于阀门获得更好的密封性，因而同时也应增加强化层的厚度和基体的硬度，使阀门密封表面在严苛工况下具有较高的使用可靠性；本实用新型选择渗硼技术作为球体密封表面的强化处理手段，除了因为渗硼层具有高硬度、高耐磨性的优势外，渗硼层在采取合适的渗硼工艺和措施后能够达到较大的渗层厚度(最厚可达0.3?0.4_)以及渗硼后能够进行增加基体硬度的热处理也是主要的一个方面；在保证球体表面具有较大的渗层厚度的前提下，采取合适的方式(如稀土共渗等等)来保证渗层的结合强度、韧性和耐磨性达到相应要求。
[0037]实施例2
[0038]本实施例所述硬密封球阀球体的基体材料为3Cr2W8V，球体直径为Φ 88mm，通流孔直径Φ50πιπι。本实施例需要在该球体上通过高温扩散渗的渗硼-钒-稀土的多元共渗工艺，在球体表层形成一层富集有金属硼化物以及碳化钒等硬质相微粒、与基体材料之间为冶金结合的强化层；扩散渗后对3Cr2W8V基体进行淬火热处理使其具有较高的基体硬度。
[0039]制备过程如下:
[0040]准备:3Cr2W8V下料后，锻造为球形毛坯，锻后进行退火处理。下料后经锻造再进行加工，可以减少材料消耗和加工成本；退火处理一方面是为了降低硬度、改善切削加工性能，另一方面也是为了消除组织缺陷和残余内应力、细化晶粒，为后续的热处理做组织准备。除工件下料外，另准备一块相同材料的试块、尺寸20X20X 10mm，同炉进行多元共渗及基体淬火处理，用于检测渗层硬度、厚度以及基体材料的热处理硬度。
[0041]前加工:车加工球面及通流孔孔口与球面相交位置处的小圆角，通流孔及传动槽不加工；磨削和粗研球面。加工后表面粗糙度Ra ( 0.2 μ m，球面跳动彡0.015_。
[0042]硼-钒-稀土盐浴共渗:渗剂成分为:硼砂、氧化钒、碳化硼、铝粉、氟化钠、氟硼酸钾、稀土、增渗剂。扩散渗温度:950°C，时间:9h。硼-钒-稀土共渗后，渗层中除含有硼化铁、碳化钒硬质相外，还含有稀土原子。
[0043]基体淬火+回火处理:在扩散渗后，工件由高温状态直接转入淬火阶段，升温至淬火温度进行淬火处理。热处理采用盐浴炉进行处理，工件的淬火和回火均在充分脱氧后的中性盐浴中进行。淬火、回火工艺规范:淬火_1075°C油冷；回火_570°C二次回火。渗后工件由高温状态直接转入淬火阶段，减少了工件由高温到低温、再由低温到高温的过程，更有利于控制工件的变形；将工件在中性盐浴炉中进行热处理，是为了避免对已完成的渗硼层带来影响。
[0044]后加工:完成球体通流孔和传动槽的加工；
[0045]研磨抛光:对球体表面进行研磨和抛光加工使球面圆度和表面粗糙度达到要求。
[0046]硼-钒渗层硬度和厚度:经试块检测，渗层硬度HV1550?1800，厚度0.18?
0.21mm。渗层硬度远高于国内现行产品HVOF喷涂碳化钨涂层的硬度HV750?850也显著高于氧化锆增韧陶瓷的硬度HV1200 ;渗层厚度与碳化钨涂层的厚度较为接近，由于基体达到了足够的高硬度、能够对表面强化层提供很有效的支撑，因此强化层在使用时能够保证具有充分的可靠性。
[0047]3Cr2W8V基体硬度:经试块检测，基体淬火回火硬度HRC45?48。
[0048]本实施例中，球体表面强化采用了硼-钒共渗并添加稀土，硼-钒共渗能够同时发挥渗硼渗深大和渗钒硬度高的优势，使强化层在保持较大渗层厚度的同时，具有比单渗硼更高的硬度和更好的耐磨性，因而也比现有技术的密封表面具有更强的抗擦伤、抗磨损以及抗冲刷能力。同时，硼-钒共渗层具有很好的高温热硬性，能够使阀门在高温工况中可靠使用并达到较长的使用寿命。
[0049]实施例3
[0050]本实施例所述的硬密封球阀其阀门压力等级为300Lb，球体的基体材料为17-4PH，球体直径为Φ 100mm、通流孔直径Φ 59mm，需要在该球体上进行渗硼-1凡-稀土的多元共渗工艺以形成具有较好的耐磨性的密封表面强化层。
[0051]制备过程如下所述:
[0052]准备:17-4PH下料后锻造为球形毛坯，锻后带温进炉进行退火处理。同时，另准备一块相同材料、尺寸20X20X10mm的试块同炉进行多元共渗及基体热处理，用于检测渗层硬度、厚度以及基体材料的热处理硬度。
[0053]前加工:车加工球面及通流孔孔口与球面相交位置处的小圆角，通流孔及传动槽不加工；磨削和粗研球面。加工后表面粗糙度Ra ( 0.2 μ m，球面跳动彡0.015_。
[0054]硼-钒-稀土盐浴共渗:渗剂成分为:硼砂、氧化钒、碳化硼、铝粉、氟化钠、氟硼酸钾、稀土、增渗剂。扩散渗温度:950°C，时间:9h。
[0055]基体固溶+时效处理:在扩散渗后工件由高温状态直接转入固溶处理阶段，升温至固溶温度进行固溶处理。热处理采用盐浴炉进行处理，工件的处理和时效均在充分脱氧后的中性盐浴中进行。固溶、时效工艺规范:固溶_1040°C快冷；时效_480°C空冷。
[0056]后加工:完成球体通流孔和传动槽的加工；
[0057]研磨抛光:对球体表面进行研磨和抛光加工使球面圆度和表面粗糙度达到要求。
[0058]硼-钒渗层硬度和厚度:经试块检测，渗层硬度HV1500?1650，厚度0.16?
0.19mm。由于阀门的压力等级较低因而密封面的密封比压也相对不高，且基体具有较高的硬度、能够对表面强化层提供有效的支撑，因此强化层在使用时能够保证具有充分的可靠性。
[0059]17-4PH基体硬度:经试块检测，基体固溶、时效处理后的硬度为HRC39?42。
[0060]本实施例中，球体表面通过硼-钒-稀土共渗获得了比现有技术的密封表面具有更强的抗擦伤、抗磨损能力的表面强化层；同时，渗硼层具有很好的耐蚀性，能够使阀门在腐蚀性工况中可靠使用并达到较长的使用寿命。
[0061]本说明书未作详细描述的内容属于相应技术领域的专业技术人员所公知的现有技术。
[0062]以上结合实施例对本实用新型的技术方案作了具体说明，但这些实施例和说明不能被理解为限制了本实用新型的范围。本技术领域的技术人员应该知晓，本实用新型不受上述实施例的限制，其保护范围由所附的权利要求书所界定，任何在不超出本实用新型权利要求书所界定的范围内的各种改动、变型所形成的技术方案，都没有偏离本实用新型的精神和技术实质，仍然会属于本实用新型的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种具有高耐磨密封表面的球阀球体，所述的球体为硬密封球阀的旋转关闭件，与位于其两侧的金属阀座组成密封偶件以实现阀门的启闭和密封，其特征在于:在所述球体的球面表面有一层具有高耐磨性能的强化层，所述的强化层中富集有经扩散渗形成的金属硼化物，强化层下侧基体为经淬火热处理或固溶和时效热处理而具有高硬度的基体材料，强化层与基体材料之间为冶金结合。
2.根据权利要求1所述的具有高耐磨密封表面的球阀球体，其特征在于:所述的强化层中同时还分布有经扩散渗形成的碳化钒微粒。
3.根据权利要求1或2所述的具有高耐磨密封表面的球阀球体，其特征在于:所述的强化层为经过包含有稀土共渗的扩散渗所形成的表面强化层，表面强化层中还分布有稀土原子。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有高耐磨密封表面的球阀球体，主要技术方案为：在球体表面通过硼、矾、稀土的共渗形成一层具有高硬度和较强的抗擦伤、抗磨损、抗冲刷能力并具有足够厚度、与基体为冶金结合的强化层，强化层下侧基体经提高硬度的热处理而具有高硬度、能够对表面强化层提供可靠支撑，强化层制备时采取相应方法使渗硼、热处理后球体基本无变形。本实用新型的优点：球体表面具有更高的硬度、更强的抗擦伤抗磨损和抗冲刷能力，结合强度高不容易产生剥落，基体具有高硬度可以保证强化层能可靠工作，能够在高温工况中使用，能够使产品结构得到简化、制造成本降低，便于加工制造，能够使阀门具有较高的使用可靠性和更长的使用寿命。
【IPC分类】F16K5-06, F16K5-08
【公开号】CN204420180
【申请号】CN201420777185
【发明人】章华
【申请人】章华
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月8日