Профиль из алюминиевой бронзы qal10-4-4 для клапанов высокого давления производитель

Когда слышишь про QAl10-4-4 для высоконапорной арматуры, многие сразу думают о стандартных прутках — но на деле профиль требует совсем другого подхода к кристаллизации. Мы в ООО Цзянси Эньхуэй Медь через три провальных опытных плавки поняли: если не выдерживать скорость охлаждения в зоне 4-6°C/мин, в структуре появляются хрупкие интерметаллиды, которые потом в клапанах дают трещины под 300 атмосфер.

Почему QAl10-4-4 а не латунь

В 2021 году пробовали заменять на CuZn40Al — дешевле же. Но при циклических нагрузках в запорной арматуре на горячем паре латунь начала проявлять усталостные трещины уже через 800 циклов. Разобрали отказавший клапан с заказчиком — видно, как межкристаллитная коррозия пошла по границам зерен.

Вернулись к алюминиевой бронзе, но не к стандартному составу. Добавили легирование никелем до 4.5% — это дало прирост прочности на срез именно в зоне контакта штока с седлом. Кстати, сейчас на enhui.ru в разделе сплавов есть таблица с сравнением механических свойств — там видно, как наш вариант по пластичности превосходит типовой QAl9-4.

Еще нюанс: многие не учитывают ориентацию волокна при штамповке профиля. Мы сначала резали заготовки как попало — потом на испытаниях получили разброс предела текучести в 15%. Теперь строго контролируем направление деформации относительно оси клапана.

Технология контролируемой кристаллизации

Плавку ведем в индукционных печах с азотным барьером — кислород не должен превышать 0.003%. Как-то раз партия пошла с повышенным содержанием кислорода — при термообработке появились оксидные пленки вдоль границ зерен. Пришлось всю партию пустить на неответственные детали.

Скорость литья на вертикальных машинах держим 120-140 мм/мин. Медленнее — крупный зерно, быстрее — ликвация алюминия по центру. Проверяем ультразвуком каждую третью заготовку, особенно зону перехода от толстого сечения к тонкому.

Термообработка — отдельная история. После закалки при 850°C обязательно двойное старение: сначала 450°C 2 часа, потом 350°C 5 часов. Это дает равномерное выделение κ-фазы по всей матрице. Без второго старения фаза собирается в грубые скопления у границ.

Проблемы с обработкой резанием

Из-за алюминия в составе стружка прилипает к резцу — приходится использовать спецпокрытия на инструменте. Нашли поставщика, который делает пластины с многослойным AlCrN покрытием. Но и это не панацея — при прерывистом резании (например, при фрезеровке пазов под уплотнения) все равно происходит выкрашивание кромки.

Охлаждение обязательно эмульсией с высоким содержанием полярных присадок. Воду не используем — вызывает коррозию именно алюминиевой составляющей. Как-то пробовали сухое резание — получили наклеп поверхностного слоя до 0.3 мм, который потом приводил к неравномерному износу в работе.

Сейчас отработали режим: скорость резания 120-150 м/мин, подача 0.12 мм/об — стружка получается мелкой сыплющейся, не наматывается на инструмент.

Контроль качества под высокое давление

Каждый профиль проверяем на ультразвуковом дефектоскопе с фазированной решеткой — ищем включения оксидов и поры. Но главное — рентгеноструктурный анализ на остаточные напряжения. После механической обработки бывают напряжения до 200 МПа — их обязательно снимать отжигом.

Испытания под давлением проводим на стенде с гидравлическим маслом INEOS — вода дает кавитацию, которая искажает результаты. Подаем 1.5 от рабочего давления (450 атмосфер для 300 рабочих) и держим 15 минут. За это время смотрим не только на герметичность, но и на деформацию уплотнительных поверхностей.

Раз в квартал отправляем образцы в независимую лабораторию — проверяем сопротивление коррозии под напряжением в сероводородной среде. Наш профиль из алюминиевой бронзы показывает стойкость не менее 150 часов без трещин — это выше требований ГОСТ .

Практика применения у заказчиков

Для компрессорных станций 'Газпрома' делали партию профилей под обратные клапаны — работают при 280 атмосферах и 120°C. Через год эксплуатации замеры показали износ уплотнительных кромок всего 0.02 мм — это отличный результат.

Был случай на химическом заводе — клапаны стояли в линии с хлорсодержащей средой. Обычная бронза начала корродировать через полгода, наш QAl10-4-4 выдержал 3 года до плановой замены. Секрет в том, что пленка из оксида алюминия защищает основной металл.

Сейчас разрабатываем модификацию с добавкой 0.8% марганца — для работы в условиях кавитации. Предварительные испытания показывают увеличение стойкости к эрозии в 1.7 раза. Но пока не можем стабильно получать однородное распределение марганца по сечению — есть проблемы с ликвацией.

Перспективы развития материала

Смотрим в сторону порошковой металлургии — это позволит получить более однородную структуру. Но пока стоимость такого производства в 2.3 раза выше традиционного литья. Возможно, для особо ответственных применений будем делать ограниченные партии.

Еще изучаем влияние редкоземельных элементов — церия и лантана. Лабораторные испытания показывают, что добавка 0.03% церия увеличивает предел выносливости на 12%. Но с технологией внесения пока проблемы — они выгорают при плавке.

Основное направление — оптимизация стоимости без потери свойств. Частично заменяем никель на железо в соотношении 3:1 — механические характеристики падают незначительно, а цена снижается на 18%. Это уже пробуем в партиях для менее ответственной арматуры.