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蘇州昱創(chuàng)流體機(jī)械密封波形彈簧材質(zhì)的選擇
更新更新時(shí)間：2025-02-07
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二、波形彈簧
機(jī)械密封用波形彈簧，通常用薄鋼帶制造，其結(jié)構(gòu)有單波、多波點(diǎn)焊式、連續(xù)纏繞式等。波形彈簧用材料有SUS302（1Cr18Ni9）、SUS304（0Cr18Ni9）、SUS316（0Cr17Ni12MoR）、SUS613J（0Cr18Ni7Al）、SUS632（0Cr15Ni7Mo2Al）等。
三、金屬波紋管
金屬波紋管有焊接波紋管和壓力成形波紋管。在上面介紹的不銹鋼彈簧材料大都可以用于金屬波紋管。但在高溫下使用的金屬波紋管一般采用AM350。AM350屬于沉淀硬化型不銹鋼。所謂沉淀硬化是指在一定的條件下，由過(guò)飽和固溶體中析出另一相而導(dǎo)致的硬化作用。沉淀硬化型不銹鋼是一種超高強(qiáng)度的高合金鋼，通常含鉻量大于12%，合金元素總含量約22%～25%，經(jīng)過(guò)高溫固溶處理后冷卻到室溫時(shí)保持奧氏體組織，適于加工成型，然后進(jìn)行中間處理和冷處理（-73℃）能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，再經(jīng)時(shí)效處理析出彌散分布的碳化物和基他金屬間化合物，從而達(dá)到較高強(qiáng)度和硬化的目的。一般習(xí)慣上稱為沉淀硬化。
AM-350是典型的沉淀硬化型不銹鋼，其化學(xué)成分見(jiàn)表6-38，機(jī)械性能和持久強(qiáng)度見(jiàn)表6-39、6-40。
表6-38 AM-350的化學(xué)成分 %
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Fe |
| 0.10 | 0.40 | 1.00 | 16.5 | 4.25 | 2.75 | 余量 |
表6-39 AM-350的機(jī)械性能
| σ0.2/MPa | σh/MPa | δ 50.8mm/% | HRC |
| 1027 | 1420 | 12 | 46 |
熱處理狀態(tài)：重新固溶+（－73℃）冷凍+850℃時(shí)效1～2h。
AM-350在工藝性能方面表現(xiàn)出良好，它在固溶后既有奧氏體鋼的優(yōu)點(diǎn)（易于冷加工成形），隨后經(jīng)過(guò)強(qiáng)化處理又具有馬氏體鋼的特色（強(qiáng)度硬度高），并且熱處理溫度不高，沒(méi)有變形的氧化的缺點(diǎn)，所以是一種制作焊接波紋管的良好材料。
表6-40 AM-350的持久性 MPa
| 427℃ | 482℃ | ||
| 100h | 1000h | 100h | 1000h |
| 910 | 890 | 720 | 690 |
我國(guó)的沉淀硬化不銹鋼有0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al、0Cr17Ni4Cu4Nb等，是AM-350很好的代用材料。
高溫有腐蝕工況下工作的波紋管可用高鎳制造，例如蒙乃爾（Monel）、哈氏合金和因科鎳爾（Inconel）等。其中因科鎳爾718是常用的一個(gè)牌號(hào)，它耐高溫，耐腐蝕而且彈性好，是機(jī)械密封中金屬波紋管常用的材料，其正?；瘜W(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表6-41、6-42。
表6-41 Inconel 718板材的機(jī)械性能
| 21℃ | 538℃ | 649℃ | 732℃ | 760℃ | ||
| 持久強(qiáng)度/ （kgf/mm2） | 100h 1000h | — | 71.7 60.5 | 30 7 | — | — |
| 拉伸強(qiáng)度/（kgf/mm2） 屈服強(qiáng)度（0.2%）/（kgf/mm2） 伸長(zhǎng)率% | 130 107.6 22 | 116.7 96.3 26 | 105.5 88.6 15 | — — — | 69 64 8 | |
注：拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)材料的狀態(tài)為，927℃1小時(shí)，空冷+718℃8小時(shí)，爐冷+620℃18小時(shí)，空冷。
表6-42 Inconel718的化學(xué)成分
| C | Si | Mn | Cr | Mo | Nb | Ti | Al | Fe | Ni |
| 0.04 | 0.30 | 0.20 | 18.6 | 3.1 | 5.0 | 0.9 | 0.4 | 18.5 | 余量 |
表6-43 GH169的化學(xué)成分
| C | Si | Mn | S | P | Cr | Mo | |||||
| ≤0.10 | ≤00.75 | ≤00.5 | ≤00.015 | ≤00.015 | 17～21 | 2.8～3.3 | |||||
| Nb | Al | Ti | B | Fe | Ni | ||||||
| 4.5～5.75 | 0.2～0.8 | 0.3～1.3 | 0.006 | 17～21 | 余量 | ||||||
Inconel718與AM-350相比，前者屬于鎳基高溫合金，后者是高溫高強(qiáng)度沉淀硬化型不銹鋼。
機(jī)械密封其他零件包括彈簧座、動(dòng)環(huán)座、傳動(dòng)零件及固定環(huán)等。除應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度要求外，還要求耐腐蝕。即使在無(wú)腐蝕性的介質(zhì)中，通常也不用碳素鋼，一般情況下用2Cr13、在腐蝕性介質(zhì)中，需要分別選用1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2T、00Cr17Ni14Mo2、Monel等。有關(guān)耐蝕合金材料的選用，可參考表6-44。
表6-44 耐腐蝕含金材料選用表
| 序號(hào) | 牌號(hào) | 代號(hào) | 主要用途 |
| 1 2 3 4 | STSi15 Cr28 NiCr2O2 NiCr3O3 | 高硅鑄鐵 高鉻鑄鐵 鎳鑄鐵 鎳鎘鐵 | 全濃度硝酸硫酸及較強(qiáng)腐蝕液 濃硝酸、高溫等 燒堿等 燒堿等 |
| 5 | PbSb10-12 | 硬鉛 | 全濃度硫酸 |
| 6 7 8 9 | 1Cr13 0Cr13Ni7Si4 0Cr26Ni5MO2 0Cr26Ni5Mo2Cu3 | 1Cr13 05
CD-4MCu | 大氣、石油及食品 濃硝、硫酸等 稀硫酸、磷酸、抗磨等 稀硫酸、磷酸等 |
| 10 | 1Cr18Ni9 | 304 | 稀硝酸、有機(jī)酸等 |
| 11 12 13
14 15 16 17 18 | 00Cr18Ni10 1Cr18Ni12Mo2Ti 00Cr18Ni12Mo2
0Cr13Ni25Mo3Cu3Nb 1Cr24Ni20Mo2Cu3 cCr20Ni25Mo5Cu2 0Crni30Mo2Cu3 0Cr28Ni30Mo4Cu2 | 304L 316 316L
941 K合金 904.2RK65 20“合金CN-7M 28* | 稀硝酸、有機(jī)酸等抗晶間磨蝕 稀硫酸、磷酸、有機(jī)酸等 稀硫酸、磷酸、有機(jī)酸等，抗晶間磨蝕 稀硫酸等、MO2Ti不抗蝕的場(chǎng)合 稀硫酸等 稀硫酸等 稀硫酸等 磷酸等
|
| 19 20 | θCr20Ni42Mo3Cu2 0Cr30Ni42Mo3Cu2 | 825 804 | 904仍不抗蝕的場(chǎng)合 燒堿蒸及904仍不抗蝕的場(chǎng)合 |
| 21 22 | 00Ni65Cu28 00Ni65Mo28 | Monel 哈氏B | 氫氟酸、硅氟酸等 全濃度鹽酸等 |
| 23 | TA2TA3TA4 | 鑄鈦ZT | 純堿、海水等 |
除要求用高級(jí)耐蝕合金材料外，還可采用表面處理技術(shù)，以提高金屬表面層的耐蝕性，這樣密封結(jié)構(gòu)件的使用壽命就可大大延長(zhǎng)。
