖：
?、谡?回火：為了改善鑄鋼件的強度可以采用正火代替退火，即將退火保溫后隨爐冷卻改為出爐空冷。但正火時空冷會產(chǎn)生較大的應力，需要增加一次高溫回火。采用正火十回火比單純退火所獲得的組織均勻．晶粒較細．綜合機械性能較好。
WCB正火+回火工藝曲線如下圖。
（2）奧氏體不銹鋼鑄件的熱處理奧氏體型不銹鋼的耐腐蝕性能、高溫機械性能和抗氧化性能都很好，它在超低溫下仍能保持良好的低溫沖擊韌性。
奧氏體不銹鋼的主要缺陷是容易產(chǎn)生晶間腐蝕，而克服這一缺陷的方法，除降低鋼的含碳量（C≤0.08%）和在鋼中添加穩(wěn)定元素（鈦、鈮）外，就是增加固溶化處理，以提高耐腐蝕性能。
鑄件固溶化處理的加熱溫度是影響熱處理質(zhì)量的重要因素。各種牌號奧氏體不銹鋼的成分雖然不同，但固溶處理的加熱溫度差異不大，均在1000～1150℃溫度范圍。加熱速度在430～820℃區(qū)間加熱速度應更快，以避免析出碳化鉻相。保溫時間取決于鑄件壁厚和裝爐量，一般保溫系數(shù)采用每25㎜壁厚保溫1小時。出爐后要采取激冷，尤其在通過430～820℃溫度范圍時，冷卻速度要快，一般采用水冷。
ZG1Cr18Ni9鑄件固溶化處理工藝曲線見下圖。
?。ǘ┎讳P鋼閥桿毛坯的熱處理⑴ Cr13類閥桿毛坯退火處理： Cr13鋼屬于馬氏體型不銹鋼，常用的閥桿材料是1Cr13或2rC13，現(xiàn)以2rC13閥桿毛坯的熱處理為代表簡要介紹如下。2Cr13閥桿毛坯鍛造后要及時進行退火，因為其在鍛造后即使采用空冷也會發(fā)生硬化，而使機械加工困難。此外，由于鍛造應力等因素影響容易使閥桿產(chǎn)生裂紋。因此為了消除應力，降低硬度，防止產(chǎn)生裂紋，改善機械加工性能，并為以后調(diào)質(zhì)處理做好組織準備，在鍛造后要進行軟化處理。2Crl3鍛件軟化處理方法在閥門生產(chǎn)中通常采用退火工藝。 退火的加熱溫度一般采用840~860℃。保溫時間主要取決于閥桿毛坯的直徑及裝爐量?？諝鉅t加熱時保溫系數(shù)一般采用每30毫米直徑保溫60分鐘。保溫后爐冷，當爐冷至500℃時，可以出爐空冷。2Crl3鍛件退火工藝曲線見下圖。（2）Cr13類閥桿毛坯調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)處理是淬火加高溫回火，其目的是為了獲得良好的綜合機械性能和耐腐蝕性能，從而滿足使用上的需要。2Cr13類閥桿毛坯淬火加熱最適宜的溫度為980～1000℃。若加熱溫度低于950℃時，則碳化鉻（主要為Cr23C6)不能充分溶解，這樣既不利于機械性能的改善，又降低了材料的耐腐蝕性能。若加熱溫度高于1050℃時，則容易使組織過熱，淬火后造成馬氏體組織粗大，使沖擊韌性顯著降低，這時即使隨后提高回火溫度，沖擊韌性也不能得到改善。保溫時間要充分，使碳化物能充分溶解。保溫時間主要取決于閥桿毛坯有效直徑及裝爐量，保溫系數(shù)一般可采用每30毫米直徑保溫90分鐘。1Cr13臨界冷卻溫度較低，淬透性極好，所以2Cr13閥桿淬火冷卻可采用油冷。淬火后要及時進行回火，一般間隔不得超過48小時，以防止造成2Cr13閥桿開裂?；鼗饻囟雀鶕?jù)技術(shù)要求確定，當2Cr13閥桿硬度要求為HB240-280時，回火溫度一般采用600～650℃，回火用油冷卻。 2Cr13閥桿調(diào)質(zhì)工藝曲線見下圖。
（3）沉淀硬化不銹鋼閥桿熱處理： 在強腐蝕性介質(zhì)里使用的閥門，閥桿需要采用沉淀硬化不銹鋼。在沉淀硬化鋼中除加入Cr和Ni外，還有加入Al、Cu、Co、Ti、Mo、Nb等元素的。常用的材料有17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）和17-7PH（0Cr17Ni7Al）。它們是通過熱處理析出微細金屬化合物的沉淀物，從而獲得高強度和高耐蝕性。 17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）屬于馬氏體系列沉淀硬化不銹鋼，固溶處理后的時溫組織為馬氏體，經(jīng)400～650℃時效進行沉淀硬化，以析出富銅的沉淀物達到強化的目的。該鋼耐腐蝕性高于13Cr系不銹鋼，而且焊接工藝簡便、具有良好的綜合力學性能。 17-7PH（0Cr17Ni7Al）屬于半奧氏體系列沉淀硬化不銹鋼，它的含碳量較低，其耐腐蝕性能接近于18-8系列不銹鋼。由于采用沉淀硬化的特殊處理，鋼具有較高的強度和彈性，鋼在奧氏體狀態(tài)下具有良好的冷加工性能、焊接性能和高溫強度。 沉淀硬化不銹鋼的熱處理比較復雜，根據(jù)不同的要求應用了一系列的熱處理規(guī)范，主要內(nèi)容包括：1） 均勻化處理：毛坯加熱至1050～1200℃，保溫約2個小時，然后空冷。2） 固溶化處理：毛坯加熱至1020～1060℃，保溫約2個小時，然后水冷。3） 奧氏體調(diào)節(jié)及馬氏體轉(zhuǎn)變處理：又稱T、R處理，如：TH1050、RH950、CH900等，這一系列的熱處理都有其不同的溫度控制和操作規(guī)范，使奧氏體中的碳化物析出，金相組織轉(zhuǎn)變成馬氏體。4） 時效處理：利用時效處理，使馬氏體基體沉淀硬化，產(chǎn)生微細彌散的沉淀相，獲得高強度和良好的綜合力學性能。沉淀硬化不銹鋼的熱處理是要求嚴格的復雜工序，必須有完善的設備條件，并在專業(yè)人員的指導和操作下進行，才能保證熱處理質(zhì)量。 第五章 閥門焊接工藝 在閥門零件的基體上堆焊符合使用要求的材料作為閥門密封面，可以顯著提高閥門密封面的硬度、耐磨性和耐擦傷性，從而大大提高閥門的使用壽命，又可節(jié)省大量的貴重金屬。因此，國內(nèi)、外閥門制造廠家生產(chǎn)的閥門產(chǎn)品多采用堆焊密封面。 鑄鐵低壓閥門的銅密封面多采用壓圈翻邊的結(jié)構(gòu)形式，本部分重點介紹幾種鋼制閥門密封面材料常用的堆焊工藝方法。（一）Cr13型不銹鋼的手工電弧堆焊：Cr13型不銹鋼的手工電弧堆焊是在鋼制高中壓閥門中應用最多、最廣的堆焊方法。 Cr13型不銹鋼堆焊焊條的化學成分相當于1Cr13、2Cr13，這些焊條常用在使用溫度425℃以下；使用壓力為1.6～16.0Mpa；基體材料為碳素鋼或低合金鋼的鍛、鑄造材料上，作為電站、石油化工用閥門的密封面。閥門中閥體（閥座）和閘板（閥瓣）配對密封副堆焊材料的硬度應稍有差別，一般差值為HRc5。較寬的運動密封面取較高硬度值，較窄的靜止密封面取較低硬度值。閥門行業(yè)常用的Cr13型不銹鋼堆焊焊條的牌號有：D502、D507、D512、D517、D507Mo、D577、D547、D547MO等，其化學成分、焊接參數(shù)和焊后性能都有專門的規(guī)范表可以查詢，閥門生產(chǎn)廠家可以根據(jù)產(chǎn)品的需要和零件的堆焊要求按焊條的規(guī)范進行選用。Cr13型焊條堆焊閥門密封面的基本工藝如下：（1）焊前工件表面必須進行粗車或噴砂清除氧化皮，堆焊表面不允許有裂紋、氣孔、砂眼、疏松等缺陷及油污、鐵銹等。（2）焊條使用前應按焊條的使用說明書進行烘干。在焊接過程中，焊條要存放在專用的保溫筒中。如果焊條干燥后長時間放置不用，為避免堆焊層產(chǎn)生氣孔，焊條須再次進行烘干。（3） 用D507MO和D577焊條堆焊前，工件一般不需要預熱，當大型零件堆焊2Cr13時，需要焊前予熱。（4）工件的堆焊表面應保持水平位置，整個的堆焊過程不應中斷。堆焊層數(shù)一般為2～3層，以滿足焊層高度、焊層化學成分和密封面的硬度要求。（5）為防止堆焊密封面產(chǎn)生裂紋，除采取適當?shù)暮盖邦A熱措施外，仍須注意焊后保溫和緩冷，重要的堆焊零件還需要進行熱處理。
?。ǘ┾捇操|(zhì)合金的手工堆焊：鈷基硬質(zhì)合金電弧堆焊的密封面，具有比Cr13型不銹鋼堆焊密封面更好的硬度和耐磨、耐蝕性能。閥門行業(yè)常用的鈷基硬質(zhì)合金焊條牌號有：D802、D812、D807、D817等，其化學成分、焊接參數(shù)和焊后性能都有專門的規(guī)范表可以查詢，閥門廠家可以根據(jù)零件的堆焊要求按焊條的規(guī)范進行選用。
堆焊件的焊前準備工作，如：焊前工件需要預熱、焊后需要熱處理，其溫度范圍參考下表：
母材種類
堆焊前預熱溫度 ℃
堆焊后熱處理溫度 ℃
低碳鋼
300～350
620～650
低合金耐熱鋼
300～400
680～720
奧氏體不銹鋼
250～300
525～575
（1）堆焊注意事項：
?、俸笚l使用前應按焊條的使用說明書進行烘干。如果焊條干燥后長時間放置不用，為避免堆焊層產(chǎn)生氣孔，焊條須再次進行烘干。②當母材的可焊性不好或工件剛性較大時，可用1Cr18NI9奧氏體不銹鋼焊條堆焊過渡層，以改善母材的堆焊工藝性能。 ③為了減小沖淡率，應該盡量采用較細的焊條和較小的電流。 ④焊條的橫向擺動幅度不宜過大。⑤堆焊金屬高度要求3毫米以上時，須堆焊兩層以上。（2）多層堆焊注意事項: ①須用砂輪或鋼絲刷將多道焊縫前層堆焊金屬的表面打磨光滑、平整和無焊渣等污物。②注意控制層間溫度，層間溫度應稍高于所定的預熱溫度。（三）鈷基硬質(zhì)合金的鎢極手工氬弧堆焊：鈷基硬質(zhì)合金的手工氫弧堆焊，熔深較淺、合金燒損少、無飛濺、堆焊成型好，由于有氬氣保護，焊層質(zhì)量高，是閥門行業(yè)應用較多的堆焊方法。常用的堆焊焊絲有：絲111、絲112、Co106、STL6、STL12等。 鈷基硬質(zhì)合金的手工氬弧堆焊注意事項： （1）焊前工件需要預熱、焊后需要熱處理的溫度參考上表。（2）堆焊前須檢查高新振蕩器的動作情況、保護氣（氬氣）控制回路動作情況、冷卻水流量及焊接電源電壓是否正常。 （3）堆焊過程中，弧長應保持不變。 （4）鎢極橫擺幅度不應大于鎢極直徑的三倍。 （5）多道堆焊時，焊道兩側(cè)邊緣應平緩，不可過厚，避免造成多道焊道間熔合不良，形成未焊透，夾渣和氣孔等缺陷。 （6）當工件較小時，由于堆焊工件升溫快，堆焊表面氧化，造成堆焊困難。此時應降低預熱溫度或不預熱。尤其當母材為奧氏體不銹鋼時更應注意。 （7）一般堆焊兩層，當堆焊高度要求3毫米以下時，可堆焊一層。 （8）過渡層的堆焊、多層堆焊及堆焊始終端的處理與手工電弧堆焊相同。（四）合金粉未等離子噴焊：合金粉末等離子弧堆焊出現(xiàn)于60年代初，近幾年來在我國閥門制造行業(yè)應用較為廣泛，是一項較重要的堆焊新工藝。它除了具有鎢極氬弧堆焊的堆焊質(zhì)量高、沖淡率低等優(yōu)點外，還有堆焊過程易于實現(xiàn)機械化、堆焊層光滑、平整，厚度可準確控制和生產(chǎn)效率高等特點。 （1） 工作原理：粉末等離子弧堆焊就是把填充金屬做成粉狀，根據(jù)工件堆焊層寬度的要求，將焊粉送入等離子弧中熔敷形成堆焊層。鈷基硬質(zhì)合金等離子弧堆焊一般都是采用轉(zhuǎn)移型弧，即先由非轉(zhuǎn)移弧起弧，當轉(zhuǎn)移弧穩(wěn)定撤燒時，非轉(zhuǎn)移弧被切斷，只留轉(zhuǎn)移弧進行工作，這樣可用一個獨立電源。下圖為轉(zhuǎn)移型等離子弧工作原理。 （2）工藝特點 ①溫度高、傳熱率高是等離子弧做為堆焊熱源主要特點之一，轉(zhuǎn)移型等離子弧最高溫度可達3000℃。不但可提高堆焊效率，并且可堆焊難熔的金屬材料。②合金材料沖淡率低、熔敷效率高是等離子弧堆焊的又一工藝特點。③等離子弧極為穩(wěn)定，指向性強，因此，堆焊質(zhì)量容易保證。
— 未完待續(xù) —
