机械密封对弹性元件材料的要求是材料强度高、耐疲劳、低温能耐介质的腐蚀和长期工作不降低或失去弹性。
一、弹簧
压缩弹簧是机械密封中使用普遍的加载弹性元件。常用的弹簧材料有磷青铜、碳素弹簧钢(65Mn、60Si2Mn、50CrVA等)、铬钢(3Cr13、4Cr13等)、不锈钢(1Cr18Ni9、0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni12Mo2Ti等)。镍合金(NCu28-2.5-1.5 蒙乃尔合金)。
磷青铜弹簧在海水、油类介质中使用效果良好。碳素弹簧钢弹簧用在化学中性介质中,铬钢弹簧适用于弱腐蚀性介质,不锈钢弹簧适用于腐蚀性介质。对于不锈钢不能耐强腐蚀的介质,往往采用弹簧加保护层的方法。一种是用橡胶、塑料软管套在弹簧上,将管的两端封死,用以保护弹簧不受腐蚀破坏。另一种是采用喷涂的方法,将耐腐蚀材料喷涂于弹簧钢丝表面,使之保护弹簧不受腐蚀也不降低其弹性力。如喷涂聚三氟氯乙烯材料,它具有良好的化学稳定性,能耐各种浓度的酸、碱、无机盐类以及较低温度下的强氧化剂。在室温下能耐一般有机溶剂。但不耐高温的浓硝酸、发烟硝酸、浓盐酸、氢氟酸以及强有机溶剂。它在-80℃~150℃温度范围内可长期使用。
镍合金具有良好的高低温力学性能、压力加工性能和耐腐蚀性。尤其对海水的耐蚀能力最为突出,但在无机酸(硝酸、盐酸、亚硫酸、铬酸等)中腐蚀迅速。镍合金不能通过热处理强化,只能通过冷拔(轧)来提高强度。为了消除应力,可在300℃左右回火后使用。NCu28-2.5-1.5(蒙乃尔合金)经300~340℃回火后洛氏硬度27~28HRc,强度高,在腐蚀性气氛中或在食品接触的弹簧广泛采用。机械密封常用弹簧材料的性能见表6-37。
表6-37 常用弹簧材料性能
材料代号 | 弹性模量E ×103MPa | 切边模量G ×103MPa | 推荐使用温度℃ | 特性及适用范围 |
65Mn 60Si2Mn 50CrVA | 0.5≤d≤4 206~196 d>4 196 | 0.5≤d≤4 81.8~78.8 d>4 78.8 | -40~120 | 强度高、加工性能好、适于作一般工况的或简易密封用弹簧 |
1Cr18Ni9 | 193.2 | 71.7 | -250~+250 | 一般用于制造耐腐蚀、耐高、低温的弹簧 |
3Cr 13 4Cr 13 | 214.8 | 75.7 | -40~+300 | 强度高,耐高温,适用做较大尺寸弹簧 |
0Cr 17Ni17Al | 183.4 | 73.5 | -40~+300 | 有很高强度,耐腐蚀、耐高温、加工性能好 |