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钢制阀门的内件材料标准(1)

信息来源:eoovoo.com  时间:2010-11-04  浏览次数:97

  内件主要指阀杆、闸板(阀瓣)与阀座密封副的密封面、上密封座等,在国外常以trim表示内件。
  内件材料的选用原则是根据主体材料的情况、介质特性、结构特点以及零件所起的作用、受力情况综合考虑的。对于常规的通用阀门在标准中已规定了内件材料或规定了几种材料由设计者根据具体情况选用。对于一些有特殊要求的阀门,如高温、高压、介质有腐蚀等工况条件,则需按工况条件选择内件材料。
  启闭件密封面材料
  启闭件即截断或调节介质流通的零件的统称,如闸板(阀瓣)、球体等。启闭件和阀座的密封面是阀门的主要工作面之一,材料选择是否合理以及它的质量状况直接影响阀门的功能和使用寿命。
  启闭件和阀座密封面的工作条件
  由于阀门用途十分广泛,因此阀门密封面的工作条件差异很大。压力可以从真空到超高压,温度可以从-269℃到816℃,有些工作温度可达1200℃,工作介质从非腐蚀介质到各种酸碱等强腐蚀性介质。从密封面的受力情况来看,它受挤压和剪切。从磨擦学的角度来看,有磨粒磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损、冲蚀等等。因此,应该根据不同的工作条件选择相适应的密封面材料。
  (1)磨粒磨损
  磨粒磨损是指粗糙的硬表面在软表面上滑动时出现的磨损。硬材料压入较软的材料表面,在接触表面就会划出一条微小的沟槽,此沟槽所脱落的材料以碎屑或疏松粒子的形式被推离物体的表面。
  (2)腐蚀磨损
  金属表面腐蚀时产生一层氧化物,这层氧化物通常覆盖在受到腐蚀作用的部位上,这样就能减慢对金属的进一步腐蚀。但是,如果发生滑动的话,就会清除掉表面的氧化物,使裸露出来的金属表面受到进一步的腐蚀。
  (3)表面疲劳磨损
  反复循环加载和卸载会使表面或表面下层产生疲劳裂纹,在表面形成碎片和凹坑,最终导致表面的破坏。
  (4)冲蚀
  材料的损环是由锐利的粒子冲撞物体而产生的,它与磨粒磨损相似,但表面很粗糙。
  (5)擦伤
  擦伤是指密封面相对运动的过程中,材料因摩擦引起的破坏。
  对密封面材料的要求
  理想的密封面要耐腐蚀、抗冲蚀、耐擦伤、有足够的挤压强度、在高温下有足够的抗氧化性和抗热疲劳性、密封面与本体有相近的线膨胀系数、有良好的焊接性能与加工性能。
  上述这些对密封面材料的要求只是个理想状态,不可能有这样十全十美的材料。因此,选材要
  视具体情况解决主要矛盾。
  密封面材料的种类
  常用的密封面材料分为两大类:软质材料和硬质材料。
  软质材料
  通用阀门密封面常用的软质材料为各种橡胶、尼龙、氟塑料等,见表1-2-1。
  表1-2-1 通用阀门密封面常用的软质材料
  序号
  名 称
  代 号
  适用温度℃
  适 用 介 质
  1
  天然橡胶
  NR
  -50~80
  盐类、盐酸、金属涂层溶液、水、湿氯气
  2
  氯丁橡胶
  CR
  -40~80
  动物油、植物油、无机润滑油、及PH值变化很大的腐蚀性泥浆
  3
  丁基橡胶
  IIR
  -30~100
  抗腐蚀、抗磨损、耐绝大多数无机酸和酸液
  4
  丁腈橡胶
  NBR
  -30~90
  水、油品、废液等
  5
  乙丙橡胶
  (三元乙丙橡胶)
  EPDM
  (EPM)
  -40~120
  盐水、40%硼水、5%~15%硝酸及氯化钠等
  6
  氯磺化聚乙烯合成橡胶
  CSM
  -20~100
  耐酸性好
  7
  硅橡胶
  SI
  -70~200
  耐高温、低温、电绝缘性好、化学惰性大
  8
  氟橡胶
  FPM
  (Viton)
  -23~200
  耐介质腐蚀优于其它橡胶,抗辐射、耐酸
  9
  聚四氟乙烯
  PTFE
  (TFE)
  -196~200
  耐热、耐寒性优,耐一般化学药品溶剂和几乎所有液体
  10
  可熔性聚四氟乙烯
  PFA
  Fs-4100
  ≤180
  多种浓度硫酸,氢氟酸、王水,高温浓硝酸,各种有机酸,强碱等
  11
  聚全氟乙丙烯
  FEP
  (F46)
  ≤150
  高温下有极好的耐化学性、耐阳光、耐侯性
  12
  聚偏氟乙烯
  PVDF
  (F2)
  -40~150
  耐化学性能很好,耐阳光和耐候性极好是强度最高和最硬的氟塑料
  13
  聚三氟氯乙烯
  PCTFE
  (F3)
  ≤190
  耐化学性能很好,耐阳光和耐候性极好,可在198℃下连续使用,强度和硬度比F46和PTFE高
  14
  聚烯烃
  PO
  ≤100
  耐各种浓度的酸、碱、盐、及某些有机溶剂的腐蚀、耐冲蚀、防静电、无毒
  15
  聚丙烯
  PP
  -70~100
  耐化学性能和耐应力开裂性能极好,耐候性差
  16
  聚醚醚酮
  PEEK
  -46~300
  是一种有优异力学性能和耐化学品的高强度耐高温树脂、有出色的耐磨性和尺寸稳定性用于阀门密封件
  17
  对位聚苯
  PPl
  ≤300
  基本同聚四氟乙烯
  18
  尼龙(聚酰胺)
  NYLON
  ≤80
  耐碱、氨
  注:(1)表中的适用温度是推荐性的安全使用温度,根据密封面结构和受力的不同适用温度也不尽相同。
  (2)表中的适用温度范围是这类产品的一般范围,每种产品都有多种牌号,适用温度也不尽相同。此外,使用场合不同推荐的使用温度范围也不同。
  (3)表中的名称是这类材料的统称,每种都有几个牌号,性能也不一样,如尼龙就有尼龙1010、尼龙6、尼龙66等等。丁腈橡胶有丁腈18、丁腈26、丁腈40等,选用时要注意不同牌号的性能。
  (4)氟塑料具有冷流倾向,即应力达到一定值时开始流动,在选用时要充分考虑其受力状态或结构上考虑保护措施。
  (5)表中的推荐适用的介质范围也是拢统的,应用时要查这些材料与某种介质的相容性数据。
  硬质材料
  硬质材料的密封面主要是各种金属如铜合金、不锈钢、硬质合金等。
  铜合金
  JB/T 5300《通用阀门 材料》中规定灰铸铁阀、可锻铸铁阀、球墨铸铁阀的铜合金密封面材料牌号有:铸铝黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3、铸锰黄铜ZCuZn38Mn2Pb2、铸铝青铜ZCuAl9Mn2、ZCuAl9Fe4Ni4Mn2,当然还有其它牌号如H62、巴氏合金(ZChPbSb16-16-2铅锑轴承合金)等。铜合金在水或蒸汽中的耐腐蚀性和耐磨性都较好,但强度低,不耐氨和氨水腐蚀,适用介质温度≤250℃。但巴氏合金耐氨及氨水腐蚀、熔点低,强度低,适用于温度≤70℃,PN16(原标准为PN1.6MPa)氨阀。
  铬不锈钢
  铬不锈钢有较好的耐腐蚀性,常用于水、蒸汽、油品等非腐蚀性介质,温度-29~425℃的碳素钢阀门。但铬不锈钢耐擦伤性能较差,特别是在大比压的情况下使用很易擦伤。试验表明比压在20MPa下耐擦伤较好。对于高压小口径阀门常采用棒材或锻件其牌号为1Cr13、2Cr13、3Cr13制作的整体阀瓣,密封面经表面淬火(或整体淬火),其硬度值对2Cr13 HRC41~47、3Cr13 HRC 46~52为宜。国外标准中,如API 600 、BS 1873中对Cr13型密封面的硬度要求为最小HB 250,硬度差至少HB 50,材料牌号为ASTM A 182 F6a。对于大口径阀门其密封面往往采用堆焊,下面介绍几种常用堆焊焊条。
  ① D507 符合GB EDCr-A1-15堆焊金属为1铬13半铁素体高铬钢。焊层有空淬特性,一般不需热处理,硬度均匀,亦可在750~800℃退火软化。当加热至900~1000℃空冷或油淬后可重新硬化。焊前须将工件预热至300℃以上,焊后空冷HRC≥40。焊后如进行不同热处理可获得相应硬度。
  ② D507Mo 符合GB EDCrA2-15 堆焊金属为1铬13半铁素体高铬钢,有空淬特性,焊前不预热,焊后不处理,焊后空冷HRC≥37。
  ③ D577铬锰型阀门,堆焊焊条符合GB EDCrMn-C-15,焊前不预热,焊后不处理,抗裂性好,
  HRC≥28,与D507Mo配合使用。
  说明:(1)D507Mo和D577两种焊条是为了代替Cr13型焊条,堆焊有硬度差的阀门密封面而配套研制的。D507Mo堆焊金属硬度较高,用于闸板;D577堆焊金属硬度较低,用于堆焊阀体或阀座密封面。两者组成的密封面可获得良好的抗擦伤性能。
  (2)堆焊层的高度加工后应在5mm以上,以保证硬度和成分稳定。
  (3)堆焊要按焊接工艺规定操作,焊接电流不可过大以防止焊条成分发生变化影响焊接质量。
  硬质合金
  硬质合金中最常用的是钴基硬质合金也称钴铬钨硬质合金。钴基硬质合金的特点是耐腐蚀、耐磨、抗擦伤,特别是红硬性好,即在高温下也能保持足够的硬度,此外加工工艺性适中,其许用比压80~100MPa,国外资料介绍155MPa。适用温度范围-196℃~650℃,特殊场合可达816℃。但是,它在硫酸、高温盐酸中不耐腐蚀,在一些氯化物中也不耐腐蚀。
  常用牌号:STELLITE N0.6 符合AWS ECoCr-A 、GB EDCoCr-A-03,也相当D802,焊后硬度≥HRC40,焊前根据工件大小进行250~400℃预热,焊时控制层间温度250℃,焊后600~750℃保温1~2小时后随炉缓冷或将工件置于干燥和预热的沙缸或草灰中缓冷。
  其它牌号还有STELLITE N0.12 符合AWS ECoCr-B 、GB EDCr-B-03,也相当D812,焊后其硬度≥HRC41。
  以上两种是钴基硬质合金电焊条。钴基硬质合金还有焊丝,可以进行氧—乙炔堆焊或钨极氩弧焊, 牌号:STELLITE N0.6焊丝符合AWS:RCoCr-A也相当HS 111 ,常温硬度HRC 40~46;STELLITE N0.12符合AWS:RCoCr-B也相当HS 112 ,常温硬度HRC 45~50。
  为确保硬质合金(钴基)的焊接质量,焊前都要对工件预热,焊时控制层间温度,焊后保温处理,具体操作要根据焊接工艺或焊条说明书施焊。
  等离子喷焊密封面
  等离子喷焊用的是合金粉末,类型有铁基合金粉末、镍基合金粉末和钴基合金粉末。喷焊具有省材料、质量好等优点,但设备投资较大。
  表面处理后作密封面
  有些阀类的启闭件不能堆焊,如球阀的球体等,这时可通过表面处理来提高表面硬度和耐蚀性能。如对Cr不锈钢球体可通过热处理来提高表面硬度,对奥氏体钢球体由于其表面很软就要用表面处理的方法来提高表面硬度和耐蚀性。
  常用的表面处理办法有:镀硬铬、化学镀镍、镀镍磷合金、氮化、多元复合氮化、喷涂等。
  不锈钢密封面
  不锈钢密封面大多为在本体材料上直接加工出密封面,即304或CF8的阀体在其上直接作出密封面,除了304、CF8外还有316、CF8M、304L、CF3、316L、CF3M、FA20、CN7M等。

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