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壹泵阀 >>手册>>泵手册>>工业泵的选型之轴封>>4.2.3 常用机械密封材料

4.2.3 常用机械密封材料

三、常用机械密封材料[1、3、10]

1、 摩擦副材料

⑴对摩擦副材料的要求

①机械强度高  耐压、刚度大、变形小。

②自润滑性能好  耐干磨、耐高负荷。

③材料配对性能好  改善密封端面的摩擦状态,无过大的磨损和对偶材料的腐蚀、自润滑性好。

④耐磨性好  提高使用寿命。

⑤导热性好  导热系数大,散热效果好。

⑥耐热性好  提高动、静环的耐高温性能。

⑦耐热冲击性好  提高抗热裂性能。

⑧耐腐蚀性强  耐腐、耐冲蚀、提高使用寿命。

⑨热胀系数小  耐热变形、尺寸稳定性好。

⑩加工性能好  易加工切割、易成型。

⑾密度小、气密性好。

⑵摩擦副材料性能 (见表1-11)

表1-11 摩擦副材料性能

材料

物理机械性能

使用温度℃

特性

密度

g/㎝3

硬度

HRA

导热

系数

W/m·K

热胀系数

×10-61/℃

抗压强度

MPa

抗弯强度

MPa

弹性

模量

×105

MPa

气孔率

石墨浸渍材料

浸渍酚醛

1.75~1.9

HS70~100

5~6


120~300

50~70


3

170

具有良好的自润滑性和导热性,摩擦系数低(f=0.04~0.05)、线胀系数小,有良好的耐腐蚀性,除强氧化性酸,如浓硫酸,硝酸外,耐各种浓度的酸、碱、盐及有机化合物的腐蚀,还有良好的热稳定性能,但强度低、弹性模量小、易发生残余变形

浸渍酚醛石墨耐酸性好,浸渍

环氧石墨耐酸性好,浸渍呋喃石墨耐酸、耐碱,浸渍金属石墨耐高温及高的Pcδ值

浸渍

呋喃

M106K

1.69

HS80

4.18

11

120

50

1.4~1.6

5

200

M158K

1.68

HS75~85

5.4~6.2

4~6

200~300

60~70

1

-100~200

浸渍

环氧

M158H

1.7

HS65~75

5.4~6.2

4~6

150~200

60~65

1.3~1.7

1

-100~200

M220H

1.9

HS45

11

85

40

5

-100~200

浸渍巴氏合金

2.2~3.0

HS45~90


6

200~250

95~105


1

-100~200

浸渍青铜

2.2~3.0

HS60~90



120~180

45~70


0~6

400

浸渍聚四氟乙烯

1.6~1.9

HS80~100

0.41~0.48


140~180

40~60


8

250

填充聚四氟乙烯

含20%石墨

2.16


0.18

0.87(横向100℃)1.46(纵向100℃)

16.4

(抗拉)

24.9


吸水率

+0.3%

-180~250

具有优异的耐腐蚀性,摩擦系数低,耐温性好,使用温度范围广

根据使用要求,加入不同材料进行改性,如石墨、二硫化钼可减小摩擦系数,加入玻璃纤维可减小磨损,加金属粉可增加导热性

含40%玻璃纤维

2.28


0.25

0.67(横向100℃)1.19(纵向100℃

16

(抗拉)

19.9


吸水率

+0.47%

-180~250

含40%玻璃纤维+5%石墨

2.28


0.43

0.6(横向100℃)1.2 (纵向100℃

11.2

(抗拉)

20.1


吸水率

+0.77%

-180~250

氧化铝陶瓷

含95%氧化铝(99瓷)

3.3

78~82

16.75

5.8~8


220~360

2.3



热胀系数小,有良好的导热性、硬度高、耐磨好,耐腐蚀性强,但不耐氢氟酸、磷酸、浓碱的腐蚀,能耐一定的温度急变,制造工艺简单、价格低,但脆性大,加工困难

含95%氧化铝(99瓷)

3.9

85~90

16.75

5.3

1200~1500

340~540

3.5

0

1300~1700

碳化硅

反应烧结碳化硅

3.05

91~92

100~125

4.3~5


350~370

3.6~3.8

0.3

2400

硬度高、热胀系数小、导热性好、耐腐蚀性强,但不耐氢氟酸、发烟硫酸、强碱的腐蚀,有自润滑性,摩擦系数小(f=0.1),耐热性好,抗热震性与碳化钨相当,优于氧化铝陶瓷

常压烧结碳化硅

3~3.1

91~92

92

4.3~5


380~460

4

0.1

2400

热压碳化硅

3.1~3.2

93~94

84

4.5


450~550

4

0.1

2400

氮化硅

烧结氮化硅

2.5~2.6

80~85

5

2.5

1200

200~300

1.7~2.2

13~16


耐温差距变性好、热胀系数小、强度高、硬度高、摩擦系数小、耐摩擦、有自润滑性、耐腐蚀性好,除氢氟酸外,几乎耐所有的无机酸和有机溶液的腐蚀

热压氮化硅

3.1~3.3

91~92


2.7~2.8

1600

700~800

3

1


碳化钨硬质合金

YG6

(含钴6%)

14.6~15

89.5

100

4.5

4500

1400

5.6~6.2

0.1

600

硬度高、强度大、耐磨性和抗颗粒冲刷性好,导热系数高,热胀系数小,常温下具有一定的耐腐蚀性。含钴低,耐腐蚀性好。抗弯强度低,脆性大,机械加工困难、价格高。含钴高,则反之

YG8

(含钴8%)

14.4~14.8

89

58.6~87.9

4.5

4300

1500

YG15

(含钴15%)

13.9~14.1

87


5.3

3600

1900

钢结硬质合金

R5

6.4

HRC70~73


9.16~11.13


1300




是新开发的、以钢为粘结相、碳化钛为硬质相的硬质合金材料

具有较高的弹性模量、硬度、强度和低的摩擦系数及密度,有较高的耐腐蚀性,能耐如硝酸、氢氧化钠等介质的腐蚀,有较好的加工性

R8

6.25

HRC62~66


7.58~10.6


1100




注:表中Pcδ值意义:Pc-端面比压;δ-密封端面平均周速。

(3)摩擦副组的摩擦系数(见表1-12)

表1-12摩擦副组的摩擦系数[6]

摩擦副材料

摩擦系数f

说明

动环

静环

石墨

陶瓷

碳化钨

0.07

密封介质为水

碳化硅与碳化硅摩擦副、碳化硅与碳化钨摩擦副以及碳化硅与石墨摩擦副的摩擦系数均为最小。因此,端面产生的摩擦热少,加上导热系数大,所以承载能力强,不易产生端面热裂

碳化硅

0.02

碳化硅

碳化钨

0.02

碳化硅

0.02

碳化钨

0.08

 

(4)常用摩擦副材料组合的[Pcδ](见表1-13)

表1-13常用摩擦副材料组合的[Pcδ]值 [5]                      (MPa·/m/s)

摩擦副材料组合

非平衡型

平衡型

静环

动环

石墨

钨铬钴合金

铬镍铁合金

碳化钨

含碳化钽的碳化钨

不锈钢

铅青铜

氧化铝陶瓷

喷涂陶瓷

氧化铬

工具钢

铸铁

3.0~9.0

7.0~15.0

25.0

1.8~10.0

1.8

3.0~7.5

15.0

7.0

5.0~10.0

4.5~11.0

20.0~30.0

9.0~20.0

5.5~15.0

8.0~15.0

20.0

11.0

9.0

4.5~1.0

8.5~10.5

26.0~42.0

21.0

90.0

58.0~70.0

122.5~150.0

42.0

150.0

碳化硅

钨铬钴合金

碳化钨

碳石墨

碳化硅

8.5

12.0

180.0

14.5

碳化钨

碳化钨

4.4

7.1

26.0

42.0

青铜

铬镍铁合金

碳化钨

陶瓷Al2O3

45,40XH

2.0

1.5

3.0

9.0~20.0

20.0

10.0

铸铁

钨铬钴合金

铬镍铁合金

6.0

6.0

陶瓷

钨铬钴合金

0.5

1.0

填充

聚四氟乙烯

钨铬钴合金

不锈钢SUS316

高硅铸铁

含碳化钽的碳化钨

3.0

3.0

3.0

5.0

0.5

0.06

2、 常用辅助密封材料[1、3、10]

⑴ 对辅助密封材料的要求

① 良好的弹性,复原性好,永久变形小。

② 摩擦系数小,耐磨性好。

③ 良好的耐温性,且温度范围广,在高、低温条件下不粘着,不变硬、变脆。

④ 耐介质腐蚀、溶解、溶胀、抗老化性能好,对介质不污染。

⑤ 有适当的机械性能,在压力作用下无明显变形。

⑥ 耐介质的侵蚀,在介质中膨胀和收缩小。

⑦ 便于加工且可得到高的精度。

⑵ 辅助密封材料特性(见表1-14)

表1-14辅助密封材料特性

名称

代号

使用温度℃

特点

应用

天然橡胶

NR

-50~120

弹性和低温性能好,但高温性能差,耐油性差,在空气中易老化

用于水、醇介质,不宜在燃料油中使用

丁苯橡胶

SBR

-30~120

耐磨性、耐老化性优良、价格低,回弹性良好,耐动、植物油,但不耐矿物油的侵蚀

用于水、动、植物油、酒精类介质,不能用于矿物油中

丁腈橡胶

中丙烯腈

(丁腈-26)

NBR

-30~120

耐油、耐磨、耐老化性优良,但耐挠曲、抗撕裂较差。丙稀腈含量高,耐油性好,强度、硬度、耐磨性、耐水性增加,但耐腐蚀性、弹性和低温性会变差

应用广泛。适用于耐油性高的场合,如用于燃料油、汽油和矿物油的介质中,但不适用于磷酸脂系液压油中

高丙烯腈

(丁腈-40)

-20~120

硅橡胶

MPVQ

MVQ

Si

-70~250

高耐热、耐寒性和耐压缩永久变形,但机械强度差,扯断强度仅为丁腈橡胶的1/3,易在酸、碱作用下发生离子型裂解,耐蚀性差

用于高、低温介质及高速旋转的场合,不适用于苯、甲苯、丙酮等介质

氟橡胶

FPM

-20~250

最高耐热性、耐腐蚀性(酸、碱油),几乎耐所有润滑油、燃料油,耐真空性好,耐寒性和耐压缩永久变形差,膨胀系数大,价格高

用于耐高温、                                                                                                              耐腐蚀的场合,可广泛用于汽油、石油制品和溶剂,但不适用于酮类溶剂

氯丁橡胶

CR

-40~130

耐老化性、耐臭氧性、耐热性、耐腐蚀性优良,耐油性次于丁腈橡胶而优于其它橡胶,耐酸、碱、溶剂较好

用于临界温度低的矿物油、酸、碱、溶剂等介质,但不能用于芳香烃及氯化烃油介质

填充

聚四氟乙烯

PTFE

-100~250

有优异的化学稳定性、耐油、耐溶剂、抗老化、耐热、耐寒、摩擦系数低、透气性低,有一定的强度和不粘着性,弹性差、膨胀系数大,有冷流现象

用于高温或低温条件下的酸、碱、盐、溶剂等强腐蚀性介质

乙丙橡胶

EPDM

-50~150

耐热、耐寒、易老化、耐臭氧、耐酸碱、耐磨性好,不耐一般矿物油系润滑油及液压油

适用于耐热的场合,可用于过热蒸汽,但不可用于矿物油

聚硫橡胶

T

0~80

耐油、耐溶剂性能良好。在汽油中几乎不膨胀。强度、撕裂性、耐磨性能差,使用温度范围小

多用于在溶解性强的介质中不允许膨胀的静止密封

柔性石墨


-200~1600

(氧化性介质:400)

耐温性、耐腐蚀性优良。耐一般的化学溶剂(如石油产品、酯、蒸汽等),有良好的柔性、回弹性、气密性和机械强度

适用于辅助密封圈的新型材料。高温油泵中,压制成矩形、楔形和V形密封圈

⑶ API标准规定辅助密封圈使用温度范围(见表1-15)

表1-15 辅助密封圈使用温度范围

材料

聚四氟乙烯

丁腈橡胶

氯丁橡胶

氟橡胶

柔性石墨

玻璃纤维填充

聚四氟乙烯

使用温度范围℃

-73~+240

-40~+121

-17~+93

-17~+204

-204~+399

(非氧化介质为871)

-212~232

⑷几种主要橡胶耐腐蚀性能[1](见表1-16)

表1-16几种主要橡胶耐腐蚀性能

介质

丁苯胶

丁腈胶

丁基胶

氯丁胶

硅橡胶

氟橡胶

聚硫橡胶

发烟硝酸

浓硝酸

浓硫酸

浓盐酸

浓磷酸

浓醋酸

浓苛性钠

无水氨

稀硝酸

稀硫酸

稀盐酸

稀醋酸

稀苛性钠

氨水

汽油

石油

四氯化碳

二硫化碳

乙醇

丙酮

甲酚

乙醛

乙苯

丙稀腈

丁二烯

苯乙烯

醋酸乙脂

醚(常温)

不耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

不耐

尚耐

尚耐

尚耐

不耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

尚耐

尚耐

尚耐

不耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

不耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

不耐

尚耐

不耐

不耐

尚耐

尚耐

尚耐

尚耐

不耐

3、 弹簧材料

(1) 常用弹簧材料性能[1、3](见表1-17)

表1-17常用弹簧材料性能

材料种类

材料

编号

直径

mm

机械性能

使用温度范围℃

说明

扭转极限

应力τ,MPa

许用扭转工作

应力τ,MPa

剪切弹性

模量G,MPa

磷青铜

Qsi3-1

0.3~6

0.5σb

0.4σb

392

-40~+200

防磁性好,用于海水和油类介质中

QSn4-3

0.3~6

0.4σb

03σb

碳素弹簧铜

65Mn

60Si2Mn

5~10

5~10

4.9

7.3

3.9

5.8

785

-40~+200

用于常温无腐蚀性介质中

50CrVA

5~10

4.4

3.53

785

-40~+400

用于高温无腐蚀性介质中

不锈钢

3Cr13

4Cr13

1~10

4.4

3.53

392

-40~+400

用于弱腐蚀性介质中

1Cr18Ni9Ti

0.5~8

3.92

3.2

784

-100~+200

用于强腐蚀性介质中

注:1、表中使用温度范围是指密封腔内介质温度。

2、对弹簧材料的要求是耐介质的腐蚀,在长期工作条件下不减少或失去原有的弹性,在密封面磨损后仍能维持必要的压紧力。

(2)常用波纹管材料[1、10](见表1-18)

表1-18常用波纹管材料

材料

密度

g/cm3

导热系数

W/

(cm·℃)

线胀系数

×106

1/℃

弹性模量

×104,MPa

抗拉强度

MPa

特点与应用

黄铜

(H80)

8.8

141

19.1

10.5

270

塑性、工艺性能好,弹性差。所制作的波纹管常与弹簧联合使用

不锈钢

(1Cr18Ni9Ti)

8.03


5.2

(0~100℃)

19

750

(半冷作硬化)

机械性能、耐腐蚀性能好。应用广泛,常用厚度为0.05~0.45mm之间

铍青铜

(QBe2)

8.3


5.2

(21℃)

13.1

(21℃)

1220

工艺性好,弹性、塑性较好,耐腐蚀性好,疲劳极限高,用于180℃以下要求较高的场合

海氏合金C

8.94


3.9

(21~316℃)

20.5

(20℃)

885

(21℃)

耐腐蚀、抗氧化性能好,能耐多种酸(包括盐酸)及碱的腐蚀

4.43

15.1

3.17

(20~538℃)

11.4

(24℃)

896

(21℃)

机械性能、耐腐蚀性能好。

聚四氟乙烯

(纯)


0.24

0.8~2.5

(-60~250℃)


16~31.5

耐腐蚀性、耐水性、不燃性、韧性好,导热性差,有冷流性,适用温度≤80℃,介质压力<0.8MPa,一般都与弹簧组合使用

4、 机械密封材料组合示例(见表1-19)

表1-19机械密封材料组合示例

介质

静环

动环

密封圈

弹簧

名称

浓度%

温度℃

硫酸

5~40

 

98

20

 

60

石墨浸渍酚醛树脂

氮化硅

聚四氟乙烯

氟橡胶

Cr13Ni25Mo3Cu3Si3Ti

海式合金B

钢结硬质合金(R8)氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

Cr18Ni12Mo2Ti

4Cr13喷涂聚三氟乙烯

40~80

 

98

60

 

70

石墨浸渍酚醛树脂

氮化硅

聚四氟乙烯

氟橡胶

Cr13Ni25Mo3Cu3Si3Ti

 

4Cr13喷涂聚三氟乙烯

钢结硬质合金(R8)氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

硝酸

50~60

20~沸点

填充聚四氟乙烯

氮化硅

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

氮化硅

氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

60~99

20~沸点

氧化铝陶瓷

盐酸

2~37

20~70

氮化硅

氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

氟橡胶

海式合金B

钛钼合金(Ti32Mo)

石墨浸渍酚醛树脂

石墨浸渍呋喃树脂

氮化硅

醋酸

5~100

沸点以下

石墨浸渍酚醛树脂

石墨浸渍呋喃树脂

氮化硅

硅橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

氮化硅

氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

磷酸

10~99

沸点以下

石墨浸渍呋喃树脂

氮化硅

氟橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

氮化硅

氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

氨水

10~25

20~沸点

石墨浸渍环氧树脂

氮化硅

钢结硬质合金(R5)

硅橡胶

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

氢氧化钾

10~40

90~120

石墨浸渍呋喃树脂

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

氮化钨

氟橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

含有悬浮颗粒

20~120

氮化硅

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

钢结硬质合金(R8)

氮化钨

氮化钨

氢氧化钠

10~42

90~120

石墨浸渍呋喃树脂

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

氮化钨

氟橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

含有悬浮颗粒

20~120

氮化硅

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

钢结硬质合金(R8)

氯化钠

5~20

20~沸点

石墨浸渍环氧树脂

石墨浸渍酚醛树脂

氮化硅

氟橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

硝酸铵

10~75

20~90

石墨浸渍环氧树脂

氮化硅

氟橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

氯化铵

10

20~沸点

石墨浸渍环氧树脂

氮化硅

氟橡胶

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

 

海水


常温

石墨浸渍环氧树脂

青铜

氮化硅

氧化铝陶瓷

聚四氟乙烯

丁腈橡胶

氯丁橡胶

1Cr18Ni12Mo2Ti

3Cr13,4Cr13

铍青铜

含有泥沙

碳化钨

碳化钨

氮化硅

氮化硅

碳化硅

碳化硅

汽油机油液态烃


常温

石墨浸渍树脂

石墨浸渍巴氏合金

碳化钨、氮化硅、碳化硅

丁腈橡胶

3Cr13、4Cr13、65Mn、60Si2Mn、50CrV

高温

(>150)

石墨浸渍青铜

石墨浸渍巴氏合金

碳化钨、氮化硅、碳化硅

氟橡胶

聚四氟乙烯

含有悬浮颗粒


碳化钨

碳化钨

丁腈橡胶

氮化硅

氮化硅

碳化硅

碳化硅

有机物

尿素

98.7

140

石墨浸渍树脂

碳化钨、氮化硅、碳化硅

聚四氟乙烯

3Cr13、4Cr13

100以下

沸点以下

石墨浸渍酚醛树脂

石墨浸渍呋喃树脂

碳化钨

 

45钢

 

铸铜

 

氮化硅

 

碳化硅

聚四氟乙烯

聚硫橡胶

3Cr13、4Cr13

丙酮

95

沸点以下

石墨浸渍酚醛树脂

石墨浸渍呋喃树脂

乙丙橡胶

聚四氟乙烯

聚硫橡胶

石墨浸渍树脂

酚醛塑料填充聚四氟乙烯

丁腈橡胶

聚四氟乙烯

聚硫橡胶

注:本表供参考。设计人员可根据具体的工况条件选择合适的密封材料。


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