煤化工高参数球阀密封面耐磨材料与激光强化工艺研究

摘要

高参数耐磨球阀是现代煤化工高压、高温工况条件下重要的零部件，而其密封面要求的高硬度等使用性能直接影响阀门的服役寿命。一直以来，由于硬度与工艺实现存在矛盾，耐磨面硬度越高，工艺实现越困难，为此在以往的工程应用基础上开发一种高硬度材料，采用激光工艺熔覆球面实现耐磨熔覆层硬度达62HRC以上结果。总体可以提高煤化工装置的使用周期，提高装置工作效率，降低成本。
　　本文开发出一种复合粉末材料。以Ni60合金粉末为基础，添加45％WC及其它元素，实现合金的固溶强化、第二相强化、晶界强化,WC颗粒硬质项的结晶原理，适量添加了 Si、B和 Y2O3等纳米物质作为强化元素。结合相计算原理，对粉末配方进行微调元素含量，运用理论控制有害相的生成。使用激光熔覆工艺进行表面熔覆，并对激光熔覆层组织进行显微分析和力学性能、硬度及结合强度等试验与分析，最终确定了粉末最优成分配方为 Ni60+45%WC复合粉末。
　　激光熔覆层组织显微结构分析结果表明：复合粉末经激光熔覆，熔覆金属与基体宏观形貌反映结合状况，界面结合处是良好的冶金结合，结合区无明显气孔、裂纹。多层多道合金的组织主要由胞状晶及硬质项弥散分布。EDS和 XRD物相分析得到：金属基体 Cr4Ni15W的固溶体和具有硬质特点的 WC颗粒弥散分布。熔覆层组织中 WC颗粒相的面积分数约43%。大量弥散分布的球状 WC颗粒保证了涂层组织具有较高的强硬性。
　　显微硬度测试表明：常温下，Ni60+45%WC复合粉末激光熔覆层多层熔覆后的平均显微硬度为63-64HRC，可以满足煤化工特定工况及带有颗粒介质的装置实现长期使用要求。
　　在熔覆试样的基础上经相关工艺的调整，在6〞球体球面实现多层大面积熔覆，覆层厚度达1-1.5mm以上，熔覆表面经磨削机工，表面质量经 PT合格。球体与阀门组装后进行高压泵验及高温热态试验，证明球体熔覆层完好并实现密封功能。

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附表索引

第1章 绪论

1.1课题目的、意义

1.2煤化工装置用阀门

1.3阀门密封面

1.4激光熔覆技术的特点及在阀门密封面强化中的应用

1.5 研究内容和方法

第2章 煤化工高参数球阀密封面材料成分设计

2.1引言

2.2 激光熔覆层材料设计理论

2.3 合金体系的确定和成分设计

2.4 本章小结

第3章 球阀密封面激光熔覆层组织分析

3.1引言

3.2 试验材料和设备

3.3 激光熔覆层的凝固特征

3.4 相结构与元素分布

3.5 本章小结

第4章 煤化工球阀密封面激光熔覆层性能分析及球体熔覆

4.1引言

4.2 试验设备与样品

4.3 熔覆层的硬度分布

4.4熔覆层结合强度试验

4.5产品球体样品的激光熔覆及熔覆层分析

4.6本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢