WC-Ni硬质合金密封圈损伤失效研究
发布时间：2022-02-10 01:39
某核主泵采用的WC-Ni硬质合金O形密封圈在运行一段时间后,密封圈端面出现较多的裂纹。为研究密封圈端面损伤失效原因,对密封圈损伤区进行微观形貌分析、白光干涉测试分析、损伤区化学成分分析和表面残余应力测试,讨论WC-Ni硬质合金密封圈表面出现的损伤特征,并对其服役安全性进行评估。结果表明:裂纹源多在密封圈槽堰区和坝区的交界处产生,裂纹多数分布在坝区,坝区损伤程度相比槽堰区较大;裂纹区存在氧化现象,但氧化程度比较轻微,氧化产物主要为W的氧化物;裂纹的产生主要是由密封圈槽堰区和坝区之间较大的应力差导致的,但裂纹体积较小,损伤轻微,短期内不会对整体机械密封装备造成重要影响。
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
裂纹区2D图
试验材料从WC-Ni硬质合金密封圈上取样,牌号为YWN8,密封圈内环直径为277 mm,外环直径为302 mm,厚度为20 mm,如图1所示。密封圈主要材料为WC-Ni硬质合金,WC质量分数为89%,Ni质量分数为11%。WC-Ni硬质合金的力学性能如表1所示。表1 WC-Ni硬质合金力学性能Table 1 Mechanical properties of WC-Ni cemented carbide 密度ρ/(g·cm-3) 硬度 抗弯强度σs/(N·mm-2) 弹性模量E/GPa 14.6～14.8 HRA88.5～90 1 470 596
根据放大镜观测到,6-2损伤区出现的裂纹数最多,采用扫描电子显微镜(SEM,JSE-6610LV)对密封圈损伤区进行微观形貌分析。图2所示为6-2损伤区试样的SEM形貌,可以看出,6-2损伤带共有5条裂纹,裂纹源均在密封圈槽堰区和坝区的交界处产生,每条裂纹不仅有沿裂纹长度方向扩展的趋势,而且体积较大的裂纹还在裂纹两侧衍生新的裂纹分支并有继续扩展的趋势,裂纹宽度较大,深度较小。槽堰区表面比较疏松,存在较多的空隙,坝区表面材料分布相对于槽堰区较为密集,也更加均匀,可以推测,激光处理使得CW-Ni硬质合金表面更加疏松。在坝区与槽堰区交界处,存在明显的分界线,裂纹源主要集中在交界处,分别向槽区以及坝区扩展,坝区裂纹扩展相比于槽区较多,损伤程度更加严重。在槽堰区和坝区的交界处发现有条状损伤带(如图中椭圆框内所示),有明显的剥落特征,在未服役的密封圈未发现这种现象,初步推测应该是密封圈服役过程中微动磨损造成的[16-17]。2.2 白光干涉仪分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]非接触式机械密封动力学研究进展[J]. 孙电锋,孙见君,於秋萍,马晨波,葛诚. 化工进展. 2019(12)
[2]多孔端面机械密封三种不同型腔微孔膜压数值模拟[J]. 申世宇,阿达依·谢尔亚孜旦,刘欢. 机床与液压. 2019(14)
[3]反应堆冷却剂泵动压机械密封的工程开发与应用[J]. 冯晓东,马宇,宋奎龙,谈和平,李梦启,吕延光. 核动力工程. 2019(03)
[4]基于有限元的O形密封圈在三角区域的密封性能研究[J]. 谢峰,杨高,黄振华. 机床与液压. 2019(10)
[5]铁镍代钴硬质合金的发展现状[J]. 望军. 山东化工. 2017(22)
[6]机械密封流体动压槽加工工艺技术研究进展[J]. 毛文元,宋鹏云,邓强国,许恒杰. 润滑与密封. 2017(11)
[7]一种高强度、高硬度WC-6Ni硬质合金的研究[J]. 万小虎,李文鹏,苏华. 粉末冶金技术. 2015(05)
[8]O形密封圈失效原因分析[J]. 赵瑞萍. 煤矿机械. 2013(05)
[9]机械密封端面材料WC-Ni硬质合金的研究进展[J]. 温庆丰,刘莹,黄伟峰,索双富,刘向锋,王玉明. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(01)
[10]WC-Ni硬质合金的研究与应用[J]. 郭智兴,熊计. 工具技术. 2005(08)
本文编号：3618014
【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
裂纹区2D图
试验材料从WC-Ni硬质合金密封圈上取样,牌号为YWN8,密封圈内环直径为277 mm,外环直径为302 mm,厚度为20 mm,如图1所示。密封圈主要材料为WC-Ni硬质合金,WC质量分数为89%,Ni质量分数为11%。WC-Ni硬质合金的力学性能如表1所示。表1 WC-Ni硬质合金力学性能Table 1 Mechanical properties of WC-Ni cemented carbide 密度ρ/(g·cm-3) 硬度 抗弯强度σs/(N·mm-2) 弹性模量E/GPa 14.6～14.8 HRA88.5～90 1 470 596
根据放大镜观测到,6-2损伤区出现的裂纹数最多,采用扫描电子显微镜(SEM,JSE-6610LV)对密封圈损伤区进行微观形貌分析。图2所示为6-2损伤区试样的SEM形貌,可以看出,6-2损伤带共有5条裂纹,裂纹源均在密封圈槽堰区和坝区的交界处产生,每条裂纹不仅有沿裂纹长度方向扩展的趋势,而且体积较大的裂纹还在裂纹两侧衍生新的裂纹分支并有继续扩展的趋势,裂纹宽度较大,深度较小。槽堰区表面比较疏松,存在较多的空隙,坝区表面材料分布相对于槽堰区较为密集,也更加均匀,可以推测,激光处理使得CW-Ni硬质合金表面更加疏松。在坝区与槽堰区交界处,存在明显的分界线,裂纹源主要集中在交界处,分别向槽区以及坝区扩展,坝区裂纹扩展相比于槽区较多,损伤程度更加严重。在槽堰区和坝区的交界处发现有条状损伤带(如图中椭圆框内所示),有明显的剥落特征,在未服役的密封圈未发现这种现象,初步推测应该是密封圈服役过程中微动磨损造成的[16-17]。2.2 白光干涉仪分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]非接触式机械密封动力学研究进展[J]. 孙电锋,孙见君,於秋萍,马晨波,葛诚. 化工进展. 2019(12)
[2]多孔端面机械密封三种不同型腔微孔膜压数值模拟[J]. 申世宇,阿达依·谢尔亚孜旦,刘欢. 机床与液压. 2019(14)
[3]反应堆冷却剂泵动压机械密封的工程开发与应用[J]. 冯晓东,马宇,宋奎龙,谈和平,李梦启,吕延光. 核动力工程. 2019(03)
[4]基于有限元的O形密封圈在三角区域的密封性能研究[J]. 谢峰,杨高,黄振华. 机床与液压. 2019(10)
[5]铁镍代钴硬质合金的发展现状[J]. 望军. 山东化工. 2017(22)
[6]机械密封流体动压槽加工工艺技术研究进展[J]. 毛文元,宋鹏云,邓强国,许恒杰. 润滑与密封. 2017(11)
[7]一种高强度、高硬度WC-6Ni硬质合金的研究[J]. 万小虎,李文鹏,苏华. 粉末冶金技术. 2015(05)
[8]O形密封圈失效原因分析[J]. 赵瑞萍. 煤矿机械. 2013(05)
[9]机械密封端面材料WC-Ni硬质合金的研究进展[J]. 温庆丰,刘莹,黄伟峰,索双富,刘向锋,王玉明. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(01)
[10]WC-Ni硬质合金的研究与应用[J]. 郭智兴,熊计. 工具技术. 2005(08)
本文编号：3618014
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