Como a vida útil das válvulas de alta pressão pode ser prolongada?

As principais causas de falha em válvulas de ultra-alta pressão são cavitação e desgaste por erosão; entretanto, existem inúmeros fatores que influenciam a cavitação e a erosão, sendo os principais as propriedades mecânicas dos materiais, a dinâmica dos fluidos e as influências ambientais. Existem muitos métodos que podem ser empregados para melhorar a resistência de uma válvula à cavitação e ao desgaste por erosão.

EU. Seleção de materiais

Para melhorar a resistência à erosão das válvulas de ultra-alta pressão, normalmente são selecionados materiais resistentes à corrosão:

1. Materiais com alta dureza
2. Materiais com película protetora resistente à corrosão ácida
3. Materiais com alto limite de escoamento e boa estabilidade
4. Materiais com alta resistência à fadiga
Para melhorar as diversas propriedades dos materiais, duas abordagens são empregadas: liga e tratamento térmico adequado. A liga envolve a alteração da composição química do aço para desenvolver novos materiais com propriedades específicas. O tratamento térmico, por outro lado, não altera a composição química do aço; em vez disso, envolve submeter o aço a diferentes processos de aquecimento, retenção e resfriamento enquanto está no estado sólido para modificar sua microestrutura e melhorar suas propriedades.

EU. Tratamento térmico e endurecimento de superfície 1. Tratamento térmico a vácuo

Este processo evita oxidação, descarbonetação e outras formas de corrosão durante o aquecimento, ao mesmo tempo que serve para limpar a superfície removendo óleo e graxa. No vácuo, gases como hidrogênio, nitrogênio e oxigênio absorvidos pelo material durante a fundição podem ser expelidos, melhorando assim a qualidade e o desempenho do material. Por exemplo, submeter uma válvula de agulha de ultra-alta pressão feita de W18Cr4V a um tratamento térmico a vácuo aumenta efetivamente a tenacidade ao impacto da válvula, ao mesmo tempo em que melhora suas propriedades mecânicas e vida útil.
2. Tratamentos de endurecimento de superfície
Isso inclui endurecimento de superfície (endurecimento por chama, endurecimento por indução de média e alta frequência, endurecimento por aquecimento elétrico de contato, endurecimento eletrolítico, endurecimento por laser e feixe de elétrons, etc.), cementação, nitretação, cianetação, boronização, difusão de metal (método TD), endurecimento a laser, deposição química de vapor (CVD), deposição física de vapor (PVD), deposição química de vapor por plasma (PCVD), pulverização de plasma, etc.

III. Adoção de Novos Materiais de Engenharia
Ao selecionar materiais para os componentes de fluxo de válvulas de ultra-alta pressão, deve-se levar em consideração o fato de que a velocidade do fluxo (pressão máxima de operação) varia, assim como a perda de peso. 
Em pressões mais altas (acima de 400 MPa), materiais com alta dureza e boa dureza vermelha, como aço para ferramentas ou carboneto cimentado, devem ser selecionados.
Em pressões mais baixas (100–400 MPa), os materiais precisam possuir boa plasticidade e tenacidade, bem como alta dureza. Por exemplo, as válvulas de agulha de ultra-alta pressão da HIP Corporation utilizam aço inoxidável austenítico 316 para pressões operacionais de 690 MPa e aço inoxidável martensítico endurecedor por precipitação 17-4PH para pressões operacionais de 1034 MPa. Internacionalmente, os materiais para componentes submetidos à cavitação —como discos e sedes de válvulas— são predominantemente aço inoxidável martensítico e aço para ferramentas, enquanto os corpos das sedes de válvulas são normalmente feitos de aço cromo-alumínio ou aço inoxidável.
Com o desenvolvimento bem-sucedido da tecnologia cerâmica industrial, também surgiram válvulas cerâmicas. Os materiais cerâmicos apresentam alta resistência à erosão em ângulos de impacto baixos; no entanto, à medida que a conicidade da agulha da válvula diminui, também diminui sua resistência final, e a força de reação entre a agulha da válvula e o assento é reduzida, afetando assim a confiabilidade da vedação. Portanto, ao selecionar materiais cerâmicos para agulhas de válvula, deve-se levar em consideração não apenas o tamanho do cone, mas também a resistência do material.