Tenute meccanichesvolgono un ruolo molto importante nell’evitare la perdita di risorse per molti settori diversi. Nel settore nautico ci sonotenute meccaniche della pompa, tenute meccaniche ad albero rotante. E nell'industria del petrolio e del gas ce ne sonotenute meccaniche a cartuccia,tenute meccaniche split o tenute meccaniche per gas secco. Nelle industrie automobilistiche esistono tenute meccaniche ad acqua. E nell'industria chimica ci sono tenute meccaniche per miscelatori (tenute meccaniche per agitatori) e tenute meccaniche per compressori.
A seconda delle diverse condizioni di utilizzo, è necessaria la soluzione di tenuta meccanica con materiali diversi. Ci sono molti tipi di materiali utilizzati neltenute meccaniche per alberi come tenute meccaniche in ceramica, tenute meccaniche in carbonio, tenute meccaniche in carburo di silicio,Tenute meccaniche SSIC eTenute meccaniche TC.
Tenute meccaniche in ceramica
Le tenute meccaniche in ceramica sono componenti critici in varie applicazioni industriali, progettate per impedire perdite di fluidi tra due superfici, come un albero rotante e un alloggiamento fisso. Queste guarnizioni sono molto apprezzate per la loro eccezionale resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e capacità di resistere a temperature estreme.
Il ruolo principale delle tenute meccaniche in ceramica è quello di mantenere l'integrità delle apparecchiature prevenendo la perdita o la contaminazione del fluido. Sono utilizzati in numerosi settori, tra cui petrolio e gas, lavorazione chimica, trattamento delle acque, prodotti farmaceutici e lavorazione alimentare. L'uso diffuso di questi sigilli può essere attribuito alla loro costruzione durevole; sono realizzati con materiali ceramici avanzati che offrono caratteristiche prestazionali superiori rispetto ad altri materiali di tenuta.
Le tenute meccaniche in ceramica comprendono due componenti principali: uno è una faccia stazionaria meccanica (solitamente realizzata in materiale ceramico) e un'altra è una faccia rotante meccanica (comunemente costruita in grafite di carbonio). L'azione di tenuta avviene quando entrambe le facce vengono premute insieme utilizzando la forza della molla, creando un'efficace barriera contro le perdite di fluido. Durante il funzionamento dell'apparecchiatura, il film lubrificante tra le facce di tenuta riduce l'attrito e l'usura mantenendo una tenuta ermetica.
Un fattore cruciale che distingue le tenute meccaniche ceramiche dagli altri tipi è la loro eccezionale resistenza all'usura. I materiali ceramici possiedono eccellenti proprietà di durezza che consentono loro di resistere a condizioni abrasive senza danni significativi. Ciò si traduce in guarnizioni più durevoli che richiedono sostituzioni o manutenzioni meno frequenti rispetto a quelle realizzate con materiali più morbidi.
Oltre alla resistenza all’usura, la ceramica mostra anche un’eccezionale stabilità termica. Possono resistere alle alte temperature senza subire degrado o perdere la loro efficienza di tenuta. Ciò li rende adatti all'uso in applicazioni ad alta temperatura in cui altri materiali di tenuta potrebbero cedere prematuramente.
Le tenute meccaniche ceramiche, infine, offrono un'ottima compatibilità chimica, con resistenza a diverse sostanze corrosive. Ciò li rende una scelta interessante per le industrie che trattano abitualmente prodotti chimici aggressivi e fluidi aggressivi.
Le tenute meccaniche in ceramica sono essenzialiguarnizioni dei componentiprogettato per prevenire perdite di liquidi nelle apparecchiature industriali. Le loro proprietà uniche, come resistenza all'usura, stabilità termica e compatibilità chimica, li rendono la scelta preferita per varie applicazioni in molteplici settori
| proprietà fisica della ceramica | ||||
| Parametro tecnico | unità | 95% | 99% | 99,50% |
| Densità | g/cm3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Durezza | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Tasso di porosità | % | 0.4 | 0,2 | 0,15 |
| Resistenza alla frattura | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Coefficiente di dilatazione termica | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Conduttività termica | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Tenute meccaniche al carbonio
La tenuta meccanica al carbonio ha una lunga storia. La grafite è un'isoforma dell'elemento carbonio. Nel 1971, gli Stati Uniti studiarono il materiale di tenuta meccanica in grafite flessibile, di successo, che risolse la perdita della valvola dell'energia atomica. Dopo una lavorazione profonda, la grafite flessibile diventa un eccellente materiale di tenuta, che viene trasformato in varie tenute meccaniche in carbonio con l'effetto di componenti di tenuta. Queste tenute meccaniche in carbonio sono utilizzate nelle industrie chimiche, petrolifere ed elettriche come le tenute per fluidi ad alta temperatura.
Poiché la grafite flessibile è formata dall'espansione della grafite espansa dopo alta temperatura, la quantità di agente intercalante rimanente nella grafite flessibile è molto piccola, ma non completamente, quindi l'esistenza e la composizione dell'agente intercalante hanno una grande influenza sulla qualità e le prestazioni del prodotto.
Selezione del materiale della faccia della guarnizione in carbonio
L'inventore originale utilizzava acido solforico concentrato come agente ossidante e intercalante. Tuttavia, dopo essere stato applicato alla guarnizione di un componente metallico, è stato riscontrato che una piccola quantità di zolfo rimanente nella grafite flessibile corrode il metallo di contatto dopo un uso a lungo termine. Alla luce di questo punto, alcuni studiosi nazionali hanno cercato di migliorarlo, come Song Kemin che ha scelto l'acido acetico e l'acido organico invece dell'acido solforico. acido, lento nell'acido nitrico e abbassare la temperatura a temperatura ambiente, costituito da una miscela di acido nitrico e acido acetico. Utilizzando la miscela di acido nitrico e acido acetico come agente di inserimento, la grafite espansa priva di zolfo è stata preparata con permanganato di potassio come ossidante e l'acido acetico è stato aggiunto lentamente all'acido nitrico. La temperatura viene ridotta a temperatura ambiente e viene preparata la miscela di acido nitrico e acido acetico. A questa miscela vengono poi aggiunti la grafite in scaglie naturali e il permanganato di potassio. Sotto agitazione costante, la temperatura è di 30 C. Dopo 40 minuti di reazione, l'acqua viene lavata fino a neutra ed essiccata a 50~60 C, e la grafite espansa viene prodotta dopo espansione ad alta temperatura. Questo metodo non realizza alcuna vulcanizzazione a condizione che il prodotto possa raggiungere un certo volume di espansione, in modo da ottenere una natura relativamente stabile del materiale di tenuta.
| Tipo | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Marca | Impregnato | Impregnato | Fenolo impregnato | Carbonio di antimonio (A) | |||||
| Densità | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Resistenza alla frattura | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Resistenza alla compressione | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Durezza | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Porosità | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperature | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Tenute meccaniche al Carburo di Silicio
Il carburo di silicio (SiC) è noto anche come carborundum, che è costituito da sabbia di quarzo, coke di petrolio (o coke di carbone), trucioli di legno (che devono essere aggiunti durante la produzione di carburo di silicio verde) e così via. Il carburo di silicio ha anche un minerale raro in natura, il gelso. Nelle contemporanee materie prime refrattarie ad alta tecnologia C, N, B e altre non-ossidi, il carburo di silicio è uno dei materiali più utilizzati ed economici, che può essere chiamato sabbia di acciaio dorato o sabbia refrattaria. Attualmente, la produzione industriale cinese di carburo di silicio è divisa in carburo di silicio nero e carburo di silicio verde, entrambi cristalli esagonali con una proporzione di 3,20 ~ 3,25 e microdurezza di 2840 ~ 3320 kg/m²
I prodotti in carburo di silicio sono classificati in molti tipi a seconda del diverso ambiente di applicazione. Generalmente viene utilizzato in modo più meccanico. Ad esempio, il carburo di silicio è un materiale ideale per la tenuta meccanica in carburo di silicio grazie alla sua buona resistenza alla corrosione chimica, elevata resistenza, elevata durezza, buona resistenza all'usura, basso coefficiente di attrito e resistenza alle alte temperature.
Gli anelli di tenuta SIC possono essere suddivisi in anello statico, anello mobile, anello piatto e così via. Il silicio SiC può essere trasformato in vari prodotti in carburo di silicio, come anello rotante in carburo di silicio, sede fissa in carburo di silicio, boccola in carburo di silicio e così via, in base alle esigenze speciali dei clienti. Può anche essere utilizzato in combinazione con materiale di grafite e il suo coefficiente di attrito è inferiore a quello della ceramica di allumina e delle leghe dure, quindi può essere utilizzato con un valore PV elevato, soprattutto in condizioni di acido forte e alcali forti.
Il ridotto attrito del SIC è uno dei principali vantaggi derivanti dal suo utilizzo nelle tenute meccaniche. Il SIC può quindi resistere all'usura meglio di altri materiali, prolungando la vita della guarnizione. Inoltre, il ridotto attrito del SIC riduce la necessità di lubrificazione. La mancanza di lubrificazione riduce la possibilità di contaminazione e corrosione, migliorando l'efficienza e l'affidabilità.
Il SIC ha anche un'ottima resistenza all'usura. Ciò indica che può sopportare un uso continuo senza deteriorarsi o rompersi. Ciò lo rende il materiale perfetto per usi che richiedono un elevato livello di affidabilità e durata.
Può anche essere rilappata e lucidata in modo che la guarnizione possa essere rinnovata più volte nel corso della sua vita. Viene generalmente utilizzato in modo più meccanico, ad esempio nelle tenute meccaniche, per la sua buona resistenza alla corrosione chimica, elevata resistenza, elevata durezza, buona resistenza all'usura, basso coefficiente di attrito e resistenza alle alte temperature.
Se utilizzato per le facce delle tenute meccaniche, il carburo di silicio garantisce prestazioni migliorate, maggiore durata delle tenute, minori costi di manutenzione e minori costi di esercizio per apparecchiature rotanti come turbine, compressori e pompe centrifughe. Il carburo di silicio può avere proprietà diverse a seconda di come è stato prodotto. Il carburo di silicio legato per reazione si forma legando tra loro le particelle di carburo di silicio in un processo di reazione.
Questo processo non influisce in modo significativo sulla maggior parte delle proprietà fisiche e termiche del materiale, tuttavia limita la resistenza chimica del materiale. Le sostanze chimiche più comuni che costituiscono un problema sono le sostanze caustiche (e altre sostanze chimiche a pH elevato) e gli acidi forti, pertanto il carburo di silicio legato per reazione non deve essere utilizzato con queste applicazioni.
Infiltrato sinterizzato per reazionecarburo di silicio. In tale materiale, i pori del materiale SIC originale vengono riempiti durante il processo di infiltrazione bruciando il silicio metallico, così appare il SiC secondario e il materiale acquisisce proprietà meccaniche eccezionali, diventando resistente all'usura. Grazie al suo ritiro minimo, può essere utilizzato nella produzione di parti grandi e complesse con tolleranze strette. Tuttavia, il contenuto di silicio limita la temperatura operativa massima a 1.350 °C, anche la resistenza chimica è limitata a circa pH 10. Il materiale non è consigliato per l'uso in ambienti alcalini aggressivi.
Sinterizzatoil carburo di silicio è ottenuto sinterizzando un granulato finissimo di SIC precompresso ad una temperatura di 2000 °C per formare forti legami tra i grani del materiale.
Innanzitutto il reticolo si ispessisce, poi la porosità diminuisce e infine i legami tra i grani si sinterizzano. Nel processo di tale lavorazione si verifica un significativo restringimento del prodotto – di circa il 20%.
Anello di tenuta SSIC è resistente a tutti gli agenti chimici. Poiché nella sua struttura non è presente silicio metallico, può essere utilizzato a temperature fino a 1600°C senza comprometterne la resistenza
| proprietà | R-SiC | S-SiC |
| Porosità (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Densità (g/cm3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Durezza | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Modulo elastico (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Contenuto di SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Contenuto Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Resistenza alla flessione (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Resistenza alla compressione (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Coefficiente di dilatazione termica (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Resistenza al calore (nell'atmosfera) (℃) | 1300 | 1600 |
Tenuta meccanica TC
I materiali TC hanno caratteristiche di elevata durezza, resistenza, resistenza all'abrasione e resistenza alla corrosione. È conosciuto come “Dente Industriale”. Grazie alle sue prestazioni superiori, è stato ampiamente utilizzato nell'industria militare, aerospaziale, nella lavorazione meccanica, nella metallurgia, nell'estrazione petrolifera, nella comunicazione elettronica, nell'architettura e in altri campi. Ad esempio, nelle pompe, nei compressori e negli agitatori, gli anelli in carburo di tungsteno vengono utilizzati come tenute meccaniche. La buona resistenza all'abrasione e l'elevata durezza lo rendono adatto alla produzione di parti resistenti all'usura con alte temperature, attrito e corrosione.
In base alla composizione chimica e alle caratteristiche di utilizzo, il TC può essere suddiviso in quattro categorie: tungsteno-cobalto (YG), tungsteno-titanio (YT), tungsteno titanio tantalio (YW) e carburo di titanio (YN).
La lega dura di tungsteno cobalto (YG) è composta da WC e Co. È adatta per la lavorazione di materiali fragili come ghisa, metalli non ferrosi e materiali non metallici.
La stellite (YT) è composta da WC, TiC e Co. Grazie all'aggiunta di TiC alla lega, la sua resistenza all'usura è migliorata, ma la resistenza alla flessione, le prestazioni di molatura e la conduttività termica sono diminuite. A causa della sua fragilità alle basse temperature, è adatto solo per il taglio ad alta velocità di materiali generici e non per la lavorazione di materiali fragili.
Tungsteno titanio tantalio (niobio) cobalto (YW) viene aggiunto alla lega per aumentare la durezza, la resistenza alle alte temperature e la resistenza all'abrasione attraverso una quantità adeguata di carburo di tantalio o carburo di niobio. Allo stesso tempo, anche la tenacità risulta migliorata con prestazioni di taglio più complete. Viene utilizzato principalmente per materiali da taglio duri e taglio intermittente.
La classe base del titanio carbonizzato (YN) è una lega dura con la fase dura di TiC, nichel e molibdeno. I suoi vantaggi sono l'elevata durezza, la capacità anti-incollaggio, l'usura anti-mezzaluna e la capacità anti-ossidazione. A una temperatura superiore a 1000 gradi può ancora essere lavorato. È applicabile alla finitura continua di acciai legati e da tempra.
| modello | contenuto di nichel (% in peso) | densità (g/cm²) | durezza(HRA) | resistenza alla flessione (≥N/mm²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14.5-14.9 | 88.5-91.0 | 1800 |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87,5-90,0 | 2000 |
| modello | contenuto di cobalto (% in peso) | densità (g/cm²) | durezza(HRA) | resistenza alla flessione (≥N/mm²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14.6-15.0 | 89,5-91,0 | 1800 |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14.5-14.9 | 88.0-90.5 | 1980 |
| YG12 | 11.7-12.2 | 13,9-14,5 | 87,5-89,5 | 2400 |
| YG15 | 14.6-15.2 | 13.9-14.2 | 87,5-89,0 | 2480 |
| YG20 | 19.6-20.2 | 13.4-13.7 | 85.5-88.0 | 2650 |
| YG25 | 24.5-25.2 | 12.9-13.2 | 84,5-87,5 | 2850 |