Stadiul de cercetare a tehnologiei de tratare a suprafețelor pentru recondiționarea supapelor

Sunt prezentate tehnologiile și procesele de tratare a suprafețelor utilizate în mod obișnuit în procesul de recondiționare a supapei, în timp ce este analizată situația actuală a industriei de recondiționare a supapei. Este rezumată starea de dezvoltare a tehnologiei de tratare a suprafețelor cu plasmă și a tehnologiei de tratare a suprafețelor cu laser, este evidențiată aplicarea metodei de tratare a suprafețelor cu plasmă și a metodei de tratare a suprafețelor cu laser în industria de recondiționare a supapelor și, în final, este evidențiată direcția de dezvoltare viitoare a perspectivelor tehnologiei de tratare a suprafețelor de recondiționare a supapelor.

0. Introducere

Odată cu industrializarea tot mai mare a industriei prelucrătoare, cererea de supape industriale este în creștere, iar diferite supape sunt utilizate în diverse industrii. În schimb, din ce în ce mai multe supape sunt casate sau eliminate din cauza unor defecțiuni sau deteriorări. Din cauza capacității tehnice slabe a industriei chineze de fabricare a supapelor, multe dintre supapele cheie ale instalațiilor importante trebuie importate din străinătate, în special în condiții extreme de utilizare a supapelor. Recondiționarea supapelor poate rezolva mai bine aceste probleme; recondiționarea supapelor este, de asemenea, o măsură eficientă pentru a face față protecționismului comercial. Recondiționarea supapelor se referă la procesul de producție în vrac de reparare a supapelor uzate și a componentelor acestora. În același timp, produsele refabricate ar trebui să aibă aceeași calitate și performanță ca și produsul original. Prin urmare, îmbunătățirea nivelului supapelor recondiționate și a capacității acestora devine o problemă urgentă. Printre acestea, tehnologia de tratare a suprafeței supapelor este cheia procesului de refabricare a supapelor. Prin refabricarea supapelor uzate, un tratament de suprafață eficient poate îmbunătăți duritatea suprafeței supapelor, rezistența, rezistența la uzură și rezistența la coroziune etc., pentru a prelungi durata de viață a supapelor și a reduce probabilitatea de defectare a supapelor.

1. Procesul tradițional de tratare a suprafețelor

1.1 Galvanoplastie

Galvanoplastia se referă la procesul de principiu electrolitic în suprafața piesei de prelucrat care plasează un strat de aliaj metalic, filmul de metal aliat poate îmbunătăți rezistența la uzură a piesei de prelucrat, rezistența la coroziune, rezistența la oxidare și rezistența la oboseală. Unul dintre cele mai utilizate aliaje din industrie este cel format din metale din grupa zincului și a fierului. Există 2 tipuri principale de aliaje zinc-fier pentru aplicații industriale: unul este un aliaj cu un conținut ridicat de fier, iar celălalt este un aliaj zinc-fier cu urme de fier. Liu Jian et al. au studiat relația dintre conținutul de aur, cupru și nichel din soluția de placare și compoziția stratului de placare după placarea aliajelor de aur, cupru și nichel pe suprafața substraturilor de cupru, atunci când conținutul de aur, cupru și nichel atinge un anumit nivel, stratul de placare al aliajului are o rezistență mai bună la uzură și la coroziune.

1.2 Fosfatarea

Fosfatarea este procesul de reacție chimică și electrochimică pentru a forma o peliculă de conversie chimică a fosfaților pe suprafața piesei de prelucrat. Scopul fosfatarea este de a proteja metalul de bază al piesei pentru a preveni coroziunea, uzura sau oxidarea metalului de bază al piesei. De asemenea, fosfatarea poate îmbunătăți aderența stratului de peliculă de vopsea, având în același timp un rol de lubrifiere în procesul de prelucrare la rece a metalului. Yi Xiaoyong et al. au studiat angrenajul cu șurub cu supapă prin pretratarea prin fosfatare a suprafeței peliculei de lubrifiere solidă a piesei de prelucrat. Combinarea substratului cu o mustă de titanat de potasiu poate îmbunătăți rezistența la uzură și rezistența suprafeței piesei de prelucrat. Coeficientul de frecare al suprafeței piesei de prelucrat este mai mic de 50% din coeficientul de frecare al suprafeței fără tratament de fosfatare.

1.3 Pasivarea

Pasivarea constă în oxidarea unei suprafețe metalice folosind agenți oxidanți puternici sau metode electrochimice pentru a face suprafața metalică inactivă. Pasivarea permite formarea unei pelicule groase de oxid pe suprafața metalului, care este stabilă și se poate repara singură în aer. Cheng Yawei et al. au studiat metoda de tratare prin pasivare a supapelor motoarelor de rachetă cu lichid, au analizat bobinele supapelor cu metode de tratare prin pasivare și de tratare a suprafețelor strălucitoare printr-un test de screening al rezistenței la coroziune și, în final, au concluzionat că supapele cu metoda de tratare prin pasivare pot îndeplini cerințele de utilizare. Sun Guocai și alte analize ale supapei în procesul de pasivare prin decapare, din cauza curățării incomplete și a coroziunii cauzelor bolțului supapei, decalajul de conectare a bolțului supapei în pasta de pasivare reziduală și acidul este principala influență a factorilor de coroziune.

1.4 Întărirea prin tratament termic

Tratamentul termic este procesul de încălzire, menținere și răcire a metalelor și aliajelor solide în conformitate cu cerințe prestabilite pentru a le modifica organizarea internă și a obține proprietățile relevante. Printre acestea, scopul călirii este de a face austenita subrăcită pentru transformarea martensitei sau bainitei în organizarea martensitei sau bainitei, iar apoi, cu diferite temperaturi ale procesului de revenire, de a îmbunătăți semnificativ rigiditatea, duritatea, rezistența la uzură, rezistența la oboseală și tenacitatea oțelului pentru a satisface cerințele diferitelor piese și unelte mecanice. Procesul de călire la suprafață este utilizat pe scară largă în cazul pieselor din oțel călit cu conținut mediu de carbon și din fontă ductilă, deoarece oțelul călit cu conținut mediu de carbon, după pretratare și apoi călire la suprafață, nu numai că poate face ca piesa să aibă proprietăți mecanice generale mai bune, dar și ca suprafața piesei să aibă o duritate și o rezistență la uzură mai bune etc. De exemplu, bobina din supapă este adesea tratată termic pentru a consolida duritatea suprafeței sale și rezistența la uzură; consolidarea prin tratament termic cu o operațiune simplă, costuri reduse și eficiență ridicată; cu toate acestea, după consolidarea prin tratament termic, piesa însăși va fi deformată și fisurată și alte probleme, fiind necesară testarea nedistructivă a suprafeței piesei după consolidarea prin tratament termic pentru a se asigura că piesa are o bună integritate.

1.5 Suprafața de acoperire

Sudarea prin suprapunere de suprafață este un proces de tratare a suprafețelor foarte eficient, care a fost utilizat pe scară largă în procesul de fabricare și reparare a pieselor în diverse industrii. Fu Huiming et al. au introdus procesul de suprapunere și principiile de selecție a materialelor de suprapunere a suprafețelor de etanșare a supapelor, au comparat standardele relevante de selecție a suprafețelor de etanșare a supapelor din țară și din străinătate, iar performanța unor materiale de suprapunere a supapelor a lansat o analiză a studiului. Liu Ying a comparat diferitele standarde de evaluare a procesului de suprapunere a supapelor și a constatat diferitele puncte de evaluare a procesului de suprapunere a supapelor în ceea ce privește cerințele de testare, criteriile de acceptare și acoperirea. Hu Gaolin et al. au utilizat sudarea automată prin suprapunere a aliajelor pe bază de Co prin sudare cu electrod de topire cu gaz protejat pe supape. Aceștia au analizat compoziția chimică, microstructura și calitatea suprafeței probelor de suprapunere automată a etanșării dure a supapelor. El Fen a studiat procesul de sudare prin suprapunere automată a suprafeței de etanșare a supapei turbinei nucleare. În echipamentul specificat de sudare automată prin suprapunere, selectați 16Mn în loc de G20Mo5 și selectați parametrii corespunzători ai procesului de sudare, astfel încât calitatea finală a sudării să poată îndeplini cerințele standardelor relevante.

1.6 Carburizare

Carburarea este procesul de utilizare a unei metode pentru a face ca atomii de carbon să se infiltreze în stratul de suprafață al metalului; după carburare, stratul de suprafață al metalului are un conținut ridicat de carbon, iar apoi este călit și temperat la temperaturi scăzute, astfel încât stratul de suprafață al piesei de prelucrat să aibă o bună rezistență la uzură și o duritate ridicată. În schimb, partea interioară a piesei de prelucrat păstrează încă duritatea și plasticitatea oțelului cu conținut scăzut de carbon. Yanyan Zhang et al. au studiat bobina din oțel inoxidabil tratată cu un proces de călire de suprafață prin carburare cu ioni activi de ecranare și au analizat duritatea, rezistența la coroziune și grosimea stratului de carburare a bobinei și au constatat că procesul de tratare nu a afectat rezistența la coroziune a suprafeței bobinei și a îmbunătățit în mod eficient rezistența suprafeței bobinei. Liu Wei a studiat aplicarea unui proces de carburare cu ioni la temperaturi joase, utilizarea unui proces de carburare cu ioni la temperaturi joase pentru piesele de supapă din oțel inoxidabil austenitic pentru tratamentul de întărire a suprafeței și a constatat că se obține un bun efect de întărire prin carburare.

1.7 Nitrurare

Nitrurarea este un proces chimic de tratament termic la o temperatură de aproximativ 400-600 de grade. ℃în mediu, astfel încât atomii de azot să pătrundă în stratul de suprafață al piesei de prelucrat. Xia Shengjian et al. a utilizat procesul de nitrurare cu plasmă incandescentă la temperatură scăzută a piesei de prelucrat din oțel inoxidabil austenitic pentru supape a fost studiat, a comparat rugozitatea suprafeței, toleranța poziției și duritatea piesei înainte și după nitrurare, dar și după testul de pulverizare cu sare de nitrurare, rezultatele arată că: finisajul suprafeței și toleranța de poziție a piesei după nitrurarea cu plasmă incandescentă la temperatură joasă a scăzut ușor, duritatea a crescut semnificativ, suprafața piesei după testul de pulverizare salină nu prezintă fenomene de coroziune Rezultatele au arătat că finisajul suprafeței și toleranța de poziție a piesei de supapă a fost ușor redusă, duritatea a fost îmbunătățită semnificativ, iar suprafața piesei a fost lipsită de coroziune după testul de pulverizare salină. Zhang Min et al. au utilizat laserul cu impulsuri Nd: YAG pentru a nitrura supapele din aliaj TC4 în diferite proporții ale amestecului de gaze argon și azot și au studiat efectul concentrației de azot asupra rezistenței la coroziune și a durității țesutului stratului de nitrură.

2. Noi tehnici de tratare a suprafețelor

2.1 Pulverizarea cu plasmă

Pulverizarea cu plasmă se referă la utilizarea plasmei sau a jetului de plasmă pentru a încălzi unele materiale din aliaj metalic sau materiale ceramice pentru a le topi sau a le topi parțial și apoi pentru a le proiecta la viteză mare pe suprafața piesei de prelucrat pentru a forma un strat de acoperire atașat la suprafața piesei de prelucrat. Tehnologia de pulverizare cu plasmă prezintă avantajele unui cost redus, ale unei eficiențe de producție ridicate, ale unei calități ridicate a acoperirii și ale unei game largi de materiale de acoperire. Xu Weipu et al. au prezentat principalele tehnologii de pulverizare termică, cum ar fi pulverizarea cu plasmă, pulverizarea cu flacără și pulverizarea cu arc electric, au explicat caracteristicile celor trei acoperiri prin pulverizare termică și aplicațiile lor în industria de supape și au comparat principiile și procesele celor trei tehnologii de pulverizare termică. Gao Mingyu etc., a prezentat progresul și stadiul de cercetare al tehnologiei de pulverizare cu plasmă pentru materialele din cupru și aliaje de cupru și a comparat și analizat avantajele și dezavantajele mai multor tehnologii de tratare a suprafețelor. Echipamentul de pulverizare cu plasmă, procesul și parametrii sunt studiați pentru ca stratul de acoperire să aibă o rezistență ridicată la lipirea cu substratul.

2.2 Acoperirea cu plasmă

Placarea cu plasmă este un proces care utilizează un arc de plasmă cu transfer de argon ca sursă de căldură pentru a topi pulberea de aliaj și suprafața piesei de prelucrat împreună pentru a forma un bazin topit, formând astfel un strat de aliaj topit pe suprafața piesei de prelucrat. Placarea cu plasmă este, de asemenea, utilizată în mod obișnuit pentru recondiționarea pieselor cu structuri complexe și cerințe ridicate privind suprafața. Shi Yun et al. prezintă evoluțiile actuale ale cercetării în domeniul tehnologiei de placare cu plasmă în ceea ce privește influența procesului de placare cu plasmă asupra calității stratului de placare, acoperirea cu aliaj de placare cu plasmă, acoperirea compozită pe bază de metal îmbunătățită cu particule de placare cu plasmă, metodele de control al calității stratului de placare cu plasmă și aplicațiile tehnologiei de placare cu plasmă.

2.3 Călirea suprafețelor cu laser

Laser surface treatment technology is to apply a high energy density laser beam to the surface of the workpiece, causing the surface of the workpiece to dissolve and change the microstructure of the material, forming a reinforced layer on the surface of the workpiece, thus improving the corrosion resistance, heat resistance, wear resistance, thermal fatigue resistance, and oxidation resistance of the workpiece. The laser surface hardening process can reduce the workpiece scrap rate, improve the workpiece’s service life, and the workpiece’s surface hardness is higher than that of the workpiece after conventional flame quenching. Liangliang Huang et al. introduced the research status of laser surface hardening and numerical simulation and the development and application at home and abroad, and also analyzed the strengthening mechanism and characteristics of laser surface hardening technology and pointed out the problems of laser surface hardening numerical simulation at the present stage. Wang Chao et al. hardened the surface of Cr12MoV steel with a high-power semiconductor laser. They studied the effects of process parameters such as heating temperature, scanning speed, and lap rate on the surface hardness of Cr12MoV steel and the depth of the hardened layer.

2.4 Fuziunea suprafețelor cu laser

Placarea suprafeței cu laser este un proces în care se adaugă material extern la bazinul topit format prin iradiere cu laser pe suprafața substratului. Cele două sunt solidificate rapid împreună pentru a forma un strat de placare. Procesul de placare cu laser are următoarele caracteristici:

• (1) Aderență ridicată între metalul topit și baza piesei de prelucrat;
• (2) Calitatea înaltă a stratului de placare dens și fin;
• (3) Grosimea controlabilă a stratului de placare;
• (4) Zona de încălzire mică și impactul redus asupra piesei de prelucrat în sine. Lin Jixing și colab. au utilizat CO₂ cu laser pentru a placa cu laser un strat de acoperire din aliaj pe bază de Co pe suprafața materialului de supapă din oțel inoxidabil 316. Aceștia s-au concentrat asupra efectului puterii laserului asupra microstructurii, rezistenței la coroziune și ratei de diluare a stratului de acoperire. Shi Shihong, etc., în suprafața de etanșare a supapei petrochimice de topire a matricei austenitice a aliajului de autofuziune pe bază de Ni, topirea cu laser a suprafeței de etanșare a supapei petrochimice poate obține o grosime a stratului de aliaj de 3,0 mm.

3. Perspectiva tehnologiei de tratare a suprafeței de refabricare a supapei

În prezent, dezvoltarea rapidă a industriei de producție cu emisii reduse de carbon, cercetarea și dezvoltarea tehnologiei de tratare a suprafețelor de recondiționare a supapei pentru realizarea unei utilizări sigure pe termen lung a supapei și a producției de recondiționare a supapei sunt de mare importanță datorită tehnologiei tradiționale de tratare a suprafețelor, eficienței scăzute, consumului ridicat de energie, poluării mediului etc., vor fi înlocuite treptat cu o nouă tehnologie de tratare a suprafețelor. Dezvoltarea continuă a fabricației ecologice, a tehnologiei de tratare a suprafețelor cu plasmă, a tehnologiei de tratare a suprafețelor cu laser, a tehnologiei de refabricare a produselor mecanice și a tehnologiei de imprimare 3D și a altor metode de fabricație ecologică va deschide o perspectivă largă de dezvoltare.
Utilizarea tehnologiei de tratare a suprafețelor cu plasmă este ieftină, simplu de utilizat și poate obține o acoperire de suprafață cu performanțe excelente. Tehnologia de tratare a suprafețelor cu plasmă în industria de recondiționare a supapelor are un spațiu larg pentru dezvoltare, cercetare și explorare a mai multor posibilități de aplicare. Tehnologia de tratare a suprafețelor cu plasmă este menită să devină o direcție populară.
Tratamentul de suprafață cu laser în domeniul cercetării și dezvoltării tehnologiei de recondiționare a supapei s-a concentrat pe tehnologia de prelucrare și reparare a suprafeței cu laser, pe tehnologia procesului de formare rapidă cu laser, pe acoperirea funcțională cu laser și pe proprietățile materialelor, precum și pe alte direcții; aceste studii pot oferi suportul material și de proces necesar pentru consolidarea cu laser a suprafeței componentelor cheie ale supapei, recondiționarea, formarea rapidă cu laser, etc. Pe măsură ce teoria de bază a cercetării privind tratamentul de suprafață cu laser continuă să se aprofundeze, cercetările viitoare privind mecanismul tehnologiei de tratare a suprafețelor cu laser, tehnologia de tratare cu laser tehnologia de tratare termică, tehnologia de inginerie a nano-suprafețelor și alte cercetări continuă să inoveze, tehnologia de tratare a suprafețelor cu laser va juca un rol mai important în industria de recondiționare a supapelor.
Autor: Han Shoupeng