阀门用不锈钢螺纹副表面强化研究

论文摘要

阀门广泛应用于运载火箭动力系统，是实现介质通道的启闭、换向、调节等功能的关键元件。在箭体阀门中，螺纹副结构形式被大量应用，其耐磨性能是一项重要指标。而箭体阀门的常用材料奥氏体、马氏体不锈钢硬度低，耐磨性能较差，无法满足长期、多次使用的要求。因此提高奥氏体、马氏体不锈钢螺纹副的耐磨性非常有必要。本文采用等离子体基低能氮离子注入工艺方法，对阀门内使用的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢和2Cr13马氏体不锈钢螺纹副进行表面改性，将等离子体基低能氮离子注入技术应用到箭体阀门螺纹副制造中。在一定滑动速度和载荷下进行的球-盘式干摩擦磨损实验，对2Cr13马氏体不锈钢改性前后的耐磨性能进行对比。实验结果显示，改性试样在稳定磨损阶段的摩擦系数比原始试样有所降低，磨痕宽度变窄，中心深度变浅。试验结果表明改性后耐磨性显著提高。改性后的1Cr18Ni9Ti和2Cr13螺纹副实验结果显示，距离表面深度10μm处，1Cr18Ni9Ti阀门螺纹齿的显微硬度为10-16GPa HV0.25N；2Cr13阀门内螺纹齿的显微硬度为8-12GPa HV0.25N，同原始材料的硬度相比，分别提高了的5-8倍和2.6-4倍。最后，对典型阀门螺纹副进行了干摩擦对比试验、疲劳寿命试验、耐腐蚀试验，试验结果表明，螺纹副的改性层特性与标准试样的结果基本相同，耐磨性能和应力松弛特性都有很好的表现，耐腐蚀性能好于原始状态，完全适应运载火箭任务期间的环境和工况，已经具备了实际应用的条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 螺纹表面强化技术发展状况
• 1.3 等离子体基低能氮离子注入表面改性技术
• 1.3.1 等离子体基低能氮离子注入表面改性技术发展状况
• 1.3.2 实验装置及工作原理
• 1.3.3 等离子体基低能氮离子注入 1Cr18Ni9Ti 的性能
• 1.4 本课题研究内容
• 1.4.1 目的分析和方案选择
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 标准试样改性实验与分析
• 2.1 试样制备及分析方法
• 2.2 工艺参数
• 2.3 显微硬度分析
• 2.4 摩擦系数分析
• 2.5 磨痕表面形貌分析
• 2.6 磨痕表面轮廓分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 螺纹副改性实验与分析
• 3.1 1Cr18Ni9Ti 螺纹改性实验与分析
• 3.1.1 工艺参数
• 3.1.2 金相组织分析
• 3.1.3 氮浓度-深度分布分析
• 3.1.4 显微硬度特性及分析
• 3.1.5 讨论
• 3.2 2Cr13 螺纹改性实验与分析
• 3.2.1 工艺参数
• 3.2.2 金相组织分析
• 3.2.3 氮浓度-深度分布分析
• 3.2.4 显微硬度特性及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 典型阀门结构试验与分析
• 4.1 干摩擦试验
• 4.1.1 试验工件结构
• 4.1.2 试验过程及结果
• 4.2 改性后阀门关闭力矩试验
• 4.2.1 试验工装及原理
• 4.2.2 力矩摸索试验
• 4.3 疲劳寿命试验
• 4.4 应力松弛试验
• 4.5 耐腐蚀性能试验
• 4.5.1 试验目的
• 4.5.2 试验方法和试验条件
• 4.5.3 试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历