Het smeedproces heeft een aanzienlijke invloed op de sterkte en afdichtingsprestaties van kleppen door de interne structuur van metalen te optimaliseren, de materiaaldichtheid te verbeteren en de verwerkingsnauwkeurigheid te controleren. Hieronder volgt de specifieke analyse:
I. Impact op de klepsterkte
Korrelverfijning en verbetering van mechanische eigenschappen
Dynamische herkristallisatie: Tijdens het smeedproces ondergaan metalen plastische vervorming bij hoge temperaturen, en de oorspronkelijke grove korrels worden gebroken en opnieuw-gekristalliseerd tot fijne, gelijkassige korrels. Na het smeden kan de korrelgrootte van koolstofstalen kleppen bijvoorbeeld worden verfijnd van ASTM-klasse 6 naar klasse 8-10, kan de treksterkte met 15% tot 20% worden verhoogd en kan de vloeigrens met 10% tot 15% worden verhoogd.
Versterking van dislocaties: Dislocaties gegenereerd door vervorming verstrengelen zich met elkaar en vormen een dislocatiewand die de beweging van dislocaties belemmert, waardoor de hardheid van het materiaal wordt vergroot. De hardheid van roestvrijstalen kleppen kan na het smeden bijvoorbeeld met 2-3 HRC toenemen, en hun slijtvastheid wordt aanzienlijk verbeterd.
Dichtheidsoptimalisatie en eliminatie van defecten
Porositeit en porositeitssluiting: de drie-richtingsdrukspanning tijdens het smeden comprimeert interne defecten zoals porositeit en porositeit in het metaal, waardoor de dichtheid toeneemt. De porositeit van gegoten kleppen kan bijvoorbeeld 3% tot 5% bereiken, terwijl deze na het smeden onder de 0,5% daalt, en de weerstand tegen vermoeiing wordt verbeterd met 30% tot 50%.
Insluitingsfragmentatie en uniforme verdeling: Smeden verlengt of breekt niet-metalen insluitsels (zoals sulfiden en oxiden) langs de vervormingsrichting, waardoor de bronnen van spanningsconcentratie worden verminderd. De grootte van insluitsels in gesmede kleppen kan bijvoorbeeld worden geregeld op minder dan of gelijk aan 10 μm, en de scheurinitiatiedrempel kan met meer dan tweemaal worden verhoogd.
Controle van resterende stress
Redelijk ontwerp van de smeedverhouding: door de smeedverhouding (de verhouding van de vervorming tot het oorspronkelijke dwarsdoorsnedeoppervlak) te regelen, kan de verdeling van de restspanning worden geoptimaliseerd. Wanneer de smeedverhouding bijvoorbeeld 3:1 is, kan de resterende drukspanning op het klepoppervlak -50 mpa bereiken, waardoor de voortplanting van vermoeiingsscheuren effectief wordt onderdrukt.
Daaropvolgende synergie van de warmtebehandeling: spanningsarmgloeien wordt uitgevoerd na het smeden (zoals 2 uur op 550 graden houden), waardoor meer dan 80% van de resterende spanning kan worden geëlimineerd en spanningscorrosie kan worden voorkomen.
II. Impact op de afdichtingsprestaties van kleppen
Verbetering van de verwerkingsnauwkeurigheid
Gestroomlijnde oppervlaktevorming: Door het smeden worden metaalvezels continu langs de contour verdeeld, waardoor een gestroomlijnd oppervlak ontstaat en de ruwheid van het afdichtingsoppervlak wordt verminderd. De ruwheid van het afdichtingsoppervlak van gesmede klepzittingen kan bijvoorbeeld Ra0,4μm bereiken, wat 8 keer lager is dan die van gietstukken (Ra3,2μm), en het lekpercentage wordt met meer dan 90% verminderd.
Verbeterde dimensionale stabiliteit: De dimensionale veranderingssnelheid van gesmede kleppen na warmtebehandeling is minder dan of gelijk aan 0,1%, terwijl die van gietstukken 0,5% -1% kan bereiken, waardoor een nauwkeurige controle van de passingsspeling van het afdichtingspaar wordt gegarandeerd (zoals ± 0,05 mm).
De uniformiteit van het materiaal is verbeterd
Homogenisering van de chemische samenstelling: Smeden bevordert de diffusie van opgeloste elementen en elimineert segregatie van het gieten. De verdelingsafwijking van Cr- en Mo-elementen in kleppen van gesmede nikkel{1}}legeringen is bijvoorbeeld minder dan of gelijk aan 1%, terwijl deze bij gietstukken 5%-10% kan bereiken, waardoor de corrosieweerstand en afdichtingsprestaties aanzienlijk worden verbeterd.
Consistentie van de fasestructuur: Smeden zorgt voor een uniforme verdeling van fasestructuren zoals austeniet en ferriet, waardoor vervorming van het afdichtingsoppervlak als gevolg van lokale fasetransformatie wordt voorkomen. Gesmede duplex roestvrijstalen kleppen hebben bijvoorbeeld stabiele afdichtingsprestaties binnen het temperatuurbereik van -50 graden tot 300 graden, terwijl gietstukken kunnen lekken als gevolg van fasetransformatie.
Optimalisatie van de compatibiliteit van de afdichtingsstructuur
Voorbelastingscontrole: Gesmede kleppen kunnen een uniforme verdeling van de afdichtingsvoorspanning garanderen door de positie en diepte van de boutgaten nauwkeurig te regelen. De positionele nauwkeurigheidsfout van de boutgaten in gesmede flenskleppen is bijvoorbeeld kleiner dan of gelijk aan 0,1 mm, wat vijf keer hoger is dan die van gietstukken (kleiner dan of gelijk aan 0,5 mm), en de betrouwbaarheid van de afdichting is verbeterd.
Elastische vervormingscompensatie: gesmede materialen hebben een hoge elastische modulus (zoals koolstofstaal tot 200 GPa) en de vervorming van het afdichtingsoppervlak is klein wanneer de druk fluctueert, waardoor een stabiele afdichtingscontactdruk behouden blijft. Zo bedraagt de vervorming van het afdichtingsoppervlak van een gesmede afsluiter bij een druk van 10 MPa niet meer dan 0,02 mm, terwijl die van een gegoten onderdeel 0,1 mm kan bedragen.
III. Gevallen van correlatie tussen procesparameters en prestaties
Smeden temperatuurregeling
Smeden op hoge- temperatuur (1200-1250 graden): het is geschikt voor kleppen van koolstofarm staal en kan een volledig herkristalliseerde structuur verkrijgen, met verhoogde sterkte maar verminderde plasticiteit. Daaropvolgende normaliserende behandeling is nodig om de taaiheid te herstellen.
Smeden op gemiddelde- temperatuur (950-1100 graden): geschikt voor roestvrijstalen kleppen, het vermijdt het grof worden van de korrels, terwijl er toch enkele vervormingsversterkende effecten behouden blijven, en de hardheid van het afdichtingsoppervlak kan HRC28-32 bereiken.
Optimalisatie van de smeedverhouding
Kleine smeedverhouding (2:1): Het is geschikt voor kleppen met eenvoudige- vormen (zoals schuifafsluiterlichamen), met lage kosten maar beperkte sterkteverbetering.
Hoge smeedverhouding (5:1): Geschikt voor hogedrukkleppen (zoals afsluitklepschijven), met een sterkte die met meer dan 30% is toegenomen, maar de uiteindelijke smeedtemperatuur moet worden gecontroleerd om scheuren te voorkomen.
Synergie van warmtebehandeling
Afschrikken + ontlaten: na het smeden kan het afschrikken op 950 graden en het ontlaten op 650 graden ervoor zorgen dat de hardheid van het kleplichaam HRC35-40 bereikt en de hardheid van het afdichtingsoppervlak HRC50-55, rekening houdend met zowel sterkte als slijtvastheid.
Oplossingsbehandeling: Kleppen van gesmede nikkel--legeringen die een oplossingsbehandeling ondergaan bij 1080 graden kunnen de σ-fase elimineren en de corrosieweerstand en afdichtingsprestaties twee keer verbeteren.
Iv. Suggesties voor industriële toepassingen
Hogedrukkleppen: het smeedproces heeft de voorkeur, zoals gesmede schuifafsluiters volgens de API 6A-standaard, die een druk van meer dan 70 MPa kunnen weerstaan en een afdichtingsgraad van ANSI-klasse 600 hebben.
Kleppen voor lage-temperaturen: een gesmede + diepe cryogene behandeling (zoals blussen in vloeibare stikstof bij -196 graden) wordt toegepast om brosse breuk bij lage temperaturen te voorkomen, en de afdichtingsprestaties blijven stabiel binnen het bereik van -196 graden tot 816 graden.
Corrosieve mediumkleppen: Gesmede Hastelloy-legeringskleppen (zoals C-276), gecombineerd met een oppervlaktenitreerbehandeling, verbeteren de corrosieweerstand van het afdichtingsoppervlak met 10 keer, geschikt voor werkomstandigheden met geconcentreerd zwavelzuur, zoutzuur, enz.
