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煤化工黑水调节阀/控制角阀的制造关键工艺环节之烧结过程中如何防止碳化钨阀芯产生裂纹?

在煤化工黑水调节阀/控制角阀的制造过程中,碳化钨阀芯的烧结是关键工艺环节。为了防止烧结过程中产生裂纹,可以采取以下措施:


1. 严格控制烧结温度和升温速率

  • 预烧阶段:温度控制在800℃-1000℃,升温速率应控制在5℃/min-10℃/min。此阶段主要是去除碳化钨粉末吸附的气体和水分,升温过快可能导致粉末颗粒表面产生裂纹或内部应力增加。
  • 烧结阶段:温度需升至1400℃-1600℃,升温速率一般控制在10℃/min-15℃/min。此阶段粉末颗粒间的原子开始扩散并结合,温度均匀性至关重要,局部过热或温度梯度过大可能引发裂纹。
  • 保温阶段:达到烧结温度后,保温时间通常为1小时-2小时。保温时间过长可能导致晶粒过度长大,使材料变脆,一般不超过3小时。


2. 优化冷却过程

烧结完成后,应采用适当的冷却方式,如随炉冷却或控制冷却速率在5℃/min-10℃/min。急剧冷却会使阀芯产生内应力和裂纹,因此需要避免快速冷却。


3. 控制烧结炉内的气氛

通常采用真空或惰性气体(如氩气)保护烧结。在烧结前需对烧结炉进行抽真空或充入惰性气体,确保炉内气氛的纯净度。烧结过程中要合理控制气体流量和压力,维持稳定的保护气氛环境,防止碳化钨在高温下被氧化。


4. 采用合适的烧结工艺

  • 真空热等静压烧结(HIP):这种工艺可以有效减少孔隙率,使碳化钨阀芯的孔隙率<0.01%,密度≥14.8g/cm³,从而避免高压介质渗透导致的结构疏松。
  • 优化压制方法:通过特殊的压制方法和优化烧结曲线,使产品具有双峰分布的微观结构,提高产品的均匀性、致密度和断裂韧性,从而减少裂纹的产生。


5. 选择合适的材料和添加剂

在碳化钨中添加适量的钴等粘结相元素可以促进烧结过程中的致密化。例如,含钴量较高的碳化钨阀芯烧结时间可适当缩短,而含钴量较低时烧结时间需延长,以确保碳化钨颗粒间能充分结合。
通过以上措施,可以有效减少碳化钨阀芯在烧结过程中产生裂纹的风险,提高阀芯的质量和使用寿命。