Quá trình rèn có tác động đáng kể đến độ bền và hiệu suất bịt kín của van bằng cách tối ưu hóa cấu trúc bên trong của kim loại, nâng cao mật độ vật liệu và kiểm soát độ chính xác của quá trình xử lý. Sau đây là phân tích cụ thể:
I. Ảnh hưởng đến độ bền của van
Tinh chế hạt và cải thiện tính chất cơ học
Kết tinh lại động: Trong quá trình rèn, kim loại trải qua biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao và các hạt thô ban đầu bị vỡ và{0}}kết tinh lại thành các hạt mịn đều. Ví dụ, sau khi rèn, kích thước hạt của van thép carbon có thể được tinh chế từ cấp 6 đến cấp 8-10, độ bền kéo có thể tăng từ 15% đến 20% và cường độ năng suất có thể tăng từ 10% đến 15%.
Tăng cường trật khớp: Các trật khớp được tạo ra do biến dạng vướng víu với nhau, tạo thành một bức tường trật khớp cản trở chuyển động trật khớp, từ đó tăng cường độ cứng của vật liệu. Ví dụ, độ cứng của van thép không gỉ có thể tăng 2-3HRC sau khi rèn và khả năng chống mài mòn của chúng được tăng cường đáng kể.
Tối ưu hóa mật độ và loại bỏ khuyết tật
Độ xốp và độ xốp đóng kín: Ứng suất nén ba chiều trong quá trình rèn làm nén các khuyết tật bên trong như độ xốp và độ xốp trong kim loại, làm tăng mật độ của nó. Ví dụ: độ xốp của-van đúc có thể đạt 3% đến 5%, trong khi nó giảm xuống dưới 0,5% sau khi rèn và khả năng chống mỏi được tăng cường từ 30% đến 50%.
Phân mảnh bao thể và phân bố đồng đều: Rèn kéo dài hoặc phá vỡ các tạp chất phi kim loại (chẳng hạn như sunfua và oxit) dọc theo hướng biến dạng, làm giảm nguồn tập trung ứng suất. Ví dụ, kích thước của các tạp chất trong van rèn có thể được kiểm soát ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 10μm và ngưỡng bắt đầu vết nứt có thể tăng hơn hai lần.
Kiểm soát căng thẳng dư thừa
Thiết kế tỷ lệ rèn hợp lý: Bằng cách kiểm soát tỷ lệ rèn (tỷ lệ biến dạng trên diện tích mặt cắt ngang ban đầu), có thể tối ưu hóa sự phân bổ ứng suất dư. Ví dụ, khi tỷ lệ rèn là 3:1, ứng suất nén dư trên bề mặt van có thể đạt tới -50 mpa, ngăn chặn hiệu quả sự lan truyền của các vết nứt mỏi.
Sức mạnh tổng hợp xử lý nhiệt tiếp theo: Việc ủ giảm căng thẳng được thực hiện sau khi rèn (chẳng hạn như giữ ở 550 độ trong 2 giờ), có thể loại bỏ hơn 80% ứng suất dư và ngăn ngừa nứt ăn mòn do ứng suất.
II. Tác động đến hiệu suất bịt kín của van
Cải thiện độ chính xác xử lý
Hình thành bề mặt được sắp xếp hợp lý: Việc rèn làm cho các sợi kim loại được phân bố liên tục dọc theo đường viền, tạo thành một bề mặt được sắp xếp hợp lý và làm giảm độ nhám của bề mặt bịt kín. Ví dụ, độ nhám của bề mặt bịt kín của ghế van rèn có thể đạt Ra0,4μm, thấp hơn 8 lần so với bề mặt đúc (Ra3,2μm) và tỷ lệ rò rỉ giảm hơn 90%.
Độ ổn định kích thước được nâng cao: Tốc độ thay đổi kích thước của van rèn sau khi xử lý nhiệt nhỏ hơn hoặc bằng 0,1%, trong khi van đúc có thể đạt 0,5% -1%, đảm bảo kiểm soát chính xác độ hở vừa vặn của cặp đệm kín (chẳng hạn như ± 0,05mm).
Tính đồng nhất của vật liệu đã được cải thiện
Đồng nhất hóa thành phần hóa học: Việc rèn thúc đẩy sự khuếch tán của các nguyên tố hòa tan và loại bỏ sự phân tách vật đúc. Ví dụ: độ lệch phân bố của các nguyên tố Cr và Mo trong van hợp kim niken{1}}được rèn là Nhỏ hơn hoặc bằng 1%, trong khi ở vật đúc, nó có thể đạt tới 5%-10%, nâng cao đáng kể khả năng chống ăn mòn và hiệu suất bịt kín.
Tính nhất quán của cấu trúc pha: Việc rèn đảm bảo phân bố đồng đều các cấu trúc pha như austenite và ferit, ngăn ngừa biến dạng bề mặt bịt kín do biến đổi pha cục bộ. Ví dụ, van thép không gỉ song công được rèn có hiệu suất bịt kín ổn định trong phạm vi nhiệt độ từ -50 độ đến 300 độ, trong khi vật đúc có thể bị rò rỉ do biến đổi pha.
Tối ưu hóa khả năng tương thích cấu trúc niêm phong
Kiểm soát tải trước: Van rèn có thể đảm bảo phân phối đồng đều tải trước bịt kín bằng cách kiểm soát chính xác vị trí và độ sâu của lỗ bu lông. Ví dụ, sai số chính xác về vị trí của các lỗ bu lông trong van mặt bích rèn là Nhỏ hơn hoặc bằng 0,1mm, cao gấp 5 lần so với vật đúc (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5mm) và độ tin cậy bịt kín được nâng cao.
Bù biến dạng đàn hồi: Vật liệu rèn có mô đun đàn hồi cao (chẳng hạn như thép carbon lên đến 200GPa), và độ biến dạng của bề mặt bịt kín là nhỏ khi áp suất dao động, duy trì áp suất tiếp xúc niêm phong ổn định. Ví dụ, biến dạng bề mặt bịt kín của van chặn rèn ở áp suất 10MPa không quá 0,02mm, trong khi biến dạng của bộ phận đúc có thể đạt tới 0,1mm.
III. Các trường hợp tương quan giữa các thông số quy trình và hiệu suất
Kiểm soát nhiệt độ rèn
Rèn ở nhiệt độ-cao (1200-1250 độ ): Nó phù hợp với van thép có hàm lượng carbon thấp và có thể thu được cấu trúc kết tinh lại hoàn toàn, với độ bền tăng lên nhưng độ dẻo giảm. Cần phải điều trị bình thường hóa sau đó để khôi phục độ dẻo dai.
Rèn ở nhiệt độ-trung bình (950-1100 độ ): Thích hợp cho các van bằng thép không gỉ, nó tránh làm thô hạt trong khi vẫn giữ được một số hiệu ứng tăng cường biến dạng và độ cứng của bề mặt bịt kín có thể đạt HRC28-32.
Tối ưu hóa tỷ lệ rèn
Tỷ lệ rèn nhỏ (2:1): Phù hợp với các van có hình dạng-đơn giản (chẳng hạn như thân van cổng), với chi phí thấp nhưng khả năng cải thiện độ bền còn hạn chế.
Tỷ lệ rèn cao (5:1): Thích hợp cho các van áp suất cao-(chẳng hạn như đĩa van chặn), với độ bền tăng hơn 30%, nhưng nhiệt độ rèn cuối cùng cần được kiểm soát để tránh nứt.
Tổng hợp xử lý nhiệt
Làm nguội + ủ: Sau khi rèn, tôi ở 950 độ và ủ ở 650 độ có thể làm cho độ cứng của thân van đạt HRC35-40 và độ cứng của bề mặt bịt kín đạt HRC50-55, có tính đến cả độ bền và khả năng chống mài mòn.
Xử lý bằng giải pháp: Van hợp kim dựa trên niken{0}}được rèn trải qua quá trình xử lý dung dịch ở 1080 độ có thể loại bỏ pha σ và nâng cao khả năng chống ăn mòn cũng như hiệu suất bịt kín lên gấp đôi.
IV. Đề xuất cho các ứng dụng trong ngành
Van áp suất cao{0}}: Ưu tiên quy trình rèn, chẳng hạn như van cổng rèn tiêu chuẩn API 6A, có thể chịu được áp suất trên 70MPa và có cấp độ kín là ANSI Lớp 600.
Van-nhiệt độ thấp: Xử lý rèn + đông lạnh sâu (chẳng hạn như làm nguội trong nitơ lỏng ở -196 độ ) được áp dụng để ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn ở nhiệt độ thấp và hiệu suất bịt kín vẫn ổn định trong phạm vi từ -196 độ đến 816 độ .
Van trung bình ăn mòn: Van hợp kim Hastelloy rèn (như C-276), kết hợp với xử lý thấm nitơ bề mặt, tăng cường khả năng chống ăn mòn của bề mặt bịt kín lên 10 lần, phù hợp với điều kiện làm việc với axit sunfuric đậm đặc, axit clohydric, v.v.
