镶嵌不锈钢阀座楔式硬密封闸阀体的消失模铸造

　　镶嵌不锈钢阀座楔式硬密封闸阀体的消失模铸造

　　李 伟

　　(安徽红星阀门有限公司 安徽铜陵244051)

　　摘要：介绍消失模工艺生产DN100镶嵌不锈钢阀座楔式硬密封闸阀体，消失模模样制作、埋型、浇注等主要工艺参数。珠粒预发密度23～26g/dm3，采用五面抽气负压砂箱，带液压夹紧机构的变频三维震实台，浇注负压控制在0.03～0.05Mpa，保压5min[S1] 。

　　关键词：硬密封闸阀 镶嵌 不锈钢阀座 球墨铸铁 消失模

　　1. 概述

　　闸阀是指关闭件(闸板)沿通路中心线的垂直线方向移动的阀门，在管道上主要作切断用。[1] 常用阀座的结构形式有二种。一种是在阀体上直接加工出来的整体式阀座，另一种是由天结构、尺寸、加工工艺或密封材料的限制，不能在阀体上直接加工或堆焊出阀座的分离式阀座。[2]

　　本文以DN100楔式硬密封分离式阀座闸阀体(以下简称阀体)为例，阐述镶嵌不锈钢阀座楔式硬密封闸阀体铸造工艺过程。其阀体轮廓尺寸Ф220×229mm3，法兰处壁厚19mm，其余为9mm，材质 QT450-10，工作压力1.6MPa，铸件重量17kg。两端通径法兰上共有16只Ф19，中法兰上4只Ф14孔全部铸出。阀体铸件外形见图1。

　　1——阀体 2——阀座

　　2. 镶嵌不锈钢阀座硬密封闸阀体结构设计

　　目前，阀门密封阀座普遍采用在阀体内腔加工精度较高的镶阀座孔，将加工好的铜阀座压入阀体内，然后在阀座上加工精度要求很高的密封面。由于阀体、密封铜阀座加工偏差的缘故，铜阀座压入阀体内变形或过松，造成阀门试压和使用过程在铜阀座接合面处漏水。另一种先粗车密封平，然后在铸铁阀体上堆焊铜或不锈钢材料，然后在阀座上加工密封面，由于铸铁材料可焊性差，容易脱焊。二种工艺都存在多次加工的问题，加工工时较多。

　　镶嵌不锈钢密封阀座结构，是将有凸台或凹槽的不锈钢密封阀座镶嵌在泡沫塑料模内，铸造时将不锈钢阀座镶嵌在阀体内呈为整体式，一次加工阀座密封面就完成加工。

　　阀座材料为2Cr13、1Cr18Ni9Ti等。

　　3. 模样制作

　　采用stmma[S2] 珠粒，预发密度23～26g/dm3;阀体模样采用气动抽芯整体模成型，模样烘干120h，镶嵌经处理后的不锈钢阀座;内浇口截面尺寸40×13mm，横浇口截面尺50×40mm，组装成模型簇，每簇8只。模样涂刷二遍ZT-1[S3] 涂料烘干。

　　4. 埋型浇注

　　阀体在机械驱动、柔性连接消失模铸造自动生产线上铸造，每箱2簇，砂箱尺寸1500×1200×1100mm3，砂箱底面及四角共五面抽气，箱内各方向负压梯度差异小;二级流量可调式雨淋加砂装置均匀加砂充填。带液压夹紧机构的变频三维震实台震实，具有高频率、低振幅，振动频度避开砂箱与震实台共振，震实台起动及停止时频率、振幅平稳，从而极大地避免了模样变形。

　　1.5t KGPS中频感应熔炼炉，铁水出炉温度1550℃～℃1580℃，采用一次出水球化处理工艺。阀体化学成分见表1。

　　表1 阀体化学成份 (wt，%)

　　浇注负压控制在0.03～0.05Mpa，保压5min。

　　5. 铸件品质

　　5.1 外观检验

　　清理抛丸后的阀体铸件表面光洁，棱角清晰，铸件无冷隔、粘砂、气孔等缺陷。尤其是小孔，内壁光滑，孔的棱边清晰可见，与机加工的孔相差无几，尺寸精确，节约大量钻孔加工工时。线切割开的铸件见图3。

　　5.2 试压

　　铸件经ZZB阀门专用试压机试压，水压2.4MPa试验，铸件合格率100%。

　　5.3 金相检验

　　金相分析采用GX40显微镜，SRMAS专业定量金相图像分析系统。阀体金相见图4、图5。

　　从图5中可看出，不锈钢阀座边缘有明显的熔蚀，能较好的证明阀座与阀门本体呈现冶金结合，组织变化顺序：“黑线”区 → 珠光体 → 铁素体组织。

　　“黑线”区金相见图6。在显微镜下进行观察，发现“黑线”区是灰口组织，基体组织为珠光体，65.26%[珠65]，铁素体32.39%[铁 30]，渗碳体 2.35% 。

　　当高温金属液充型接触到不锈钢阀座时，带有冷铁作用的不锈钢阀座，与高温铁液接触后几乎不在流动。随着结晶反应的进行，凝固前沿不断得到释放出的结晶潜热，产生“热量积累”，导致凝固前沿的温度重新升高，高于凝固前沿的介稳定共晶温度以后，就会导致冷却整度变慢而产生灰口组织。[3]

　　“黑线”区的形成，有理由相信它与激冷的凝固特性有关。“黑线”仅仅位于激冷区(不锈钢阀座)的浅表面，与等凝固线对应。

　　5.4 球化率、石墨长度

　　单铸试棒，球化率3级(=87.72%)石墨颗粒平均直径7级(=2.81)。

　　铸件断口处，球化率3级(=88.57%)石墨颗粒平均直径7级(=1.54)。

　　5.5 机械性能

　　机械性能抗拉强度469.31MPa，伸长率18.86%。

　　6. 结语

　　由于阀体、不锈钢阀座铸为一体，降低了加工工时消耗，提高了生产效率。阀门在试压和使用时密封阀座漏水的机率减少。镶铸不锈钢密封阀座阀门结构，具有经济、通用型特性等优点。适用于多种阀门密封结构的设计使用。

　　参考文献：

　　[1] 沈阳阀门研究所《阀门设计》编写组.阀门设计[M].1976.1

　　[2] 房汝洲主编.2006版实用阀门设计手册[M].北京：中国知识出版社.2006.4

　　[3] 卢勤杰等.冷激铸铁凸轮轴“黑线”缺陷的产生原因和消除措施.现代铸铁.2007第6期.P59～63