油井开采到中后期，原油的含砂量急骤上升，含砂原油以高速高压冲刷硬质合金阀球表面会造成阀球磨损。根据自由磨粒水动力学磨损机制，具有一定动能的坚硬砂粒冲击硬质合金阀球的过流表面，可能引起两种形式磨损。其一为弹-塑性变形而发生的材料微体积磨损。在此过程中，粒的动能转变为硬质合金阀球的弹一塑性变形，可引起接触点处的塑性变形，形成冲击凹坑，挤出材料堆积在坑的边缘，并在后续砂粒的不断冲击下，受挤压和移动或剪切，最终脱落。此外，塑性变形的冷作硬化表面具有较高的硬度和脆性，易于产生脆断或疲劳开裂，导致材料的剥落。另一种形式为砂粒尖角与硬质合金阀球接触后横向移动，切出一定数量的微体积材料，无数砂粒长期的微切削作用，造成明显的硬质合金阀球体积磨损。

因此，油井开采应选择高硬度，高耐磨性，抗冲击，抗冲蚀疲劳的硬质合金阀球。




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阀球、阀座的作用是单向地控制油流的流动，其工作介质为气、水、油、砂、蜡、胶质沥青等多种成份，是一种随机变化的、非均匀的三相介质，工作条件十分恶劣。硬质合金阀球作为球阀的重要组成部分，具有如下性能：

1.抗腐蚀。阀门密封面腐蚀是指密封面在介质长期作用下发生氧化还原反应产生麻点、穿孔等的一种破坏形式，如果阀球被腐蚀，就不能保证密封性。而硬质合金阀球具有优越的抗腐蚀性能，且化学性质稳定，具有较长的使用寿命。

2.抗擦伤。阀球球面擦伤是指阀球在相对阀座运动过程中，密封面因摩擦而引起损伤的一种破坏形式，这种擦伤必然引起密封面的泄漏，因此，阀球必须具有良好的抗擦伤性能。硬质合金阀球具有高耐磨性、高硬度，在相对运动过程中，硬质合金阀球不易磨损，从而具有较好的密封性能。

3.抗冲蚀和气蚀。阀球表面冲蚀是指阀门密封面不断受介质的冲击而损坏的一种破坏形式，含固体磨粒的流体介质以及高压差高流速流体介质对阀球的冲蚀尤其严重。阀球面气蚀是指流动液体中气泡破裂形成的振动波造成阀门密封面损坏的一种破坏形式。冲蚀和气蚀严重破坏阀球密封面的密封性，因此，阀门密封面必须具有抗冲蚀和气蚀的性能。而硬质合金阀球恰恰能满足这些要求。

4.较高的硬度。流体介质中往往有一些固体异物，阀球应有一定硬度，以避免启闭件关闭时被划伤或垫伤。硬质合金阀球硬度高达HRA87以上，是钢球洛式硬度的两倍以上，具有较高的优越性。




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在理想情况下，硬质合金阀球与阀座在闭合时应形成线接触带，但在闭合时的冲击、井下压力、高速油流作用下，阀球与阀座的接触部位会产生一定弹性变形，由线接触变成面接触，成为一条接触环带。弹性力学空间体受力分析理论指出：在上述接触环带上将产生压应力、剪应力及拉应力。由于硬质合金阀球每次与阀座接触后又悬浮在油流中且可任意转动，每次与阀座接触的部位都可能改变，因而球表面各点的受力状态就是随机变化的。在这种复杂交变应力状态下，以表面蚀坑为应力集中源开始萌生疲劳裂纹。值得注意的是，硬质合金阀球与座相互接触的频率是每分钟10~15次，这恰是最有利于腐蚀疲劳裂纹扩展的频率。当这些裂纹穿过晶粒而扩展时，腐蚀介质渗入裂纹前沿，由于交变应力破坏保护膜的形成，使新暴露出来的表面不断受到腐蚀。

这样，硬质合金阀球在腐蚀与疲劳的交互作用下破坏。针对这种不利工作条件，应该提高硬质合金阀球的抗压抗拉和抗腐蚀疲劳性能。




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球阀是一种以球体作为关闭件，可借助手柄或其它驱动装置驱动球体旋转90°，使硬质合金阀球球体通孔阀体通道中心线重合或垂直，实现全开或全关动作的阀门，常用的球阀从结构上可分为浮动球球阀与固定球球阀。浮动球球阀主要由阀体、球体、阀座、阀杆、手柄(或其它驱动装置)组成。硬质合金浮动球球阀球体无支撑轴支撑，仅依靠两个阀座予以支撑，同时阀杆与硬质合金阀球活动连接，所以硬质合金阀球呈“浮动”状态。借助于手柄(或其它驱动装置)驱动阀杆，球体可以自由地在两阀座之间旋转。当硬质合金阀球通孔与阀体通道孔对准时，球阀呈开启状态，流体流通；当球体转动90°，球体通孔与阀体通道孔相垂直时球阀呈关闭状态，此时，硬质合金阀球在流体压力的作用下被推向阀门出口侧阀座，阀门密封。

球体擦伤是指阀门启闭件在相对阀座运动过程中，球体因摩擦而引起损伤的一种破坏形式，这种擦伤必然引起密封面的泄漏，因此，阀球球体必须具有良好的耐腐蚀性能。而硬质合金具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性，使其成为阀球的首选材料。




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