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气蚀工况下阀内件材料选择及降低气蚀磨损的措施

让需要安全阀校验、检测、检验的地方都有安全阀检测机构 [在线微信交谈] 时间：2024-07-24
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气蚀工况下阀内件材料选择及降低气蚀磨损的措施

在气蚀工况下，阀内件材料需具备高硬度、高耐磨性，常见材料包括不锈钢（如316L）、碳化钨、陶瓷等。降低气蚀磨损的措施主要包括优化结构设计（如采用多级节流阀瓣、流线型通道）、改善流体条件（如维持下游压力稳定、减少涡流）、表面防护处理（如覆盖陶瓷涂层）等，同时需将安全阀校验纳入周期性维护流程，通过定期检测弹簧预紧力、密封面完整性及起跳压力等关键参数，验证阀门在极端工况下的响应精度和可靠性，从而形成从材料选择、结构优化到性能验证的完整气蚀防控体系。

一、气蚀工况下的材料选择

1、核心选材原则

高硬度与韧性平衡

材料需具备高表面硬度（如HRC 50以上）以抵抗冲击磨损，同时需足够韧性避免脆性剥落。硬质合金（如碳化钨）因高硬度和良好韧性成为首选。

耐腐蚀性

气蚀常伴随介质腐蚀，需选择耐蚀材料（如不锈钢基体+硬质涂层）或耐蚀合金（哈氏合金）。

均匀致密结构

避免晶界缺陷（如铸造气孔），优先选用锻造或粉末冶金材料，减少气蚀引发的裂纹扩展。

2、推荐材料及适用场景

硬质合金（碳化钨）

优势：超高硬度（HRA 85-92）、优异抗冲击性，耐磨耐蚀综合性能最佳。

应用：球阀阀座、调节阀阀芯等高应力区域，尤其适用于高压差、强气蚀工况。

钴基合金（司太立Stellite）

特点：通过堆焊于基体（如316SS），硬度HRC 40-55，耐高温氧化和腐蚀。

适用：中低压差工况的阀瓣、阀杆密封面，成本低于硬质合金。

高等级不锈钢与特种合金

双相钢（2205）：耐氯离子腐蚀，用于海水等腐蚀性介质。

奥氏体不锈钢（316L改良型）：添加氮元素提升硬度，适用于弱气蚀工况。

镍基合金（哈氏C-276/Inconel 625）：极端腐蚀环境（如强酸、高温）。

陶瓷材料（氧化锆、碳化硅）

优势：极高硬度和耐化学侵蚀，但脆性大、成本高。

应用：小型阀门密封件或低压差场景，需避免剧烈震动。

3、选材注意事项

避免纯软材料：如铜、铝，抗气蚀性极差。

表面强化技术：对低成本基体（如碳钢）采用喷焊碳化钨、激光熔覆等工艺提升表面性能。

工况匹配：

低压差气蚀：司太立堆焊。

高压差气蚀：整体硬质合金或陶瓷。

腐蚀环境：哈氏合金或镀层保护。

结构设计协同：优化流道设计（如多级降压）可减轻气蚀强度，降低材料要求。

在高速流动的带压液体系统中，当液体通过阀门进行节流时，如果其压力降低至低于该液体在当前温度下的饱和蒸气压，就可能引发气蚀现象。这种情况下，蒸气气泡会在节流件的下游侧迅速形成。随后，随着流体在节流件下游更宽的流动通道中流速减缓，部分压力得以恢复。这一压力恢复的过程导致之前形成的气泡突然破裂，气泡破裂时产生的冲击波对阀门内部组件构成了严重的侵蚀和损坏风险。

目前尚未存在一种材料能够完全抵抗连续且严重的气蚀条件而不发生任何损坏，因为气蚀产生的冲击力往往达到甚至超过了即便是硬化处理过的阀内件或极其坚硬的碳化钨保护层的屈服强度。因此，在气蚀环境下运行的阀门，其内部组件的设计必须着重考虑易于更换的特性。即使是轻微但持续的气蚀作用，最终也会导致常规阀内件的损坏。为了应对这种挑战，采用硬化的阀内件是一种策略，旨在提高其在较强气蚀条件下的耐久性。然而，即便是最坚硬的阀内件，在极端的气蚀条件下，也需要制定计划进行定期更换，以确保系统的稳定运行和防止意外的故障发生。

因此，在气蚀环境下的阀门应用中，选择材料、设计结构以及制定维护计划时，必须综合考虑材料的抗气蚀性能、组件的可更换性以及系统的整体可靠性，从而确保阀门在恶劣工况下的长期稳定运行。

下列的阀内件材料是使用于气蚀场合下，按照耐气蚀能力逐渐增加的顺序来排列。

二、降低阀内件的气蚀磨损,可以采用如下措施

1、选用最硬的阀内件是可行的，但必须考虑防止由于阀门关闭的反复碰撞和热冲击而使阀内件破裂。

2、维持足够的下游侧压力。这是可以作到的,可在阀门的下游侧安装一个阀后压力调节器或者装一个比阀座小的极硬的节流孔板。

3、在流体自上而下流动的高压角形阀中，采用锐边的阀座孔，使排出物远离阀体的内壁。在流体的流束中压碎气泡，比在很快地扩大的阀座孔和阀体内壁压碎危害性要小些。如果不能做到这一点，可以采用逐渐扩大的阀座孔。

4、使用两个阀门串联并在其间分配压降的办法来限定阀门的压力降，在上游侧阀门中的压力降可以大一些

5、使用特殊的阀门，含有多级节流的流路，限定通过每次节流的压力降。

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