阀门用不锈钢螺纹副表面强化研究

摘要

阀门广泛应用于运载火箭动力系统，是实现介质通道的启闭、换向、调节等功能的关键元件。在箭体阀门中，螺纹副结构形式被大量应用，其耐磨性能是一项重要指标。而箭体阀门的常用材料奥氏体、马氏体不锈钢硬度低，耐磨性能较差，无法满足长期、多次使用的要求。因此提高奥氏体、马氏体不锈钢螺纹副的耐磨性非常有必要。
　　本文采用等离子体基低能氮离子注入工艺方法，对阀门内使用的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢和2Cr13马氏体不锈钢螺纹副进行表面改性，将等离子体基低能氮离子注入技术应用到箭体阀门螺纹副制造中。
　　在一定滑动速度和载荷下进行的球-盘式干摩擦磨损实验，对2Cr13马氏体不锈钢改性前后的耐磨性能进行对比。实验结果显示，改性试样在稳定磨损阶段的摩擦系数比原始试样有所降低，磨痕宽度变窄，中心深度变浅。试验结果表明改性后耐磨性显著提高。
　　改性后的1Cr18Ni9Ti和2Cr13螺纹副实验结果显示，距离表面深度10μm处，1Cr18Ni9Ti阀门螺纹齿的显微硬度为10-16GPa HV0.25 N；2Cr13阀门内螺纹齿的显微硬度为8-12GPa HV0.25 N，同原始材料的硬度相比，分别提高了的5-8倍和2.6-4倍。
　　最后，对典型阀门螺纹副进行了干摩擦对比试验、疲劳寿命试验、耐腐蚀试验，试验结果表明，螺纹副的改性层特性与标准试样的结果基本相同，耐磨性能和应力松弛特性都有很好的表现，耐腐蚀性能好于原始状态，完全适应运载火箭任务期间的环境和工况，已经具备了实际应用的条件。

目录

阀门用不锈钢螺纹副表面强化研究

THE STRENGTHEN OF THE STAINLESSSTEEL THREAD SURFACE IN THEVAVLE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 螺纹表面强化技术发展状况

1.3 等离子体基低能氮离子注入表面改性技术

1.4 本课题研究内容

第2章 标准试样改性实验与分析

2.1 试样制备及分析方法

2.2 工艺参数

2.3 显微硬度分析

2.4 摩擦系数分析

2.5 磨痕表面形貌分析

2.6 磨痕表面轮廓分析

2.7 本章小结

第3章 螺纹副改性实验与分析

3.1 1Cr18Ni9Ti 螺纹改性实验与分析

3.2 2Cr13 螺纹改性实验与分析

3.3 本章小结

第4章 典型阀门结构试验与分析

4.1 干摩擦试验

4.2 改性后阀门关闭力矩试验

4.3 疲劳寿命试验

4.4 应力松弛试验

4.5 耐腐蚀性能试验

4.6 本章小结

结论

参考文献

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