目前超高压技术已被普遍使用于超硬材料制造、化学工业、石油化工、加工技术、等静压处置、超高静压挤压、粉末冶金、金属成形以及地球物理、地质力学研讨等范畴〔1〕。由于高压技术的普遍运用, 超高压零碎中的超高压阀门功能间接影响整个零碎任务的牢靠性、平安性、任务效率和运用寿命。在那些须频繁增压卸压的零碎中显得尤爲重要。剖析其生效方式并找到合理的处理方法，有利于进步商品的质量和寿命。
2 构造
超高压针阀普通采用角形单座构造, 加工复杂, 阀座容易配换, 阀芯爲单导向构造。阀门角形单座构造流路复杂, 阻力小, 适用于高压差、高粘度、含悬浮物和颗粒状物质流体, 可以防止结焦和梗塞, 也便于自净和清洗〔2〕。阀芯和阀座是超高压针阀停止开关控制的两个中心零件, 组成超高压针阀开关的动密封副。经过控制阀芯与阀座之间锥形密封面的接触与别离, 完成阀通道的封闭和开启。阀芯与密封圈之间的圆缜密封面构成阀的滑动密封副, 用于保障阀室与外界的密封。阀芯采用针形, 靠锥面密封, 普通阀芯锥角爲59°, 阀座锥角爲60°。实验证明在开锥孔时, 锥角选取45°～60°时, 孔边缘的较大应力集中系数小, 且使较大应力呈现在锥孔的小端。阀座锥角大, 阀芯锥角小时, 靠上外表密封, 有利于进步阀的运用寿命.
3 针阀生效方式
在阀的阀芯材料爲GCr 15, 其硬度爲50 HRC。经过目测, 在未运用前, 密封面润滑,其粗糙度爲Ra 018μm , 阀芯端部较锋利。运用后其生效方式有阀芯弯曲变形或冲断, 阀芯碎裂、呈现凹坑或沟痕等(图2) , 招致阀门走漏。
针阀生效方式
4 剖析
411 阀芯弯曲变形和碎裂
针阀阀芯弯曲变形和密封面碎裂次要是加工时阀芯与阀座存在同轴度误差或锥面误差形成的。虽然由于密封预紧力的作用, 阀芯弹性变形使得两密封面完成密封, 但当针阀开启时, 受其同轴度误差影响, 超高压液流喷出时, 阀芯径向受力不同, 使得阀芯发生弯曲变形, 甚至冲断。阀芯碎裂的缘由一是资料热处置不当, 使资料脆性增大。另外是由于所用针阀开关爲手动, 在密封时受力过大, 与阀座挤压形成碎裂。
412 密封面磨损
密封面磨损与气蚀、冲蚀和低温腐蚀有关。
(1) 气蚀与气蚀磨损
针阀通常在高压差下任务, 阀芯与阀座接触环左近的流速极高, 而且水的汽化压力又高, 所以在超高压阀中很容易发生空化与闪蒸。当翻开阀门时, 高压液体忽然释放, 流速急剧添加, 而静压力骤然下降。当节流口后压力到达或低于水所在状况下的饱和蒸汽压时, 局部液体就汽化成爲气体, 构成气液两相共存的景象, 这是空化作用的首阶段, 即闪蒸阶段。第二阶段是这些气泡的决裂, 即空化阶段。在这一阶段阀后压力降低到饱和蒸汽压以上, 气泡忽然决裂, 一切的能量都集中在决裂点上发生极大的冲击力, 这种冲击压力较高时甚至可以超越1GPa〔2 、4〕。因而冲撞阀芯、阀座和阀体,这种毁坏作用称爲气蚀。另外液体内含有一定数量的气泡, 这些气泡也会形成气蚀。液体中气蚀在锥形阀芯和阀座上发生两种方式的腐蚀, 一种是大尺寸的凹坑, 是由单个气泡的决裂形成的; 另一种是一些较小的凹坑, 是由一些强度较弱的冲击累积作用而成的〔4〕。因而, 生效后的阀芯外表有大小不等的凹坑。气蚀的毁坏速度与资料的力学功能有关。对大少数材料来说, 抗气蚀才能随材料硬度的进步而进步, 两者之间大致成指数关系〔4〕。气蚀毁坏与材料的疲劳强度也有关, 这是由于不时生成的气泡不时解体, 对零件的外表发生反复性的冲击。另外,水中氧气的含量, 阀芯的外形, 阀口开度, 出口背压等对气蚀都有影响〔4〕。
(2) 冲蚀磨损
由于在高压差和高流速下, 液体的雷诺数很高, 极易构成湍流运动〔5〕。流体中每一流体微团都具有极高的速度, 会对阀芯与阀座发生宏大的冲击作用, 使其外表构成一道道沟痕。另外, 液体中还能够存在一些固体巨大颗粒, 这些颗粒由高速液流携带着冲向零件外表, 也会在零件外表刮出痕迹。高速水流形成的腐蚀和巨大颗粒形成的腐蚀外形上根本相反, 都是一条条拉长的沟槽, 其方向与活动方向分歧, 而气蚀发生的腐蚀则是大大小小的坑。冲蚀严重的中央是在阀芯的中心, 由于此处流速高, 而气蚀腐蚀严重的中央则在流速高部位的下游。另外, 阀门开度越大, 气蚀腐蚀越严重。而开度越小, 冲蚀越严重〔4〕。一般来说, 材料的硬度越高, 抗冲蚀的才能就越强。
(3) 低温腐蚀
当高速水流冲击阀芯外表时, 外表温度降低,使其硬度降低, 抗磨损才能随之降低, 招致气蚀与冲蚀更爲严重。要进步阀的抗气蚀、冲蚀磨损及低温腐蚀的才能, 对阀座与阀芯可停止外表硬化处置或采用工具钢及硬质合金等材料, 在构造上可采用分级降压、设计合理的缓冲室构造和防止空化的构造。
5 改进方法
A、热处置与外表硬化处置
关于超高压阀门运用的材料, 通常采用热处置和外表硬化处置办法进步其抗挤压和耐冲蚀功能。
真空热处置
真空热处置是指将工件置于真空中停止的热处置工艺。真空热处置在加热中不发生氧化、脱碳及其他腐蚀, 而且具有污染外表脱油除脂的作用。在真空中能将资料在冶炼进程中吸收的氢、氮和氧等气体脱出, 进步材料的质量和功能〔3〕。如将W18Cr4V 制造的超高压针阀停止真空热处置后,无效地添加了针阀的冲击韧性, 同时进步了力学功能和运用寿命〔4〕。
外表强化处置
爲了进步零件的功能, 除了改动材质以外, 更多的是采用外表强化处置办法。如外表淬火(火焰加热、高中频加热外表淬火、接触电加热外表淬火、电解液加热外表淬火、激光电子束加热外表淬火等) 、渗碳、氮化、氰化、渗硼、渗金属( TD法) 、激光强化、化学气相堆积(CVD 法) 、物理气相堆积( PVD 法) 、等离子体化学气相堆积(PCVD) 和等离子喷涂等。
(1) 物理气相堆积( PVD 法) 在真空中使用蒸镀、离子镀、溅射等物理办法发生金属离子,这些金属离子在工件外表堆积, 构成金属涂层, 或与反响器反响构成化合物涂层, 这种处置工艺办法称爲物理气相堆积, 简称PVD 法。此办法堆积温度低, 处置温度400～600 ℃, 变形小, 对零件的基体组织及功能影响小。应用PVD 法在W18Cr4V制造的针阀上堆积TiN层, 则TiN层极高的硬度(2 500～3 000HV) 和高耐磨性, 进步了阀门抗腐蚀性, 在稀的盐酸、硫酸、硝酸中不受浸蚀, 能坚持光亮外表。PVD 处置后掩盖层精度很棒。可研磨抛光, 其外表粗糙度爲Ra018μm , 抛光后可到达0101μm〔6〕。
(2) 渗金属法 将工件置于添加有分散元素或其合金的硼砂沐浴中, 在工件外表构成V、Nb、Cr 、Ti 等高硬度碳化物层, 这种处置工艺办法称爲渗金属( TD) 法。该工艺波动性好, 无公害,零件外表清洁, 是一项卓有成效的外表超强度硬化技术, 从而极大地进步零件的运用寿命。TD 法浴用资料以含40 ‰～80 ‰的Ni , 10 ‰～30 ‰的Cr 合金或Fe - Ni - Cr 合金制件, 其耐蚀性和抗氧化性强〔7〕。
