專利名稱：釬焊復(fù)合機械密封動環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于機械密封方法，其特征是采用含碳化鈦硬質(zhì)合金-鋼基材釬焊復(fù)合機械密封動環(huán)。本發(fā)明屬于機械零件密封領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)普遍采用的離心泵和反應(yīng)釜用機械密封動環(huán)是碳化鎢-鈷同普通碳鋼的鑲嵌結(jié)構(gòu)，由于其高溫性能和耐磨性能較差，加之結(jié)構(gòu)不合理，直接影響了機械密封的泄漏量和使用壽命。國外多數(shù)采用硬質(zhì)合金同鋼金屬基材的粘結(jié)結(jié)構(gòu)，由于粘結(jié)劑性能的影響，使其在高溫應(yīng)用中受到一定的限制。機械密封結(jié)構(gòu)如附

圖1所示。機械密封結(jié)構(gòu)由密封套(1)、泵蓋(2)、軸套(3)、動環(huán)(4)、靜環(huán)(5)、波紋管(6)、波紋管座(7)、冷卻套(8)、壓蓋(9)及壓板(10)構(gòu)成。
國內(nèi)現(xiàn)行機械密封動環(huán)的制備工藝為首先預(yù)制成碳化鎢硬質(zhì)合金片環(huán)狀工作面，然后用熱套或鑲裝工藝與不銹鋼或碳鋼基座組裝而成。
碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)為4.5×10-6[℃]-1，不銹鋼熱膨脹系數(shù)為18.7×10-6[℃-2]，碳鋼為11.0×10-6[℃]-1，因而硬質(zhì)合金同金屬基材之間的熱膨脹系數(shù)相差較大，為保證二者間有良好的密封性能，必須存在一定的配合過盈量。如果過盈量選擇過小，會出現(xiàn)在使用溫度下硬質(zhì)合金環(huán)的松動脫落，如果過盈量過大，則造成硬質(zhì)合金環(huán)承受不了大的應(yīng)力而碎裂。
熱套后的硬質(zhì)合金環(huán)承受一定的應(yīng)力變形，雖經(jīng)研磨拋光，使密封端面達到所需的平直度，但在實際應(yīng)用時，隨著溫度、壓力等因素的變化，端面平直度始終不能達到初始狀態(tài)。此外這種組裝件若放置時間過長或室溫變化，端面平直度也會有變化，如附圖2所示。附圖2為硬質(zhì)合金環(huán)，a為研磨拋光后的端面，b為使用溫度低于研磨拋光溫度時的端面，C為使用溫度高于研磨拋光溫度時的端面。上述現(xiàn)象對大軸徑熱套硬質(zhì)合金密封環(huán)尤為顯著。再者，如果零件的加工精度稍差或裝配不當，還會在熱套配合處留有縫隙，介質(zhì)在較高的壓力下有可能透過縫隙引起泄漏。
粘結(jié)結(jié)構(gòu)的動環(huán)，由于硬質(zhì)合金環(huán)和鋼基材之間的粘接劑經(jīng)常出現(xiàn)老化現(xiàn)象，造成硬質(zhì)合金環(huán)的脫落。
本發(fā)明的目的是為了克服上述密封動環(huán)的缺點，改善其各項性能，降低密封端面的磨損速度和腐蝕速率，提高動環(huán)表面硬度，調(diào)整波紋管的比壓，獲得高性能的新型機械密封。本發(fā)明硬質(zhì)合金-鋼基釬焊復(fù)合機械密封動環(huán)，其特征在于減少硬質(zhì)合金中粘結(jié)金屬的含量，選擇耐蝕粘結(jié)金屬相，選擇硬度高、耐腐蝕，其膨脹系數(shù)同基材相匹配的硬質(zhì)合金。
為使機械密封動環(huán)廣泛適用于石油、化工行業(yè)，例如原油中含0.3～0.4%H2S，工作溫度為365℃，煉油過程中介質(zhì)含有濃度較大的催化劑顆粒，必須保證硬質(zhì)合金有良好的硬度和抗彎強度值，同時必須改善碳化鎢硬質(zhì)合金的腐蝕和熱脹性能。
碳化鈦硬化相的添加，不僅提高了硬質(zhì)合金的硬度，同時也大大地改善了硬質(zhì)合金和鋼基材之間的熱膨脹系數(shù)的匹配性能。但是TiC固溶體不能完全被潤濕及組織結(jié)構(gòu)的限制，使TiC-WC-Ni合金的抗彎強度比WC-Co低，并隨TiC的含量增加而降低。當合金中加入金屬鉬以后，可以明顯改善碳化鈦的潤濕性，當鉬含量增至10%時，抗彎強度達到最大值，合金硬度與鉬含量亦有類似關(guān)系。
鎳含量對TiC-WC-Ni-Co-Mo合金性能的影響與WC-Co中鈷的含量影響相類似，當TiC-WC-Ni-Co-Mo合金中鉬含量保持不變，隨鎳含量的增加，合金的抗彎強度升高，而硬度則下降。
本發(fā)明釬焊機械密封動環(huán)，選用硬質(zhì)合金成分為鎳5～8%，鈷粘結(jié)相占約2～3%，鉬添加劑約10%，鎢15～20%和余量碳化鈦的合金，密度為5.4～8.0克/厘米3，硬度大于HRa92，抗彎強度大于1400MPa，熱膨脹系數(shù)為9.5×10-6[℃]-1?；旧贤间摰臒崤蛎浵禂?shù)相匹配，避免了在高溫使用條件下變形泄漏問題。
含碳化鈦、鎳粘結(jié)相硬質(zhì)合金，采用真空燒結(jié)法生產(chǎn)，根據(jù)批量大小，尺寸規(guī)格和燒結(jié)中的收縮比計算出毛坯尺寸，選用鋼模成型油壓機成型。為了使產(chǎn)品獲得正常的合金結(jié)構(gòu)，控制碳化鈦和碳化鎢的比例不小于2∶1，根據(jù)碳化物中總碳量的不同，燒結(jié)溫度在1450℃～1500℃。
動環(huán)的規(guī)格有φ50mm，φ60mm，φ70mm，φ80mm，φ90mm產(chǎn)品。動環(huán)的成環(huán)采用釬焊工藝，硬質(zhì)合金表面和鋼基材表面經(jīng)預(yù)處理后，在特制的高溫真空爐中，在700℃～900℃和2MPa負壓下進行釬焊，焊口致密，粘結(jié)能力高，無泄漏、抗腐蝕。這種動環(huán)的優(yōu)點是能保障使用中表面耐蝕，不變形，同時其基材易于加工成型，保證加工和安裝精工。能在高溫-腐蝕介質(zhì)中長期使用，在煉油廠的原油介質(zhì)中溫度390℃、含H2S介質(zhì)中使用，比老式密環(huán)使用壽命提高了五倍以上。
實施例φ70mm動環(huán)的制作，取100Kg粉末，其中鎳粉5Kg、鈷粉2.5Kg、鉬粉8Kg、碳化鎢粉20Kg，余量為TiC，再取粘結(jié)劑(石臘)3.5Kg，在瓷球磨機上混粉24小時，在400T油壓機上成型，在0.2MPa的真空爐中，450℃脫粘結(jié)劑，在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)，在1450℃～1550℃燒結(jié)30分鐘，其硬度達到HRa92～94，抗彎強度1400MPa，同時進行鋼基毛坯車削，然后進行真空高頻復(fù)合焊接，焊接使用Ag-Cu-Pb-Cd合金釬焊料，助溶劑用氟硼酸銨，焊接溫度為700℃～900℃，壓力為20MPa，冷卻后車制，研磨到最終尺寸φ內(nèi)70mm，φ外93mm，厚30mm環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種用于復(fù)合機械密封的動環(huán)，其特征是動環(huán)是用硬度合金和鋼基材進行釬焊的復(fù)合機械密封動環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的釬焊方法，是在700～900℃，壓力為20MPa下進行復(fù)合焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的硬質(zhì)合金，是含有TiC的硬質(zhì)合金，合金成份為Ni5～8%，Co2～3%，W15～20%，余量為TiC。
全文摘要
目前國內(nèi)石化行業(yè)采用彈簧式泵用機械密封，同國外同類型產(chǎn)品相比其使用壽命約相差5倍。本發(fā)明是為克服舊式密封的缺陷，采用碳化物硬質(zhì)合金工作面同鋼基材釬焊復(fù)合結(jié)構(gòu)，工作面硬度達HRA92以上，抗彎強度大于1400MPa，同鋼基材之間的熱脹數(shù)匹配良好，避免了高溫變形泄漏，在400℃以下抗無機鹽或硫化氫腐蝕，同基材的結(jié)合拉伸強度大于200MPa。
文檔編號F16J15/28GK1092140SQ9310219
公開日1994年9月14日 申請日期1993年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月4日
發(fā)明者曹峻清, 李銀鎖, 王國興, 王平海 申請人:西北有色金屬研究院