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金材的新型式密封工效探讨
2012年03月07日 09:38 密封产业网

  实验结果各种工艺热处理后的银丝,其维氏显微硬度值都低于原始加工态的硬度HV74.3,*低为HV42.8,根据测得各银丝的硬度值,我们选了原始加工态和三种热处理工艺:380℃保温30min空冷,620℃保温30min空冷,以及620℃保温30min随炉冷,以这四种银丝来进行密封性能实验,它们对应的硬度以及编号列于中。

  实验方法在前面的热处理与硬度实验中,三种热处理工艺和原始加工态被选择出来,我们就是用这四种硬度的银丝进行真空密封实验的。

  在金属垫圈法兰密封中,影响真空密封性能的因素很多,比如:密封结构的设计,密封面的光洁度,密封材料的软硬,法兰的装配,以及密封力的大小等等。本文所讨论的,主要是针对不同硬度的银丝进行比较,所以要使用同一套夹具,并用相等的密封力,这样才具有可比性。

  我们选用了两个法兰均为台阶型密封的真空角阀,其一端的台阶型法兰用银丝密封,另一端口与分子泵机组及氦质谱检漏仪相连,用检漏仪对银丝密封处进行检漏,以此测量银丝的密封性能。整套实验设备示意图如所示,用作夹具的台阶型法兰和银丝如所示。对于每一次密封实验,装配该法兰时,六对M6螺丝都用力矩扳手拧紧至100kgcm,以保证密封力的相等。

  有两个位置是放置银丝的密封面,其光洁度都为7(0.63Λm),直径1mm的银丝被焊接成公称直径35mm的密封圈,经过前面1.2所选的工艺热处理并编号之后,就放在这样的密封面,由螺栓提供的密封力压紧变形,再用检漏仪检测各个密封面处的漏率,从得到的结果比较各银丝的密封性能。

  之所以采用上、中、下三个法兰形成两个密封面这种形式,是为了减小力矩误差对实验结果的影响,在进行实验时,**次将1、2银丝分别放在位置1和位置2,加密封力后测漏率;第二次将2、3银丝分别放在位置1和位置2,加密封力后测漏率;依此,第三次和第四次是将3、4银丝和4、1银丝分别放在位置1和位置2,加密封力后测漏率。这样,即使由力矩扳手提供的密封力稍有不同,它对实验结果的影响也被分散,而每一种银丝都分别在位置1和位置2进行过实验,算总的平均值又可以将这两处密封面的的差异造成的误差消除掉。

  考虑到很多偶然因素都可能影响漏率的测量值,我们在每次(两种)银丝密封圈装配压紧之后,都对每个银丝密封圈测10个数据,并且每两次之间相隔1小时。10个数据测完,并不拆下密封圈,而是让其在密封力的作用下保持14天,然后再测出十个数据,这是为了比较银丝是否会有应力松弛,以及是否会影响密封效果。

  实验结果将每一组密封实验漏率数据记录、整理,列于表2、。其中,为每次装配当天所测漏率值,为14天后所测漏率值,各漏率平均值是十个数值出去*高、*低值之后的平均值。

  单从的数据,可以看出,银丝的密封性能与其工艺(也就是与其硬度)密切相关:1加工态银丝*硬(HV74.3),漏率*大,即密封效果*差;3620℃空冷银丝硬度次之(HV63.6),漏率也次之;2380℃空冷银丝硬度又次之(HV58.7),漏率也更小一些;4620℃随炉冷银丝硬度*软(HV42.8),漏率也*小,也即密封效果*好。但是,硬度HV58.7的2银丝与硬度HV42.8的4银丝相比,漏率的差异很小。

  再看的数据,趋势与相近,所不同的是*软的4银丝的漏率反而比较硬的2银丝的漏率稍大。把和结合起来看,的漏率值都比表2中对应的数据大,也就是说,经过两周的时间,银丝的密封性能都有所下降。但是,漏率值的增加幅度却各不相同,其中2银丝的漏率增加幅度*小,而4银丝的漏率增加幅度*大,显然4银丝的密封效果也下降得*明显,已经差于2银丝了。

  实验结果分析对于99.9%的纯银,只有面心立方(fcc)一种晶体结构,不存在第二相强化,那么影响硬度的因素,主要就是银的晶粒度以及冷加工导致的晶粒畸变。而热处理对银丝硬度的影响,也主要来自晶粒度和畸变晶粒的变化。

  我们对四种银丝的镶嵌试样进行腐蚀,观察它们的金相组织,并拍摄照片。1、2、3和4银丝试样经15%稀王水在60~80℃腐蚀后的金相照片,放大倍数为600倍。从金相照片上看,原始加工态的1银丝的晶粒相对比较细,这可能是由于大的冷变形加工使晶粒畸变所致,1银丝的高硬度,也正是来源于这种形变;经过热处理的2、3和4银丝的晶粒尺寸则都有较大的增长,它们的硬度也都有所下降,这是由于较高的温度一方面使经畸变的晶粒亚结构发生了回复,一方面也使晶粒了发生长大(再结晶)。

  银丝的密封性能,主要决定于其硬度(在其他各种条件均相同的情况下),但也并非越软越好。在实际应用中,620℃保温后随炉冷的4银丝虽然很软,密封后的漏率也很小,但在经过密封力较长时间的作用之后,其密封性能却有较大的降低。分析原因,很可能是由于应力松弛所致。这是因为,面心立方结构fcc晶体的滑移系本来就很多,而经过了再结晶的很软的银丝,就更容易在大的应力作用下由于滑移而产生塑性变形,从而使应力得到松弛。与密封面之间压力的减小又直接导致了密封性能的下降。

  与620℃保温后随炉冷的4银丝相比,380℃保温后空冷的2银丝硬度虽然硬一些,但两者装配后的漏率相差并不大,而且后者在经过密封力较长时间的作用之后,密封效果的下降并不明显,所以我们认为,380℃保温后空冷的2银丝更适宜用于超高真空密封。

  至于原始冷加工态的1银丝和620℃保温后空冷的3银丝,它们的硬度较高,密封性能也比2和4银丝差,所以更不宜用于超高真空密封。

  结论通过前面的实验和对实验结果的分析,我们得出如下结论:通过热处理可以明显地降低冷加工态银丝的硬度;硬度明显地影响银丝的密封性能;并非*软的银丝*适宜用于超高真空密封,还要考虑应力松弛现象;所做实验的各种热处理工艺中,380℃保温后空冷是*适宜用来处理冷加工银丝的。

  

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