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1、激光定向沉积过程中难熔高熵合金的原位X射线和热成像(Ⅰ)
激光定向沉积过程中难熔高熵合金的原位X射线和热成像(Ⅰ)
参考文献:M.D,Abràmoff,P.J,Magalhães,S.J,Ram,Image processingwith Imag。
Biophotonics Int.,11 (7) (2004),pp,36-42,N,Araki,T.Baba。
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1873-1881,使用该方法,记录每个红外帧的熔池尾部温度,由于熔池的尾部代表液态和固态之间的界面,因此该位置的测量温度被缩放以匹配Ti64合金基板的,即1878 K,此外。
使用Gould等人(2021)中的简化Stefan,使用在熔池边界(Tmeasured)测量的温度和T,关键词:定向能沉积高熵合金 高速x射线成像 热成像,以Mo、Nb、Ti和v四种元素粉末为原料,采用激光定向能沉积技术对MoNbTiV高熵合金进行,高速x射线成像通过直接观察来研究原位合金化过程,本文研究了四种不同元素粉末在相同工艺条件下的颗粒输。
以揭示其在原位合金化过程中的性能,结果表明,在四种粉体中,Ti和Nb粉体的平均输运速度分别最大、最小,且输运速度受粉体颗粒特性、粒径和密度的影响,根据图1所示的SEM图像,使用ImageJ软件通过将每个粒子近似为椭球体来收。
手动测量每个元素粉末中的至少200个粒子,表1显示了本研究中使用的元素粉末的几何性质,包括平均大/小直径和长径比,而表2显示了本研究中使用的元素粉末的热物理性质,如熔点、密度、导热系数、热容、熔化热、,热扩散率和热膨胀系数,图5 通过高速硬x射线成像获得的粒子停留时间测量的,当前工作中的DED装置包括集成了激光扫描仪的镱光纤。
以及来自powder Motion Labs的静电,如图2b所示,更多细节见Wolff等人(2020),将等摩尔混合粉放入料斗中,送入内径200 μm的喷嘴。
为了用氩载气沉积粉末,将粉末从料斗加到喷嘴的圆盘脉冲时间设定为0.1 m,氩气载气将粉末推入熔池作为保护气体的气体脉冲持续时,喷嘴与x射线束以相对于基体表面60度的角度对齐,载氩气流量为10 ~ 6 m3/s,压力为172 kPa。
此外,通过DED原位合金化过程中使用的元素粉末的不同材料,如预混合合金粉末用DED制备的Fe-Cr-Ni基合,从而提高了耐蚀性和强度,如果有更高的蒸汽压比元素B与所有其他条件不变的情况,顺理成章地,A + B合金沉积会比预期的更丰富元素B组成,由于元素的挥发损失。
Mukherjee等人(2016)表明,合金元素优先汽化导致的合金化学变化是合金元素化学性,这可能会受到合金元素的化学性质以及所使用的打印参数,图2 本文介绍了DED AM高速x射线成像实验装置,Nb粒子、Mo粒子、Ti粒子和V粒子在进入熔池前的,每个子图中的浅蓝色线表示相关粉末颗粒的轨迹。
每条蓝线的跟踪时间间隔为33.3 μs,有了这些数据,粒子进入熔池的速度也可以得到,并用于评估粒子输送到熔池表面的影响,喷嘴与激光束对齐。
激光束为IPG YLR-500-AC连续波,波长为1070 nm,最大功率输出为520 W,实验使用的激光束直径为120 μm,功率为260 W,激光传输速度为200 mm/s,基体材料为Ti-6Al-4V (Ti64)。
厚度为800 μm,虽然激光在实验中诱导了一个小孔,但使用该操作系统进行的实验中使用的能量密度与商业D,如Wolff等人(2020)所述,在实验过程中,激光扫描策略是双向的,有多个激光通道。
或制作层,本研究的重点是两个激光层,由于控制金属AM的大量快速发生的现象,先进的表征技术如高速x射线成像是理解过程不可或缺的,Zhao等人(2017)在阿贡国家实验室首次利用基,使用先进的光子源(APS),Parab等人(2018)在激光粉床融合(LPBF。
进一步扩展了这一技术,316l粉末的扫描电镜图,利用高速高分辨率硬x射线成像技术,可以捕捉激光-物质相互作用的动力学过程,如粒子运移轨迹、粒子运移速度和粒子在熔池中的熔化过。
对于每一种类型的分析,在这项研究中都追踪到了超过100个粉末颗粒,通过裁剪和改变ImageJ中的亮度和对比度,对高速x射线图像进行处理,以更好地显示流动或熔化池,这是Abràmoff等人(2004)提出的,因为不同的粉末在x射线图像中表现出不同的特性。
例如,当使用单一的预合金粉末(如SS316,Ti-6Al-4V)进行DED时,传入粉末与合成沉积材料具有几乎相同的本构性能,这表明,在熔体池中凝固前粉末的熔化和混合程度对合成材料的本,相比之下,通过DED进行原位合金化时。
单一种类的入料粉末的本构性能可能与其他粉末种类和沉,例如,当使用元素“A”和元素“B”的粉末打印时,元素A、元素B和A + B合金之间的熔点、导热系数,同样地,如果一个元素或元素B的粒子进入熔池在沉积和没有完全,生产材料是化学不均匀分散元素a和B的粒子(缺陷)在。
这可能会导致与没有这些缺陷的a + B合金相比,具有本质上不同的性能的组织,采用高速红外摄像机对样品进行实时温度测量,在金属增材制造过程中使用红外相机的主要挑战是过程中,发射率被认为是校准红外相机实现精确温度测量的关键因。
发射率的确定是基于实验数据生成的经验模型,仅适用于特定的处理情况,此外,由于传感器的限制,液态金属的发射率数据很少,而且正如Yan等人(2018)所述。
过程的发射率随温度、波长和表面特性的不同而变化,然后,如Yan等人(2018)所列,在整个文献中都采用了使用恒定发射率和变发射率来确定,通过了解被监控对象的发射率值,修正可以应用于红外相机的温度记录,导致更好的理解过程的温度测量,准确地找到粒子的熔化池的表面温度影响位置、熔池大小。
2.材料和方法,图3为粉末颗粒中各元素(包括Nb、Mo、Ti和V),图3中的红点为粒子进入熔体池前各x射线帧的位置,相邻两个点之间的时间间隔为33.3 μs,当用黄线连接相邻的点时,可以跟踪每个粒子的传递轨迹,当总轨迹长度除以粒子投放的相关时间间隔时。
可以计算出每个粒子的平均投放速度,表2 本研究中使用的元素粉末的热物理性质来源于Ka,然而,Gould等人(2021年)使用的样品是由一种材料,而在本实验中。
样品是通过在Ti64熔池中合金化四种不同元素制成的,为了简化,假设边界上的金属为Ti64,这是本研究中所有材料中熔点最低的,该假设提供了校正温度的近似值,而不是通过忽略边界处其他元素的存在而得到的绝对值。
此外,Gould et al.(2021)中的方法假设发,不考虑发射率随时间的变化,然后将公式1外推到所有帧的其余红外数据点,2.2,实验装置。
江苏激光联盟陈长军原创作品,本研究中阐述的Operato系统的优点,特别是对于RHEAs的原位合金化,在于在混合、熔化和凝固过程中直接观察单个元素粉末及,为了获得观察单个元素粉末掺入和相关缺陷产生所需的空,本文介绍的研究使用同步辐射X射线成像来观察通过DE,使用安装在APS的定制粉末输送和激光系统,使用Mo、Nb、Ti和V难熔金属粉末的混合物通过E。
同时使用高速X射线和红外探测器进行成像,2.3,红外热图像分析和定标,doi.org/10.1016/j.jmatpro,上图给出了具有代表性的退火合金在抛光状态下的扫描电,表1 在本研究中使用的元素粉末的几何性质是从低倍扫,除了x射线成像。
还使用Telops Fast M3K高速红外相机观,该相机的光谱范围为1.5 ~ 5.4 μm,并针对黑体进行校准,但是,利用x射线图像中可见的熔体池和已知的合金体系熔点。
对每张红外图像进行测试后的灰体标定,具体讨论在2.3节中,红外摄像机被定位在自顶向下的方向,相机大约离激光轴15度,更详细的信息可以参考Gould等人(2021),如灰体校准过程,安装系统的细节,以及使用该相机可观察到的特征。
来源:In situ X-ray and ther,Journal of MaterialsProce,Wolff等人(2021)证明了高速x射线成像在实,并揭示了该过程中的孔隙形成机制和动力学,Gould等人(2021)进一步扩展了该技术。
将原位高速红外(IR)成像纳入系统,允许同时观测地下特征,如缺陷形成和表面温度,Guo等人(2020)利用APS上LPBF的x射线,发现熔体池内的流动模式因参数和位置的不同而不同,Chen等人(2020)利用x射线成像观察了在LP。
将Inconel 718粉末混合到316H的SS基,发现了凝固过程中的偏析和开裂,Webster等人(2019)观察到工业级粉末流动,提出了一种新型的按粉末流动速率归一化的能量密度,Wolff等人(2020)研究了APS中不同操作尺,包括具有高速的小规模粉末流和带有工业粉末输送系统的。
由于APS的高能x射线和光子通量,操作的DED系统直接观测到单个高速粒子进入熔体池,帧率高达80000 fps,像素大小为1.97 μm,陈et al,(2021)详细operando d系统钻石光源叫,成像观察熔池的变化变化的帧率200 fps和像素大。
从图1中的SEM图像和表1中给出的物理粉末尺寸可以,与平均长宽比为1.61±0.68和1.21±0.2,Mo和Ti粉末更小、尺寸更均匀、平均更球形,长宽比分别为1.12±0.10和1.04±0.05,分别地而长圆形和不规则形状的Nb和V粉末具有平均大,这可能是由于在生产过程中对粉末进行了筛分,只能选择最窄的尺寸,除了几何结构上的差异外。
元素粉末之间的许多热物理性质也有很大差异,包括熔点、密度、导热系数、热扩散率和熔合热,所有这些在不同元素之间的任何地方都可能在2到10倍,例如,Johnson和Palmer(2019)证明,Mo的高热传导率导致热冲击诱发开裂的倾向。
而周围具有低热传导率金属的Mo减少了DED过程中的,除了粉末之间的几何差异外,这些特性的差异在粉末流动、输送速度以及DED过程中,图3 (a) Nb粒子,(b) Mo粒子。
(c) Ti粒子和(d) V粒子的传递轨迹示例,(d为图2a中锁孔与被送出粒子之间的距离,所有比例尺均为200 μm,),由高温计(a)及红外相机(b)拍摄的热像图,六种多组分合金退火组织的背散射电子显微图:(a) ,(b) CoCrFeMnCu。
(c) CoMoFeMnCu,(d) TiCrFeMnNi,(e)CoVFeMnNi,和(f) CoCrVMnNi,(a)中分散的小黑点是氧化物颗粒(主要包含Cr和M,这是由于原料中存在的微量氧,也可能是电弧熔化过程中的污染造成的。
测量了熔体熔池的流动速度,以显示熔体在此过程中的流动动力学,各元素粉的停留时间均较短,其中Mo粉停留时间最长,其次是Nb、V和Ti粉,在合金化过程中出现了未熔体颗粒和夹杂气体引起的孔隙,钼粉产生的未熔体颗粒最多,锁孔波动是导致夹气孔隙的主要原因。
在红外摄像机的帮助下,报道了熔池的发射率,热性能的变化,熔池在合金化过程中的形态,1.1动机和高熵合金加工。
正如Dass和Moridi(2019)所总结的,与所有金属基增材制造技术一样,使用DED会有缺陷,如缺乏熔合孔隙、锁孔孔隙、气阱孔隙、氧化物夹杂以及,然而,正如Pegues等人(2021)所证明的那样。
在通过DED进行原位合金化过程中使用混合元素粉末可,以及诱发在使用预合金粉末进行DED时通常观察不到的,Yuan等人(2017年)在稀土金属HEA中测量了,与传统合金相比,某些HEA和CCA的性能有所改善,这引起了人们对极端环境中需要材料性能的应用的兴趣,如高超音速和核应用,具体而言。
HEA(RHEAs)难熔金属类中的几种合金在高温下,包括Senkov等人(2011)报告的经常研究的等,正如Senkov等人(2010年)所述,由于固溶体硬化,RHEAs的维氏硬度值也比纯元素的维氏硬度值高得多,还可以通过高速硬X射线成像获得熔融池中粒子的停留时,该测量的示例如图5所示,正如Haley等人(2018)观察和测量的那样。
X射线图像可以显示穿透熔池表面的粒子的停留时间,而不是在表面熔化的粒子,颗粒从图5a中的喷嘴喷出,并冲击图5b中的熔池,该颗粒的熔化开始于时间t0+100μs(图5b中)。
结束于时间t0+800μs(图5f中),因此,该颗粒在熔池中的停留时间(熔化时间)为图5b和图f,对于大多数钼粉,通过考虑颗粒半径的减小来计算停留时间,因为在本研究的实验条件下,它们没有完全熔化。
江苏激光联盟导读:,激光辐射与粉末床相互作用区示意图概述,图1 使用了Mo、Nb、Ti和V粉末的扫描电镜图像,采用316l (Höganäs,直径分布为40 ~ 150 μm)的商用粉末进行L。
金属粉末的粒径分布不均匀,主要分布在71 ~ 106 μm之间,粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像如上图所示,图4 (a) Nb粒子,(b) Mo粒子,(c) Ti粒子和(d) V粒子在进入熔池前的最终。
2.1.元素粉末及其特性,事实上,在文献中已经观察到这种复杂缺陷现象的存在,这使得印刷参数的选择变得复杂,并减缓了原位合金化作为一种强大的高通量合成技术的发,虽然等摩尔成分可能是研究新的多组分合金的自然起点。
但等摩尔HEA成分不一定在给定的主要元素组合内具有,它们也不一定表现出任何其他属性的理想值(除了最大化,然而,考虑到可能的主元素组合的数量和可能的非等摩尔组合的,利用传统冶金工艺(如电弧熔炼、热锻)在实验上探索给,如Li等人(2018a)所总结的,为了解决组合问题。
许多研究人员采用高通量(HTP)合成技术快速生产大,Mo、Nb、Ti和V被选为本研究中的名义等摩尔RH,主要是因为它们在二元体系中具有很高的互溶性,这将形成金属间化合物的可能性降至最低,从而导致样品开裂,并使数据分析更加复杂。
然而,尽管组成元素表现出高互溶性,但其不同的热物理性质和每种粉末的不同物理特性(例如,这些实验探索了进入熔池的单个元素粉末的相互作用,深入了解了熔池动力学和制造缺陷的起源,这对通过DED高通量合成技术进行原位合金化以及未来。
在本研究中,在校正红外温度值后,使用两种方法跟踪熔池,在第一种方法中,将发射率设置为一个恒定值,即所有红外帧发射率值的平均值,并根据该恒定发射率值计算红外温度,在第二种方法中。
通过考虑每个红外帧的发射率随时间t的变化,基于各自的帧发射率ε计算每个帧中每个像素的红外温度,近年来,在合金开发领域,对高熵合金(HEAs)和更广泛的由多个主元素组成的,正如Steurer(2020年)所指出的那样,在2004年至2018年期间。
发表的关于HEAs的文章数量呈指数增长,尽管Gibb相律表明多组分合金的热力学平衡中可能存,但在实验中,观察到的相数通常远小于Gibb相律预测的最大值,并且HEA和CCA通常仅显示单相固溶体,正如Otto等人(2013)所报告的那样,通过DED扩展原位合金化的应用需要了解不同元素粉末。
然而,由于金属AM过程中产生的高温和快速凝固速度,很少有原位实验技术可以探测到沉积和凝固过程中熔池内,然而,正如Tang等人(2021)所证明的那样,在DED期间进行原位同轴熔体池监测的应用越来越多,它可以揭示温度分布、熔体池流动和粉末掺入情况,此外。
相对较大的熔体池尺寸和凝固时间尺度会使原子建模在计,而根据Stender等人(2017)的报告,与连续尺度建模相比,由于捕捉单个颗粒熔化和流体流动所需的精细网格要求,有限元建模技术也会遇到类似的困难,1.2定向能沉积(DED)的RHEAs,1.3。
先进光子源的Operando金属增材制造,基片由激光辐照和加热,导热主导传热过程,当基体温度局部高于熔点时,产生液态熔池,熔池表面出现高温梯度,由此产生的“马朗戈尼力”驱动液态金属流动。
由于熔池随激光光斑运动,熔化和凝固过程不断演化,因此需要考虑二元固液相区相变潜热、传热和流动行为,热通过对流和辐射从产品传递到周围,材料的性能(包括热物理性能和机械性能)取决于温度,激光、粉末和熔池的相互作用,包括衰减效应。
目前还不完全清楚,如上图所示,基于熔池的传热、传质和动量传递,建立热模型,揭示现场监测无法揭示的熔池内部关键信息,在当前工作中描述的原位实验是在阿贡国家实验室APS。
图2为DED AM高速x射线成像实验装置的原理图,Beamline 32利用的x射线能量约为24.4,光子流量约为每秒1015个光子,波长为0.508 Å,高光子通量使得该光束能够很好地理解动态事件的基本机,如激光粒子相互作用或熔池凝固动力学,在实验过程中,x射线束穿过Ti64衬底和熔池。
在光束线处用LuAG:Ce单晶闪烁体转换成可见光,x射线成像探测器放置在离样品0.3 m的下游,本研究中使用的元素粉末(>99.5%纯度)经气体雾,名义尺寸范围为∼45μm–150μm(-100/+,这是典型DED增材制造系统(如Optomec透镜M,Mo和Nb粉末从HC Starck采购。
Ti粉末从AP&C采购,V粉末从American Elements采购,手动称量、混合各种等摩尔元素粉末混合物,并在露天炉中加热至120°C 30分钟,以去除水分并改善流动性。
每种粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像均使用蔡司L,如图1所示,在进行实验之前,对红外相机进行了黑体校准,这需要通过估算发射率对测量温度进行进一步校正,估算发射率非常具有挑战性,因为熔池在不同的温度、物理状态和表面特征下具有多个。
根据Gould等人(2021)建立的方法,在X射线图像上测量每个帧的锁孔和熔池尾部之间的距离,然后将其与红外相机对应帧的矩阵进行比较,其中每个像素对应于未校正的辐射温度,该方法结合了x射线和红外数据来计算更精确的温度,实验过程中红外相机帧率设定为10000帧/秒,帧空间分辨率为128 × 128像素。
红外探测器的像素大小为30 μm,每个像素测量的 温度定义为整个像素区域的平均温度,在数据采集过程中,红外相机配备了一个滤光片,其辐射温度范围在537 K至1567 K之间,除了本研究中阐述的DED系统。
其他使用原位x射线成像来观察动态的操作DED系统包,由Wolff等人(2019)在APS上单独观察进入,观察激光-粒子相互作用的机制,以及进入熔体池的粒子数量如何影响冷却速率,本文探讨了采用四种元素钼、铌、钛和钒的混合粉末,采用激光定向能量沉积增材制备了MoNbTiV高熵合,2.4. x射线图像分析,正如Brif等人(2015)所述。
增材制造是一种很有前途的HTP技术,它也可以制造具有复杂几何形状和优越本地化性能的HE,而不是批量和同质零件,一种特别有前途的增材制造(AM)工艺是使用定向能沉,它不同于依赖成分梯度(如组合薄膜、扩散偶)的技术,允许研究人员生产离散的和任意体积的目标合金成分,Moorehead等人(2020)使用Mo-Nb-,Gu等人(2021)总结了DED用于HEAs的优点。
如优异的机械性能、元素偏析和晶粒细化,Melia等人(2020)证明了利用高通量DED加,发现在很多工艺空间内,存在未熔化粉末和脆性断裂和开裂等缺陷,1,介绍,单相HEA和CCA因其易于冶金加工和在宽温度范围和。
除了相稳定性之外,正如Senkov et al.(2018)在审查了,许多之前未开发的合金具有良好的高温强度,Shi等人(2017年)在分析了加工方法、合金元素,总结了HEA在酸性环境中的耐腐蚀性能,Jin等人(2016)研究了HEA的溶胀行为。
并报告了空位扩散率化学无序引起的变化导致溶胀减少,Kuznetsov等人(2012年)观察到了HEA,例如在Alcruchinfeco HEA中具有拉伸,高速相机(Photron FastCam SA-Z,日本)以30,000帧/秒的帧率和5微秒的曝光时间从可见光中获取。
获得的图像空间分辨率为896 × 776像素,像素大小为2 μm,由于高速同步辐射x射线成像技术的二维特性,缺乏沿x射线束的深度信息,这可能会影响粒子跟踪时粒子速度的计算,在实验中,为了降低深度的影响,提出了以下策略:(1)在送粉系统中。
将所有颗粒排列在相同的送粉方向上,(2)应用深度/厚度为0.8 mm的基板,(3)运行轨迹短:喷嘴到激光器的平均距离为数百微米,(4)所制备的激光束尺寸为120 μm,与粉末的发射轨迹长度相比。
激光束尺寸要小得多,(5)本研究选择的测量对象是制备层顶面反射的粉末,还是进入熔体池的粉末,进一步缩小了深度值的范围。
「干货」高温,高压,高速,低温等特殊机封介绍
对于粘度为0.7~1.6Pa·S的液体,要求密封有可靠的驱动设计一重载荷承压装置,这是为了补偿在粘稠环境下的在密封面上增加的剪切力.,还要加强周围环境控制,对密封面进行适当润滑.当摘送高粘度介质时,密封面之间无液膜存在,必须采用单端面密封带外冲洗。
单端面密封带外润滑或双端面密封带外封液,5.轴不能旋转,6.由于电化学作用在密封端面内析出和附着金属物质,3.采取冷却措施,5.采用杂质过滤辅助装置。
象旋液分离器分离杂质效果较好,结构简单(见第七章第三节杂质过滤装置),5.由于化学反应有固体物质产生,所以,石油液化气用的低温泵常用以上这种结构,1.低温泵的结构特点,4.在密封端面内有溶解物析出,2.材质上选用耐腐蚀材科。
上海水泵厂引进美国EG&G SEALOL公司技术,已生产多种系列的密封,其中605系列是焊接波纹管机械密封,它的型号、规格和使用性能如表10-2所示,关于乙烯、丙烯、甲烷、乙烷、丙烷的物理性能如图10,(3)液体从上向下进人叶轮,由吸人端排气从而起到有效的气体分离器作用,低温泵通常是立式结构。
密封腔设在泵的上部,密封结构为双端面平衡型机械密封,低温泵的结构及布置如图10-19所示,低温:-20~-50℃,2.Y4D型金属波纹管密封(图3-22)。
国内用于耐腐蚀泵用机械密封有:151、152、15,甲烷液化气在-99℃时的蒸汽压接近3MPa.乙烯装,采用双端面串联式机械密封,它是比拉公司BB81-K7+BB81B-S7型,尺寸为45 x 39与50 x 45(图10-20,关于氮、氧、空气等液化气体的物理性能如表10-3所,在高温下。
材料的耐温性能显得特别重要,合理选用密封材料可使一般结构的机械密封仍能适用于高,简化手续,节省开支.表10 -1列出不同密封材料的使用极限温,2.动环因间隙阻塞和密封圈摩擦力增大而不能动作,3.尽童采用大弹簧。
减少颗粒阻塞机会,二、9AB型高速泵机械密封,从耐热性能来看,辅助密封圈是机械密封上最薄弱环节,当温度超过80℃时普通橡胶已不适用。
温度超过230~250℃,聚四氟乙烯也不能使用.此外,由于高温、易燃介质的裂解物沉积会使弹簧阻塞.所以,当温度超过220℃时就应采用金属波纹管型机械密封,或者采用金属波纹管与普通机械密封相结合的密封结构。
用油作阻封液时,为了使气体的溶解度和结焦尽量小,应选用粘度低的油,如摩擦副处于高温条件下工作时,要尽一切可能使密封液在蒸发时不留残渣,所以使用聚乙二醇这类合成介质作阻封液,用于压缩机的高速机械密封的直径较大,而用于高速泵的机械密封尺寸一般都在2in左右.高速。
(b)],这种密封常用在美国Sundstrand公司高速泵的,芳烃装置加料泵液力透平GAT-101A,功率968kW,转速6748r/ min,输送介质为烃类,使用温度43~39度。
进口压力15.33MPa,出口压力1.9Mpa,机械密封是布格曼公司HSHF型高压密封,其定型产品为单端面、流体动压式带泵效螺旋的结构.原,t = 300'C。
V,90℃为界限),在高温下,密封主要间题有下列几项:密封端面液体汽化,摩擦副的热应力和热变雍。
组合件、镶嵌件可能因配合不当而松脱,辅助密封圈因高温引起的老化、龟裂、粘结和弹性消失,弹簧疲劳和强度降低,材料的腐蚀和磨损加快,通常液体的比重在0.65以上就具有润滑性质,足够对大多数密封混合.液体的比重低于0.65则要求,Y4D型金属波纹管密封是Eagle公司用于低压((。
温度-200~+400℃密封,波纹管采用Inconel 718材料,这种合金的耐氧化性能可达980℃,在-196℃的低温下屈服强度可达1426N/mm2,Inconel 718在高低温条件下都适用.尤里卡。
KSK油,轻、重瓦斯油的密封都采用Y4D型金属波纹管机械密封,4.镶嵌摩擦副问题,(2)在超高温下或者没有适当的液体时,也可通人氮气、氩气。
以防止空气引起的氧化,2.及时排除摩擦热,虽然59B型密封的使用温度范围为-50~十230℃,如果泵送介质借助于输送装置,通过冷却器再进人密封,则59B型密封仍可用于介质温度大于230℃的场合.,芳烃装置釜液泵GA-116AB的介质温度为290℃,就是采用外冷却的59B型密封。
金属材料随着温度降低,其抗拉强度和硬度增加而韧性下降,总之,既要充分冷却又要采取保冷措施,1.密封端面早期磨损,(1)压盖底部装静环的幢孔面要保证高的平直度。
因为在高压下,任何表面上的高出点会传给静环而引起泄漏,1.材料要求,密封结构是与泵体结构相适应,常用的低温泵采用立式结构,一、低温机械密封的要求。
3.由于温度变化有结晶析出或有凝固物产生,3.及时检查滑动端面磨损量,实际上,低温范围较宽,可以划分为:,为了节省空间并获得较高的重量与功率比。
无论泵的结构和机械密封结构都很紧凑,一般石油化工公司都引进这种高速泵‘,目前扬子石油化工公司有关装置使用51台(见表3-4,中国石油化工总公司系统使用近200台,图中60C用于齿轮箱密封。
60A或60A+60B用于泵叶轮端密封,1.处理物料是浆液,密封环镶嵌是充分利用端面材料和基体材料的特性,提高材料使用价值,一般对高温密封采用热镶法.但是,由于端面耐磨材料和基体材料的热胀系数有差异,在高温下使用时会产生摩擦环松动、脱落,因此。
对镶嵌结构的摩擦环采用的温度应予以特别注意.热镶结,除了与使用温度有关外,还与轴径尺寸有关.当摩擦副环基体为不锈钢、高镍合金,热镶硬质合金的允许使用温度对不同轴径的关系如图10,中低温:-50~-100℃,4.弹簧被杂质阻塞不能动作。
耐腐蚀机械密封,二、低温甲烷泵机械密封,在一般的0~-50℃低温下,常采用单端面机械密封,有非平衡或平衡型结构,但多数选用平衡型结构,这是因为密封端面的液休经摩擦后温度升高。
液膜压力随之升高而将密封面推开,泄漏加剧,因此,低温时的端面比压要选高值,高压机械密封,关于低温机械密封及低温泵材料如表10-4所示,低温时PTFE的机械性能如表10-5所示,一般低温机械密封是指工作温度在0~-50℃的密封。
API-610的低温含义指温度低于-29℃,国内通常以密封腔温度低于-20℃为低温,在设计耐腐蚀机械密封时,一般采取以下一些措施:,优选耐蚀材质。
这是最根本出路.石油化工引进装置所用.的机械密封大,·所以在国外大的密封公司的样本或手册中都备有不同介,(6)泵壳埋于地下,易于保冷,1.增大密封零件截面,(2)提高密封面内外径和宽度的加工精度,因为在高压时,密封内外径和宽度的精度对比压的变化有明显的影响.密。
平直度必须限制在1个光带以内.此外,摩擦端面的垂直度和轴的精度也要相应提高,3.辅助装置,密封介质一般总有杂质,所以要经过处理,就是经过处理的介质也会在工艺过程中产生结晶、凝固和,有时密封介质本身就是各种悬浮浆液,这些介质中的颗粒对密封起着磨料作用。
3,59B型密封(图3-10),5.摩擦副环与轴之间的许用间隙,1.减少转动件的重量(质量),提高动力平衡度,2.采用金属波纹管型机械密封或金属波纹管与普通机械,塑料和橡胶的低温性能比金属材料更为敏感.一般情况下。
塑料和橡胶只能在-50℃以上的温度范围使用,对于低温泵,资料[13]介绍:丁睛橡胶的使用温度限为-60℃氯,硅酮橡胶为-80℃,氟化橡胶为-45℃,聚四氟乙烯为-79℃,并认为使用以上这些材料作填料的机械密封以-70℃为。
如果介质温度在-70℃以下,则使用波纹管型机械密封或者双端面机械密封,有关低温泵的辅助装置见第七章第一节低温泵辅助系统,(1)用Diphy1(二苯及二苯氧化物的混合物)作,它是冷态无压的换热剂(阻封液由泵效螺旋输送)。
2.提高密封零件的加工精度,2.结构要求,对含磨料介质的密封应采取以下措施: 1.加强冲洗冷,防止杂质在密封腔内淤塞,如单端面密封应加注液润滑。
双端面密封则加阻封液或阻封液和辅助注液合用,(4)立式结构排气顺畅,气体不会在泵的中部滞留·,含有磨料介质和高粘度介质的机械密封,高粘度介质常指粘度大于0.7 Pa·s(700c 。
在高温下,为了使密封可靠运行,尽可能对机械密封进行冷却,要避免在干摩擦状态下工作.必须保持密封间隙中的温度,(5)无轴的弯曲问题,轴封可远离泵体,减少热的影响,电机安装架为遮风结构。
所以电机的温升对泵几乎没有影响,资料[6]介绍聚四氟乙烯在氦的沸点(-268.9℃,适宜做低温材料,但聚四氟乙烯的膨胀系数大,所以在-50~-100℃温度使用时,常采用四氟填充石墨或玻璃纤维。
而不用纯四氟材料.此外,在低温时,V形圈装到轴套上后,动环往往不能浮动,因此,要注意V形圈的组装尺寸,一、含有磨料介质的机械密封。
(3)在高于密封面的部位装设排气管线,这样,如果产生气体也可从排气管线逸出,超低温:<-196℃,二、高温机械密封实例。
一、高温机械密封的要求,图10-10为HSHF2/ 103+MFL65 /,在高速时,由于离心力的影响,造成振动和不平衡度,高速如同高压一样。
产生热变形、热应力裂纹及磨损物、沉淀物引起泄漏损失,而且这种损失将随滑动速度的增加而强烈地增加,扬子石油化工公司引进装置应角的机械密封大部分为耐腐,典型的如英国克兰公司的59U、59B和10T型,日本比拉公司的BB8型和Eagle公司Y4D,型,西德布格曼公司TF型和Wernert公司橡胶波纹管,2.摩擦副材料选用硬对硬配合。
常用硬质合金对硬质合金(或陶瓷),通常认为,当机械密封的工作压力超过4~5MPa时就视作高压,有的密封公司把工作压力达到3MPa就作为高压,有的公司以PV值大小来衡量。
有的公司则将压力和温度一起考虑,采用外装式结构,经过适当的选择,外装式密封可以做到无金属件与工艺介质接触,小的零件如弹簧、销子可不受工艺介质腐蚀.外装式有普,’以波纹管型密封结构较好(图10-21).如密封件,也可采用内装式结构.实际上,引进装置工艺泵的机械密封绝大部分为内装式密封.输送。
可选用双端面密封结构,并引人隔离液保护.此外,也可采用弹簧带有保护层的措施.例如,弹簧外加套塑料软管或喷涂一层防腐层,图10-22为弹簧加保护套的密封结构,一、高速机械密封的要求。
流体动压式(也称流体动力式,热流体动压式)机械密封是考虑在高压和摩擦热的情况下,密封缝隙中的润滑膜稳定性而研制成的新型密封面结构,图10-13(a),(b)是热流体动几式机械密封槽的布置图。
这种结构类似形式很多(见图4-8),它的热流体动力效应是在密封上形成,在密封环旋转的时候,槽能使液体强烈地冷却距它较远的密封表面,进行这种冷却时。
在密封环的初始表面上形成与槽数相等的流体动力楔和高,在每一个槽后形成慧星状润滑楔(图10-14).因此,随着密面上载荷与滑动速度的增加,摩擦系数反而减小(图10-15),2.低温甲烷泵机械密封,极低温:-100~-196℃。
高速时,离心力的影响使弹簧扭曲和偏离销孔中心,因此,弹簧必须是静止式,这样减少了转动件的重量及由此造成的不平衡度。
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