O processo de forjamento tem um impacto significativo na resistência e no desempenho de vedação das válvulas, otimizando a estrutura interna dos metais, melhorando a densidade do material e controlando a precisão do processamento. A seguir está a análise específica:
I. Impacto na resistência da válvula
Refinamento de grãos e melhoria de propriedades mecânicas
Recristalização dinâmica: durante o processo de forjamento, os metais sofrem deformação plástica em altas temperaturas, e os grãos grossos originais são quebrados e recristalizados em grãos finos equiaxiais. Por exemplo, após o forjamento, o tamanho do grão das válvulas de aço carbono pode ser refinado do grau ASTM 6 ao grau 8-10, a resistência à tração pode ser aumentada em 15% a 20% e a resistência ao escoamento pode ser aumentada em 10% a 15%.
Reforço das luxações: As luxações geradas pela deformação emaranham-se, formando uma parede de luxações que dificulta o movimento das luxações, aumentando assim a dureza do material. Por exemplo, a dureza das válvulas de aço inoxidável pode aumentar em 2-3HRC após o forjamento, e a sua resistência ao desgaste é significativamente melhorada.
Otimização de densidade e eliminação de defeitos
Porosidade e fechamento de porosidade: a tensão de compressão tri{0}direcional durante o forjamento compacta defeitos internos, como porosidade e porosidade no metal, aumentando sua densidade. Por exemplo, a porosidade de válvulas-fundidas pode atingir 3% a 5%, enquanto cai abaixo de 0,5% após o forjamento, e a resistência à fadiga é aumentada em 30% a 50%.
Fragmentação de inclusão e distribuição uniforme: o forjamento alonga ou quebra inclusões não{0}}metálicas (como sulfetos e óxidos) ao longo da direção de deformação, reduzindo as fontes de concentração de tensão. Por exemplo, o tamanho das inclusões em válvulas forjadas pode ser controlado em menos ou igual a 10 μm, e o limite de início de trinca pode ser aumentado em mais de duas vezes.
Controle de estresse residual
Projeto de taxa de forjamento razoável: controlando a taxa de forjamento (a proporção de deformação em relação à área da seção transversal-original), a distribuição da tensão residual pode ser otimizada. Por exemplo, quando a proporção de forjamento é de 3:1, a tensão de compressão residual na superfície da válvula pode atingir -50 mpa, suprimindo efetivamente a propagação de trincas por fadiga.
Sinergia de tratamento térmico subsequente: O recozimento de alívio de tensão é realizado após o forjamento (como segurar a 550 graus por 2 horas), o que pode eliminar mais de 80% da tensão residual e prevenir fissuras por corrosão sob tensão.
II. Impacto no desempenho de vedação de válvulas
Melhoria da precisão do processamento
Formação de superfície simplificada: O forjamento faz com que as fibras metálicas sejam distribuídas continuamente ao longo do contorno, formando uma superfície aerodinâmica e reduzindo a rugosidade da superfície de vedação. Por exemplo, a rugosidade da superfície de vedação das sedes de válvula forjadas pode atingir Ra0,4μm, que é 8 vezes menor que a das peças fundidas (Ra3,2μm), e a taxa de vazamento é reduzida em mais de 90%.
Estabilidade dimensional aprimorada: A taxa de alteração dimensional das válvulas forjadas após o tratamento térmico é menor ou igual a 0,1%, enquanto a das peças fundidas pode chegar a 0,5% -1%, garantindo o controle preciso da folga de ajuste do par de vedação (como ± 0,05 mm).
A uniformidade do material foi melhorada
Homogeneização da composição química: O forjamento promove a difusão dos elementos solutos e elimina a segregação do fundido. Por exemplo, o desvio de distribuição dos elementos Cr e Mo em válvulas de liga forjada à base de níquel-é menor ou igual a 1%, enquanto em peças fundidas pode chegar a 5%-10%, melhorando significativamente a resistência à corrosão e o desempenho de vedação.
Consistência da estrutura de fase: O forjamento garante distribuição uniforme de estruturas de fase, como austenita e ferrita, evitando a deformação da superfície de vedação causada pela transformação de fase local. Por exemplo, válvulas forjadas de aço inoxidável duplex têm desempenho de vedação estável na faixa de temperatura de -50 graus a 300 graus, enquanto as peças fundidas podem vazar devido à transformação de fase.
Otimização da compatibilidade da estrutura de vedação
Controle de pré-carga: As válvulas forjadas podem garantir uma distribuição uniforme da pré-carga de vedação, controlando com precisão a posição e a profundidade dos furos dos parafusos. Por exemplo, o erro de precisão de posição dos furos dos parafusos em válvulas de flange forjadas é menor ou igual a 0,1 mm, o que é cinco vezes maior que o das peças fundidas (menor ou igual a 0,5 mm), e a confiabilidade da vedação é aprimorada.
Compensação de deformação elástica: Os materiais forjados possuem alto módulo de elasticidade (como aço carbono de até 200GPa), e a deformação da superfície de vedação é pequena quando a pressão flutua, mantendo uma pressão de contato de vedação estável. Por exemplo, a deformação da superfície de vedação de uma válvula de corte forjada a uma pressão de 10 MPa não é superior a 0,02 mm, enquanto a de uma peça fundida pode atingir 0,1 mm.
III. Casos de Correlação entre Parâmetros de Processo e Desempenho
Controle de temperatura de forjamento
Forjamento em alta-temperatura (1200-1250 graus): É adequado para válvulas de aço de baixo carbono e pode obter uma estrutura totalmente recristalizada, com maior resistência, mas plasticidade reduzida. O tratamento de normalização subsequente é necessário para restaurar a resistência.
Forjamento em-temperatura média (950-1100 graus): Adequado para válvulas de aço inoxidável, evita o engrossamento dos grãos enquanto retém alguns efeitos de fortalecimento da deformação, e a dureza da superfície de vedação pode atingir HRC28-32.
Otimização da taxa de forjamento
Proporção de forjamento pequena (2:1): É adequada para válvulas de formato simples- (como corpos de válvula gaveta), com baixo custo, mas melhoria de resistência limitada.
Alta taxa de forjamento (5:1): Adequado para válvulas de alta-pressão (como discos de válvula de bloqueio), com resistência aumentada em mais de 30%, mas a temperatura final de forjamento precisa ser controlada para evitar rachaduras.
Sinergia de tratamento térmico
Têmpera + revenido: Após o forjamento, a têmpera a 950 graus e a têmpera a 650 graus podem fazer com que a dureza do corpo da válvula atinja HRC35-40 e a dureza da superfície de vedação alcance HRC50-55, levando em consideração a resistência e a resistência ao desgaste.
Tratamento de solução: válvulas de liga à base de níquel forjado-que passam por tratamento de solução a 1.080 graus podem eliminar a fase σ e aumentar a resistência à corrosão e o desempenho de vedação em duas vezes.
4. Sugestões para aplicações industriais
Válvulas de alta-pressão: o processo de forjamento é preferido, como válvulas de gaveta forjada padrão API 6A, que podem suportar uma pressão de mais de 70 MPa e ter um grau de vedação ANSI Classe 600.
Válvulas-de baixa temperatura: o tratamento forjado + criogênico profundo (como têmpera em nitrogênio líquido a -196 graus) é adotado para evitar fraturas frágeis em baixas temperaturas, e o desempenho da vedação permanece estável na faixa de -196 graus a 816 graus.
Válvulas de meio corrosivo: Válvulas de liga Hastelloy forjadas (como C-276), combinadas com tratamento de nitretação de superfície, aumentam a resistência à corrosão da superfície de vedação em 10 vezes, adequadas para condições de trabalho com ácido sulfúrico concentrado, ácido clorídrico, etc.
