鑲嵌不銹鋼閥座楔式硬密封閘閥體的消失模鑄造

　　李 偉

　　(安徽紅星閥門有限公司 安徽銅陵244051)

　　摘要：介紹消失模工藝生產(chǎn)DN100鑲嵌不銹鋼閥座楔式硬密封閘閥體，消失模模樣制作、埋型、澆注等主要工藝參數(shù)。珠粒預(yù)發(fā)密度23～26g/dm3，采用五面抽氣負(fù)壓砂箱，帶液壓夾緊機(jī)構(gòu)的變頻三維震實臺，澆注負(fù)壓控制在0.03～0.05Mpa，保壓5min[S1] 。

　　關(guān)鍵詞：硬密封閘閥 鑲嵌 不銹鋼閥座 球墨鑄鐵 消失模

　　1. 概述

　　閘閥是指關(guān)閉件(閘板)沿通路中心線的垂直線方向移動的閥門，在管道上主要作切斷用。[1] 常用閥座的結(jié)構(gòu)形式有二種。一種是在閥體上直接加工出來的整體式閥座，另一種是由天結(jié)構(gòu)、尺寸、加工工藝或密封材料的限制，不能在閥體上直接加工或堆焊出閥座的分離式閥座。[2]

　　本文以DN100楔式硬密封分離式閥座閘閥體(以下簡稱閥體)為例，闡述鑲嵌不銹鋼閥座楔式硬密封閘閥體鑄造工藝過程。其閥體輪廓尺寸Ф220×229mm3，法蘭處壁厚19mm，其余為9mm，材質(zhì) QT450-10，工作壓力1.6MPa，鑄件重量17kg。兩端通徑法蘭上共有16只Ф19，中法蘭上4只Ф14孔全部鑄出。閥體鑄件外形見圖1。

　　1——閥體 2——閥座

　　2. 鑲嵌不銹鋼閥座硬密封閘閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　目前，閥門密封閥座普遍采用在閥體內(nèi)腔加工精度較高的鑲閥座孔，將加工好的銅閥座壓入閥體內(nèi)，然后在閥座上加工精度要求很高的密封面。由于閥體、密封銅閥座加工偏差的緣故，銅閥座壓入閥體內(nèi)變形或過松，造成閥門試壓和使用過程在銅閥座接合面處漏水。另一種先粗車密封平，然后在鑄鐵閥體上堆焊銅或不銹鋼材料，然后在閥座上加工密封面，由于鑄鐵材料可焊性差，容易脫焊。二種工藝都存在多次加工的問題，加工工時較多。

　　鑲嵌不銹鋼密封閥座結(jié)構(gòu)，是將有凸臺或凹槽的不銹鋼密封閥座鑲嵌在泡沫塑料模內(nèi)，鑄造時將不銹鋼閥座鑲嵌在閥體內(nèi)呈為整體式，一次加工閥座密封面就完成加工。

　　閥座材料為2Cr13、1Cr18Ni9Ti等。

　　3. 模樣制作

　　采用stmma[S2] 珠粒，預(yù)發(fā)密度23～26g/dm3;閥體模樣采用氣動抽芯整體模成型，模樣烘干120h，鑲嵌經(jīng)處理后的不銹鋼閥座;內(nèi)澆口截面尺寸40×13mm，橫澆口截面尺50×40mm，組裝成模型簇，每簇8只。模樣涂刷二遍ZT-1[S3] 涂料烘干。

　　4. 埋型澆注

　　閥體在機(jī)械驅(qū)動、柔性連接消失模鑄造自動生產(chǎn)線上鑄造，每箱2簇，砂箱尺寸1500×1200×1100mm3，砂箱底面及四角共五面抽氣，箱內(nèi)各方向負(fù)壓梯度差異小;二級流量可調(diào)式雨淋加砂裝置均勻加砂充填。帶液壓夾緊機(jī)構(gòu)的變頻三維震實臺震實，具有高頻率、低振幅，振動頻度避開砂箱與震實臺共振，震實臺起動及停止時頻率、振幅平穩(wěn)，從而極大地避免了模樣變形。

　　1.5t KGPS中頻感應(yīng)熔煉爐，鐵水出爐溫度1550℃～℃1580℃，采用一次出水球化處理工藝。閥體化學(xué)成分見表1。

　　表1 閥體化學(xué)成份 (wt，%)

　　澆注負(fù)壓控制在0.03～0.05Mpa，保壓5min。

　　5. 鑄件品質(zhì)

　　5.1 外觀檢驗

　　清理拋丸后的閥體鑄件表面光潔，棱角清晰，鑄件無冷隔、粘砂、氣孔等缺陷。尤其是小孔，內(nèi)壁光滑，孔的棱邊清晰可見，與機(jī)加工的孔相差無幾，尺寸精確，節(jié)約大量鉆孔加工工時。線切割開的鑄件見圖3。

　　5.2 試壓

　　鑄件經(jīng)ZZB閥門專用試壓機(jī)試壓，水壓2.4MPa試驗，鑄件合格率100%。

　　5.3 金相檢驗

　　金相分析采用GX40顯微鏡，SRMAS專業(yè)定量金相圖像分析系統(tǒng)。閥體金相見圖4、圖5。

　　從圖5中可看出，不銹鋼閥座邊緣有明顯的熔蝕，能較好的證明閥座與閥門本體呈現(xiàn)冶金結(jié)合，組織變化順序：“黑線”區(qū) → 珠光體 → 鐵素體組織。

　　“黑線”區(qū)金相見圖6。在顯微鏡下進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)“黑線”區(qū)是灰口組織，基體組織為珠光體，65.26%[珠65]，鐵素體32.39%[鐵 30]，滲碳體 2.35% 。

　　當(dāng)高溫金屬液充型接觸到不銹鋼閥座時，帶有冷鐵作用的不銹鋼閥座，與高溫鐵液接觸后幾乎不在流動。隨著結(jié)晶反應(yīng)的進(jìn)行，凝固前沿不斷得到釋放出的結(jié)晶潛熱，產(chǎn)生“熱量積累”，導(dǎo)致凝固前沿的溫度重新升高，高于凝固前沿的介穩(wěn)定共晶溫度以后，就會導(dǎo)致冷卻整度變慢而產(chǎn)生灰口組織。[3]

　　“黑線”區(qū)的形成，有理由相信它與激冷的凝固特性有關(guān)?！昂诰€”僅僅位于激冷區(qū)(不銹鋼閥座)的淺表面，與等凝固線對應(yīng)。

　　5.4 球化率、石墨長度

　　單鑄試棒，球化率3級(=87.72%)石墨顆粒平均直徑7級(=2.81)。

　　鑄件斷口處，球化率3級(=88.57%)石墨顆粒平均直徑7級(=1.54)。

　　5.5 機(jī)械性能

　　機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度469.31MPa，伸長率18.86%。

　　6. 結(jié)語

　　由于閥體、不銹鋼閥座鑄為一體，降低了加工工時消耗，提高了生產(chǎn)效率。閥門在試壓和使用時密封閥座漏水的機(jī)率減少。鑲鑄不銹鋼密封閥座閥門結(jié)構(gòu)，具有經(jīng)濟(jì)、通用型特性等優(yōu)點。適用于多種閥門密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 沈陽閥門研究所《閥門設(shè)計》編寫組.閥門設(shè)計[M].1976.1

　　[2] 房汝洲主編.2006版實用閥門設(shè)計手冊[M].北京：中國知識出版社.2006.4

　　[3] 盧勤杰等.冷激鑄鐵凸輪軸“黑線”缺陷的產(chǎn)生原因和消除措施.現(xiàn)代鑄鐵.2007第6期.P59～63