Causas del desprendimiento de los recubrimientos de pulverización de llama de las válvulas de bola (Primera parte)

Resumen: Se observó una deformación evidente en la unión entre una válvula de bola y su vástago, lo que provocó una gran deformación y desprendimiento del recubrimiento superficial por pulverización de llama. Se utilizaron observaciones macroscópicas, análisis de la composición química, microscopía electrónica de barrido y análisis del espectro de energía para analizar las causas del desprendimiento del recubrimiento. Los resultados muestran que el vástago de la válvula impulsa... Válvula de bola Para girar mediante bisagras, la válvula de bola realiza movimientos periódicos y de alta frecuencia durante el proceso de rotación. La tensión alterna provoca una deformación por fluencia del cuerpo base de la válvula de bola. Esta deformación provoca la fragmentación del frágil recubrimiento de pulverización de llama y su caída en una gran área.
 
En la industria eléctrica, desempeñan un papel fundamental en el control del flujo, la apertura y el cierre del fluido en las tuberías, permitiendo su flujo y corte. Durante el movimiento del mecanismo, la válvula de bola y su asiento se sellan y giran durante un tiempo prolongado, lo que genera fricción deslizante de alta frecuencia y larga duración entre ambos, lo que produce fenómenos como adelgazamiento, desgaste y deformación, que afectan gravemente la regulación y el control del fluido por parte de la válvula. La modificación superficial del recubrimiento duro en la superficie exterior de la válvula de bola y la superficie interior del asiento es fundamental. La pulverización con llama maximiza la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie mediante la unión mecánica. En una central térmica, la válvula de bola y la bisagra giratoria del vástago de la válvula se deformaron y el recubrimiento se desprendió. El material base de la válvula de bola era acero de baja aleación 12Cr1MoV. El diámetro de la válvula de bola es de 43 mm; el diámetro del orificio circular es de 22 mm y el tamaño de la bisagra rectangular es de 25 mm × 17 mm. El recubrimiento por pulverización de llama está hecho de NiCr-CrsC₂. Se realizan una serie de inspecciones físicas y químicas para analizar las causas del desprendimiento de los recubrimientos y prevenir accidentes similares.
 
1. Inspección física y química
1.1 Observación macroscópica
El vástago de la válvula está conectado a la válvula de bola mediante una bisagra rectangular, lo que impulsa la válvula de bola a girar sobre la almohadilla anular de la válvula. La articulación y la rotación a alta frecuencia y a largo plazo causaron una deformación significativa en los puntos de contacto entre el vástago de la válvula y la válvula de bola. El extremo rectangular del vástago de la válvula se desgastó gravemente y se produjeron graves picaduras de extrusión dentro de la ranura rectangular de la válvula de bola. Al mismo tiempo, el revestimiento duro que cubría la superficie de la válvula de bola en la bisagra se agrietó y se desprendió. La morfología macroscópica de la válvula de bola, el vástago de la válvula y la junta de la válvula con el revestimiento desprendido se muestra en la Figura 1. Se puede ver en la Figura 1 que el revestimiento superficial de la válvula de bola está severamente agrietado, y el área agrietada se concentra principalmente cerca del lado largo de la ranura rectangular. El interior de la ranura y la bisagra del vástago de la válvula están severamente deformados. El revestimiento roto tiene esquinas afiladas y una morfología de agrietamiento frágil. Al mismo tiempo, dado que no hay ningún revestimiento que se rompa debido a la deformación en la ranura rectangular, se puede confirmar que primero se debe realizar la pulverización con llama y luego el mecanizado de la ranura rectangular al procesar la válvula de bola.

 
Figura 1 Aspecto macroscópico de válvulas de bola, vástagos de válvulas y juntas de válvulas con revestimiento descascarado
 
1.2 Análisis de la composición química
Se utilizó un espectrómetro de lectura directa para analizar la composición química de la matriz de la válvula de bola. Los resultados se muestran en la Tabla 1. En la Tabla 1 se puede observar que la composición química de la matriz de la válvula de bola cumple con los requisitos de la norma GB/T 3077-2015 sobre acero estructural aleado.
 
Tabla 1 Resultados del análisis de la composición química de la matriz de la válvula de bola %

 
1.3 Análisis mediante microscopio electrónico de barrido (MEB)
La válvula de bola se observó con un microscopio electrónico de barrido, y los resultados se muestran en la Figura 2. En la articulación entre el vástago de la válvula y la válvula de bola, la rotación de alta frecuencia del vástago de la válvula provoca la formación de picaduras de ángulo agudo. La tensión causada por la rotación causa una evidente distorsión tisular de la matriz y la fragmentación de la capa de óxido superficial; todos los recubrimientos se han desprendido en la zona del punto de tensión donde se aplica la fuerza de rotación y cerca del punto de entrada de la tensión, y se observan franjas divergentes evidentes. El ángulo entre las franjas es de aproximadamente 30°. Esta es una morfología típica donde la tensión se aplica al material base en forma de puntos y se extiende dentro de este. La tensión se ha extendido divergentemente hacia el interior de la matriz en el punto de contacto. La Figura 2c muestra la morfología de la articulación giratoria entre el vástago de la válvula y la válvula de bola. Se forma gradualmente un espacio entre el vástago de la válvula y la válvula de bola debido a la rotación del vástago de la válvula. A medida que el vástago de la válvula gira, se forma gradualmente un espacio entre ambos. El aumento de la holgura y la consiguiente rotación de alta frecuencia provocarán un desplazamiento entre ambos, lo que resultará en una reología metálica evidente y rayado en el borde de la válvula de bola. La Figura 2d muestra la morfología del recubrimiento residual en el borde de la ranura. El recubrimiento residual se pulveriza primero con llama y luego se mecaniza, formando un recubrimiento prismático en el borde que no tiene soporte y se desprende fácilmente; el recubrimiento pulverizado con llama se agrieta a lo largo de la dirección divergente de difusión de la tensión, y el recubrimiento y el sustrato se separan. La expansión de la tensión hace que el recubrimiento experimente un agrietamiento frágil significativo (Figura 2e), y el foco de la línea de extensión inversa de la dirección de propagación de la grieta es el punto de entrada de la tensión; hay una evidente falta de fusión entre el recubrimiento y el sustrato, que es la característica típica de la unión mecánica de la pulverización con llama (Figura 2f).
 
El recubrimiento sufre un pelado corrugado bajo la acción de la tensión de fatiga cíclica, y parte del recubrimiento permanece en la superficie del sustrato (Figura 2g y 2h. Al mismo tiempo, en el área donde el recubrimiento se desprende completamente, se puede observar una fase de fragilización esférica entre capas granulares; la superficie de fractura del recubrimiento roto muestra características de clivaje obvias (Figura 2i). La estructura interna en ángulo agudo es obvia, que es la precipitación de la superficie a alta temperatura y una morfología típica del agrietamiento frágil del recubrimiento. Después de la operación, los carburos esféricos precipitan entre la base de la válvula de bola y el recubrimiento, y los carburos se distribuyen densamente en la superficie del material base. El diámetro máximo de los carburos observados es de aproximadamente 10 um, y el diámetro promedio es de aproximadamente 6,2 um; el espaciamiento promedio de las fases precipitadas es de aproximadamente 18,7 um, que está cerca del espesor del recubrimiento, bloqueando la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato (Figura 2j).
 
 
Figura 2
a) Hoyos en la superficie de las bisagras y puntos de entrada de tensión
c) Reología del metal causada por la fuerza de rotación del borde
b) Estrías de fatiga divergentes
d) Recubrimientos restantes en el borde pelado
e) Agrietamiento divergente
f) Grietas en los bordes
g) Desprendimiento del revestimiento
h) Recubrimientos residuales
h) Recubrimientos residuales
i) Agrietamiento intergranular de recubrimientos
j) Precipitación de carburo entre capas