阅读说明：本技术 一种高韧性气动阀及其加工工艺 (High-toughness pneumatic valve and processing technology thereof ) 是由 刘瑞 刘奎新 王璐 陈国瑞 孙同昂 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高韧性气动阀及其加工工艺,该高韧性气动阀由如下质量百分比原料制成：碳：3.2-3.6％、硅1.5-2.8％、锰0.3-0.5％、镉0.35-0.55％、钼0.25-0.43％、铜0.8-1.5％、镁0.04-0.06％、镍0.5-0.8％、磷≤0.03％、硫≤0.15％,余料为铁；将原料进行熔炼制得原铁液,再将球化剂和孕育剂加入球化包中并进行预热,使得原铁液球化孕育的效率提升,且多次升温和降温使得球墨铸铁制件的内部受热均匀,并促进了球墨铸铁制件表面提升硬度的微观组织生长,防止了组织转变时应力过大引发球墨铸铁制件表面出现裂痕,并进行回火使得球墨铸铁制件的性能进一步提升,在回火后冷却使得球墨铸铁制件表面达到最佳状态,进而使得气动阀具有很高的冲击韧性,进而提升气动阀的使用寿命。(The invention discloses a high-toughness pneumatic valve and a processing technology thereof, wherein the high-toughness pneumatic valve is prepared from the following raw materials in percentage by mass: carbon: 3.2 to 3.6 percent of silicon, 1.5 to 2.8 percent of silicon, 0.3 to 0.5 percent of manganese, 0.35 to 0.55 percent of cadmium, 0.25 to 0.43 percent of molybdenum, 0.8 to 1.5 percent of copper, 0.04 to 0.06 percent of magnesium, 0.5 to 0.8 percent of nickel, less than or equal to 0.03 percent of phosphorus, less than or equal to 0.15 percent of sulfur and the balance of iron; the raw materials are smelted to prepare the original molten iron, and then a nodulizer and an inoculant are added into a nodulizing ladle and preheated, so that the nodulizing efficiency of the original molten iron is improved, the interior of a nodular cast iron part is heated uniformly by heating and cooling for many times, the microstructure growth of the surface of the nodular cast iron part for improving the hardness is promoted, cracks are prevented from appearing on the surface of the nodular cast iron part due to overlarge stress when the structure is changed, tempering is carried out, the performance of the nodular cast iron part is further improved, the surface of the nodular cast iron part reaches the best state after tempering by cooling, the pneumatic valve is made to have very high impact toughness, and the service life of the pneumatic valve is prolonged.)

一种高韧性气动阀及其加工工艺

技术领域

本发明属于气动阀技术领域，具体涉及一种高韧性气动阀及其加工工艺。

背景技术

气动阀门就是借助压缩空气驱动的阀门，气动阀门的主要原料为球墨铸铁，铸铁是一种铁碳合金，其特征为含碳量高，碳元素的质量百分含量大于2％，还含有较多的硅、锰、磷、硫等杂质元素，摊在铸铁中大部分以碳化物或者游离态的石墨存在，还有极少量固溶于铁素体，铸铁中的石墨晶格类型为简单六方晶格，其基面中的原子间距为0.142nm，结合力较强，但是两基面之间的面间距是0.340nm，结合力弱，因此石墨的基面很容易滑动，其强度、硬度、塑性和任性极地，常以片状形态存在，球墨铸铁中的石墨是球状的，强度和韧性高于灰铸铁等其他铸铁，同时具有优异的铸造性、高的阻尼性、好的切削加工性，并且与性能相近的钢铁相比，具有相对低廉的价格，因此在工业中获得了广泛的应用，如曲轴、凸轮轴、热轧辊等耐磨件往往采用球墨铸铁制造，在制造业中的用量位居所有金属材料的第二位。球墨铸铁也叫延性铸铁，其中的石墨扮演止裂器的的角色，使其具有优异的人性和延性。

现有的气动阀在长时间使用后，由于自身长时间受环境影响，自身脆性不断增大，而韧性降低，韧性的降低会使气动阀出现变形甚至在表面出现裂纹，使得气动阀无法正常工作，且现有的气动阀使用寿命较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性气动阀及其加工工艺。

本发明要解决的技术问题：

现有的气动阀在长时间使用后，由于自身长时间受环境影响，自身脆性不断增大，而韧性降低，韧性的降低会使气动阀出现变形甚至在表面出现裂纹，使得气动阀无法正常工作，且现有的气动阀使用寿命较低。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高韧性气动阀，由如下质量百分比原料制成：碳：3.2-3.6％、硅1.5-2.8％、锰0.3-0.5％、镉0.35-0.55％、钼0.25-0.43％、铜0.8-1.5％、镁0.04-0.06％、镍0.5-0.8％、磷≤0.03％、硫≤0.15％，余料为铁。

进一步，所述的气动阀由如下步骤制成：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1500-1550℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为800-1000℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1500-1520℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1480-1500℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为950-980℃的条件下，进行保温2-2.5h后，降温至700-750℃，保温30-40min，升温至900-950℃，保温10-15min，降温至500-550℃，保温15-20min，冷却至室温，升温至300-400℃，保温1-2h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

进一步，步骤A2所述的孕育剂为硅铁孕育剂和硅钡孕育剂中的一种，孕育剂用量为添加原料总质量的0.8-1.5％，孕育剂的的颗粒粒度为1.5-3mm。

进一步，步骤A2所述的球化剂为镁含量4％的低镁球化剂、镁含量5％的低镁球化剂、镁含量5.5％的低镁球化剂中的一种，球化剂用量为添加原料总质量的1.5-2.5％。

进一步，一种高韧性气动阀的加工工艺，具体包括如下步骤：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1500-1550℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为800-1000℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1500-1520℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1480-1500℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为950-980℃的条件下，进行保温2-2.5h后，降温至700-750℃，保温30-40min，升温至900-950℃，保温10-15min，降温至500-550℃，保温15-20min，冷却至室温，升温至300-400℃，保温1-2h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

本发明的有益效果：本发明在制备一种高韧性气动阀的过程中，通过控制各组分的含量配比，来满足球墨铸铁制件的性能要求，进而保证气动阀的高韧性，先将原料进行熔炼制得原铁液，再将球化剂和孕育剂加入球化包中并进行预热，使得原铁液球化孕育的效率提升，且多次升温和降温使得球墨铸铁制件的内部受热均匀，并促进球墨铸铁制件表面提升硬度的微观组织生长，防止了组织转变时应力过大引发球墨铸铁制件表面出现裂痕，并进行回火使得球墨铸铁制件的性能进一步提升，在回火后冷却使得球墨铸铁制件表面达到最佳状态，进而使得气动阀具有很高的冲击韧性，进而提升气动阀的使用寿命。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高韧性气动阀，由如下质量百分比原料制成：碳：3.2％、硅1.5％、锰0.3％、镉0.35％、钼0.25％、铜0.8％、镁0.04％、镍0.5％、磷0.03％、硫0.15％，余料为铁。

所述的气动阀由如下步骤制成：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1500℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为800℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1500℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1480℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为950℃的条件下，进行保温2h后，降温至700℃，保温30min，升温至900℃，保温10min，降温至500℃，保温15min，冷却至室温，升温至300℃，保温1h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

实施例2

一种高韧性气动阀，由如下质量百分比原料制成：碳：3.3％、硅1.8％、锰0.35％、镉0.4％、钼0.3％、铜0.9％、镁0.04％、镍0.6％、磷0.02％、硫0.13％，余料为铁。

所述的气动阀由如下步骤制成：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1530℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为900℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1505℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1485℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为960℃的条件下，进行保温2.2h后，降温至720℃，保温32min，升温至920℃，保温12min，降温至520℃，保温16min，冷却至室温，升温至320℃，保温1.2h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

实施例3

一种高韧性气动阀，由如下质量百分比原料制成：碳：3.4％、硅2.3％、锰0.4％、镉0.45％、钼0.35％、铜1.1％、镁0.05％、镍0.65％、磷0.018％、硫0.1％，余料为铁。

所述的气动阀由如下步骤制成：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1535℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为945℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1510℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1490℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为970℃的条件下，进行保温2.3h后，降温至735℃，保温35min，升温至935℃，保温13min，降温至535℃，保温17min，冷却至室温，升温至350℃，保温1.5h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

实施例4

一种高韧性气动阀，由如下质量百分比原料制成：碳：3.5％、硅2.5％、锰0.45％、镉0.5％、钼0.4％、铜1.3％、镁0.055％、镍0.7％、磷0.015％、硫0.08％，余料为铁。

所述的气动阀由如下步骤制成：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1540℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为950℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1515℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1495℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为975℃的条件下，进行保温2.4h后，降温至740℃，保温38min，升温至940℃，保温14min，降温至540℃，保温18min，冷却至室温，升温至380℃，保温1.8h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

实施例5

一种高韧性气动阀，由如下质量百分比原料制成：碳：3.6％、硅2.8％、锰0.5％、镉0.55％、钼0.43％、铜1.5％、镁0.06％、镍0.8％、磷0.01％、硫0.05％，余料为铁。

所述的气动阀由如下步骤制成：

步骤A1：将上述原料加入中频感应炉中，在温度为1550℃的条件下，进行熔炼，制得原铁液；

步骤A2：将球化剂放入球化包内，加入孕育剂至孕育剂覆盖球化剂，在温度为1000℃的条件下，对球化包进行加热，将步骤A1制得的一半量的原铁液加入球化包中，在温度为1520℃的条件下进行一次孕育后，将剩余原铁液加入球化包中，进行二次孕育，制得球化铁液；

步骤A3：将步骤A2制得的球化铁液，在温度为1500℃的条件下，进行浇注，制得球墨铸铁制件；

步骤A4：将步骤A3制得的球墨铸铁制件，在温度为980℃的条件下，进行保温2.5h后，降温至750℃，保温40min，升温至950℃，保温15min，降温至550℃，保温20min，冷却至室温，升温至400℃，保温2h，冷却至室温，制得阀体组件，将阀体组件进行组装制得气动阀。

对比例1

本对比例为市场上一种常见的气动阀。

对实施例1-5和对比例1制得的气动阀进行性能测试，测试结果如下表1所示；

表1

由上表1可知，实施例1-5制得的气动阀的冲击韧性为28.96-29.63J/cm²，而对比例1制得的气动阀的冲击韧性仅为10.5J/cm²，实施例1-5制得的气动阀的冲击韧性远远高于对比例1，表明本发明制得的气动阀具有很好的冲击韧性。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。