史新鋒++余潔清

摘要：閥體材料拉伸是根據(jù)熱處理后來(lái)選擇，若被加工的選擇閥體的材料，無(wú)論采用何種不銹鋼或鑄鋼，在沒(méi)有任何采用合適的熱表面處理情況下，一般都很難解決閥體硬度拉傷問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：閥門(mén)；拉伸處理；表面強(qiáng)化

一、前言

從閥門(mén)凸、凹材料入手解決工件的拉傷問(wèn)題，可以采用硬質(zhì)合金，一般情況下，由這種材料制作的凸、凹抗拉傷性能很高，存在的問(wèn)題是材料成本高，不易加工，對(duì)于較大型的閥門(mén)，由于燒制大型硬質(zhì)合金塊較困難，即使燒制成功，加工過(guò)程也有可能出現(xiàn)開(kāi)裂，成材率低，有些幾乎難以成形。此外硬質(zhì)合金性脆，搬運(yùn)、安裝使用過(guò)程中都要極其小心，稍有不慎就有可能出現(xiàn)崩塊或開(kāi)裂而報(bào)廢。另外由于硬質(zhì)合金的組織結(jié)構(gòu)是由硬質(zhì)的碳化鎢顆粒和軟的粘結(jié)相鉆所組成，硬質(zhì)碳化鎢顆粒的耐磨抗咬合性能很高，而鈷相由于硬度很低，耐磨性較差，使用過(guò)程中鈷相會(huì)優(yōu)先磨損，使凸、凹表面形成凹凸不平，如此生產(chǎn)出來(lái)的工件表面也會(huì)出現(xiàn)拉痕，此時(shí)需對(duì)閥門(mén)凸、凹表面進(jìn)行研磨拋光后方可進(jìn)行再生產(chǎn)。對(duì)于奧氏體不銹鋼工件，由于其面心立方結(jié)構(gòu)也容易與鈷相形成咬合而使工件的表面出現(xiàn)拉傷。

采用合適的銅基合金也可解決工件的拉傷問(wèn)題，但銅基合金一般硬度較低，易出現(xiàn)磨損超差，在大批量生產(chǎn)的情況下，這種材料的性價(jià)比較低。對(duì)于較大型的閥門(mén)，如汽車(chē)覆蓋件的成形閥門(mén)，大量采用了合金鑄鐵，鑄鐵只能減輕工件的拉傷，無(wú)法消除拉傷問(wèn)題，要徹底解決拉傷問(wèn)題需輔以滲氮，鍍硬鉻等表面處理。但如此制作的閥門(mén)往往壽命較短，在使用一段時(shí)間后，如出現(xiàn)拉傷，又需修并重新進(jìn)行表面處理。

在閥門(mén)材料方面，也有采用陶瓷制作閥門(mén)凸、凹并成功解決工件拉傷問(wèn)題的報(bào)道。由于其性脆，成本高，不可能大批量推廣應(yīng)用。對(duì)于生產(chǎn)批量很小而形狀簡(jiǎn)單的大型鋼材拉伸類(lèi)閥門(mén)，也有采用橡膠等高分子類(lèi)材料制作閥門(mén)凸、凹的報(bào)道，此類(lèi)閥門(mén)不會(huì)拉傷工件表面，但實(shí)際應(yīng)用很少。鋼材拉伸閥門(mén)常見(jiàn)的拉傷和磨損以及斷裂是目前常見(jiàn)的問(wèn)題，選材方面也是一直困擾的原因，大型的鋼材拉伸閥門(mén)除了要求鋼材的材質(zhì)有保證外，尺寸的極限也不得不特殊定制或者鍛打，由此也對(duì)材質(zhì)的保證產(chǎn)生非常大的風(fēng)險(xiǎn)，由世界上最大的特殊閥體公司瑞典SSAB閥體集團(tuán)開(kāi)發(fā)的Toolox新型工閥門(mén)鋼，是一種具有高韌性、高耐磨性、基本沒(méi)有內(nèi)應(yīng)力的一種預(yù)硬的新型工具鋼.而且具有非常高的純凈度，晶粒度非常細(xì)小，S、P含量極少，析出的碳化物含量少，而且非常均勻. 關(guān)鍵在于幾乎不變形的特殊性解決了尺寸穩(wěn)定性問(wèn)題和極高的拋光效果也大大減少生產(chǎn)過(guò)程的粘著磨損，再則達(dá)2米的寬度也解決了閥門(mén)選材的尺寸限制。

二、解決鋼材拉伸拉傷問(wèn)題的一些方法

解決閥門(mén)及工件成形過(guò)程中的拉傷問(wèn)題應(yīng)依照減小粘著磨損的基本原則，通過(guò)改變接觸副的性質(zhì)作為出發(fā)點(diǎn)。以下就構(gòu)成此對(duì)接觸副的3方，即被成形工件的原材料方面、工件與閥門(mén)之間、閥門(mén)方面分別予以分析。

1.被成形工件的原材料方面

通過(guò)對(duì)原材料進(jìn)行表面處理，如對(duì)原材料進(jìn)行磷化、噴塑或其他表面處理，使被成形材料表面形成一層非金屬層，可以大大減輕或消除工件的拉傷，這種方法往往成本較高，并需要添加另外的生產(chǎn)設(shè)備和增加生產(chǎn)工序，盡管這種方法有時(shí)有些效果，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用卻很少。

2.工件與閥門(mén)之間

在閥門(mén)與成形材料之間加一層PVC之類(lèi)的薄膜，有時(shí)也可以解決工件的拉傷問(wèn)題。對(duì)于生產(chǎn)線通過(guò)機(jī)構(gòu)可以達(dá)到連續(xù)供給薄膜，而對(duì)于周期生產(chǎn)的沖壓設(shè)備，每生產(chǎn)一件工件需加一張薄膜，影響生產(chǎn)效率，此方法一般成本也很高，還會(huì)生產(chǎn)大量廢料，對(duì)于小批量的大型工件的生產(chǎn)采用此種方法是可取的。

3.閥門(mén)方面

通過(guò)改變閥門(mén)凸、凹材料或?qū)﹂y門(mén)凸、凹進(jìn)行表面處理或者選用合適的閥門(mén)材料，使被鋼材拉伸材料與凸、凹這樣接觸性質(zhì)發(fā)生改變。實(shí)踐證明，這是解決拉傷問(wèn)題經(jīng)濟(jì)而有效的方法，也是目前廣泛采用的方法。

規(guī)范的熱處理工藝也是目前存在的問(wèn)題，對(duì)于鋼材拉伸閥門(mén)的結(jié)構(gòu)、閥門(mén)鋼的力學(xué)性能要求等方面需要熱處理的配合，特別是大型、復(fù)雜的鋼材拉伸件，尺寸大對(duì)熱處理工件的爐內(nèi)擺放使受熱均勻、合理的工藝有較高的要求，尺寸變形和開(kāi)裂常而發(fā)生，較高的硬度對(duì)后續(xù)的加工也增加難度和周期延長(zhǎng)，從而成本提升，瑞典 SSAB閥體集團(tuán)預(yù)硬的TOOLOX拓達(dá)鋼無(wú)需熱處理避免了熱處理方面的問(wèn)題，也減少閥門(mén)周期，綜合成本方面得到降低。

綜上所述，解決工件及閥門(mén)凸、凹表面拉傷問(wèn)題的方法很多，對(duì)于具體的個(gè)案，應(yīng)根據(jù)工件和載荷大小、生產(chǎn)批量、被加工材料的種類(lèi)等情況選擇應(yīng)用的方法。在所有解決拉傷問(wèn)題的方法中，以采用瑞典TOOLOX拓達(dá)鋼為閥門(mén)材料和對(duì)閥門(mén)凸、凹表面進(jìn)行化學(xué)氣相沉積、TD覆層處理為最好，其中又以 TOOLOX拓達(dá)鋼性價(jià)比最高。

三、閥門(mén)表面強(qiáng)化處理多方面選擇

選擇一.離子滲氮，為了提高具的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞和防粘附性能，可采用離子滲氮。離子滲氮的突出優(yōu)點(diǎn)是顯著地縮短了滲氮時(shí)間，可通過(guò)不同氣體組份調(diào)節(jié)控制滲層組織，降低了滲氮層的表面脆性，變形小，滲層硬度分布曲線較平穩(wěn)，不易產(chǎn)生剝落和熱疲勞?？蓾B的基體材料比氣體滲氮廣，無(wú)毒，不會(huì)爆炸，生產(chǎn)安全，但對(duì)形狀復(fù)雜具，難以獲得均勻的加熱和均勻的滲層，且滲層較淺，過(guò)渡層較陡，溫度測(cè)定及溫度均勻性仍有待于解決。

離子滲氮溫度以450～520℃為宜，經(jīng)處理6～9h后，滲氮層深約0.2～0.3mm。溫度過(guò)低，滲層太??；溫度過(guò)高，則表層易出現(xiàn)疏松層，降低抗粘能力。離子滲氮其滲層厚度以0.2～0.3mm為宜。磨損后的離子滲氮具，經(jīng)修復(fù)和再次離子滲氮后，可投入使用，從而可大大地提高具的總使用壽命。

選擇二.氮碳共滲，氮碳共滲工藝溫度較低（560～570℃），變形量小，經(jīng)處理的具鋼表面硬度高達(dá)900～1000HV，耐磨性好，耐蝕性強(qiáng)，有較高的高溫硬度，可用于壓鑄、冷鐓、冷擠、熱擠、高速鍛及塑料，分別可提高使用壽命1～9倍。但氣體氮碳共滲后常發(fā)生變形，膨脹量占化合物厚度的25%左右，不宜用于精密具。處理前必經(jīng)去退火和消除殘余。在一些成形負(fù)荷很小的場(chǎng)合，有時(shí)通過(guò)添加潤(rùn)滑油或加EP添加劑的潤(rùn)滑油就可以解決工件的拉傷問(wèn)題。

例如：Cr12MoV鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹，經(jīng)氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后，可使具壽命提高3倍。又如：60Si2鋼制冷鐓螺釘沖頭，采用預(yù)先滲氮、短時(shí)碳氮共滲、直接淬油、低溫淬火及較高溫度回火處理工藝，可改善心部韌性，提高冷鐓沖頭壽命2倍以上。碳氮共滲工藝如圖1所示。

選擇三.碳氮硼三元共滲，三元共滲可在滲氮爐中進(jìn)行，滲劑為含硼有機(jī)滲劑和氨，閥門(mén)融化其比例為1∶7，共滲溫度為600℃，共滲時(shí)間4h，共滲層化合物層厚3～4μm，擴(kuò)散層深度0.23mm，表面硬度為HV011050。經(jīng)共滲處理后具的壽命顯著提高。

表面強(qiáng)化處理方法很多，主要有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。采用不同的表面強(qiáng)化處理工藝，可使具使用壽命提高幾倍甚至于幾十倍，近幾年又出現(xiàn)了一些表面強(qiáng)化工藝，本文著重四個(gè)方面介紹，供同行參考。