SE522571C2 - Tätningsringar av hårdmetall för dricksvattenstillämpningar - Google Patents

Description

W U 20 25 30 35 40 522 571 2 mellan 1,0 um och 5 um. Bindefasen skall vara baserad på Fe, Co och Ni med en sammansättning av 35-45 vikt% Fe, 15-50 vikt% Co och rest Ni. Fe/Ni-kvoten skall vara 1-1.3. Dessutom måste bindefasen förutom upplöst W innehålla Cr och möjligen Mo. Följande relation för det totala Cr-innehållet skall vara uppfyllt 0.05 0.055 omkring 0.065 Mängden Mo skall vara 0.1-3 vikt%, företrädesvis Den totala kolhalten skall vara i intervallet 6.13- (0.05i0.007) x bindefas (Co+Ni+Fe) innehåll (vikt%).

En viss grafitporositet ringen, men i ytområdet, där korrosion skulle kunna äga rum kan grafit verka som ett galvaniskt element och bör därför undvikas.

En ytzon tjockare än 200 um fri från grafit skall därför före- ligga.

Hårdmetallen enligt föreliggande uppfinning tillverkas med konventionella pulvermetallurgiska metoder. Pulver som bildar de hårda beståndsdelarna och förlegerat Ni, Fe och Co pulver som bil- dar bindefas våtmals tillsammans, torkas, pressas till kroppar av önskad form och sintras. Pulverblandningen skall ha en sådan kol- halt att ge en kolhalt hos de sintrade kropparna enligt ovan spe- cificerade kolhaltsintervall. För bindefashalt enligt uppfinningen är en temperatur högre än 1550 OC lämplig. Kylning från sintrings- temperatur skall genomföras så snabbt som möjligt, vanligen med en hastighet högre än 15 OC/min ner till 1100 OC.

Exempel 1 Hårdmetall för tätningsringar enligt känd teknik tillverkades med sammansättningen 91 vikt% WC, 8 vikt% Ni, 0.7 vikt% Cr, 0.3 vikt% Mo. Två slags ringar med dimension: OD=40 mm, ID=30 mm, höjd=5 mm (2200 mm2) och med dimension: OD=39 mm, ID=31 mm, höjd=3 mm (1540 mm2) respektive, tillverkades för provning.

Ringarna sintrades vid 1520 OC och hade en kolhalt av 5.64 vikt% efter sintring och en genomsnittlig WC-kornstorlek av 1.5 um.

Tätningsringar enligt uppfinningen tillverkades för provning med samma dimensioner som ovan.

Sammansättningen av hårdmetallen enligt uppfinningen var: WC: 91,0 Vikt% W U 20 25 30 35 522 571 e - o u Q v u . - = . . , , u FeNiCo legering: 8,0 vikt% Mo: 0.3 vikt% Cr: 0.7 vikt% Kornstorleken hos WC-fasen var 1.5 um.

Sammansättningen av den använda FeNiCo-bindefaslegeringen var: Fe: 40.5 vikt% Ni: rest Co 21.1 vikt% Total C 0.014 vikt% Total O 0.61 vikt% Ringarna sintrades vid l520°C i vakuum under en timme.

De fysikaliska egenskaperna efter sintring var som följer: Densitet 14.54 g/cm3 Hårdhet 1200 HV3 Porositet AOOBOOCOO Kolbalansen var nära eta-fasbildning.

Ett gott blandnings- och vätningsuppförande observerades.

Exempel 2 Korrosionsprov enligt BS6920 utfördes med ringar för tät- ningsringstillämpningar. Provet omfattade väsentligen följande steg l. Rengöring av behållaren med HNO3 (10 vol%) och avjoniserat vatten 2. Rengöring av provet med kranvatten (30 min) och sköljning tre gånger med avjoniserat vatten 3. Nedsänkning av provet vid rumstemperatur under en dag i 500 ml avjoniserat vatten.

Ringarna placeras på PTFE stöd (tidigare tvättade som i punkt 1) för att hålla ringarna lodrätt.

Provet utförs vid rumstemperatur och vid 85°C. 4. Överföring av allt utom 50 ml av extraktet till en prov- flaska (rengjord som i punkt 1).

Tillsats av 5 ml HNO3 (70 vikt%) till det återstående 50 ml för att avlägsna ev metaller adsorberade på ytan av behållaren.

Tillsats av resten av extraktet. 10 Ü 20 25 30 35 n » o n nu a. 522 5714 - . - I | n , , , . . 5. Kemisk bestämning av Co, Ni, Cr, Mo och Fe med användning av ICP-spektrometri. 6. Nedsänkning av provet på nytt vid rumstemperatur i nytt avjoniserat vatten sex gånger: fem gånger under en dag och en gång under tre dagar enligt punkterna 1, prov. 2, 4 och 5. 7. Blanktest utfördes enligt punkterna l till 5 utan något Provmaterial var ringar med två dimensioner: o0=39 mm, I0=31 mm, höjd=3 mm (1540 mm2) 00=40 mm, I0=30 mm, höjd=5 mm (2200 mm2> Ytbetingelsen var sintrad.

Material använt i korrosionsprovet: Rostfritt stål AISI 316 (Fe: Crl8/Ni10/Mo3).

Stàlplåtar med omkring 9000 mm2 total yta användes i stället för ringar i lakningsprovet med vatten.

CC-sort C6N med 0.55 vikt% Cr Ringar med total yta av omkring 15000 mm2 användes i lak- ningsproceduren.

Denna sort är en vanligen använd hårdmetallsort i tätnings- ringar för pumpar i salt- och sötvatten.

Sort C9M (9 vikt% av en NiMoCr-bindefas) enligt känd teknik (Exempel 1) Ringar med total yta av omkring 15 000 mm2 användes i lak- ningsproceduren.

Denna sort används i pumpar för korroderande media speciellt havsvatten.

Ringar enligt uppfinningen (Exempel 1) Ringar med total yta av omkring 15 000 mm2 användes vid lak- ningsprocedurerna.

Resultat: Rostfritt stål AISI 316 Temp. 26°C W 522 571 Analys, ng/l Lakning Nr. l 7 CO 220 <2O Ni 20 <2O Fe 150 <20 Cr <2O <20 MO <20 <20 Temp. 85°C Analys, pg/l Lakning Nr. 1 7 CO 60 <20 Ni 2320 <2O Fe 460 <20 Cr <2O <20 MO <2O <2O Sort C6N +O.55 vikt%Cr Temp. 85°C Analys, ng/l Lakning Nr. l 7 CO 480 <25 Ni 6000 210 Sort C9M (Känd teknik, Exempel 1) Temp. 85°C Analys, pg/l Lakning Nr. 1 7 Co 170 40 Ni 2920 570 Cr <2O <2O MO <2O <2O Fe 370 <2O Enligt uppfinningen (Exempel 1) ~ » . . q. u n ø - en 10 U 20 25 30 ~ u v v s: »1 522 5716 | - - I | ø I u » | I « | u.

Temp. 24°C Analys, ng/l Lakning Nr. l 7 Co 20 <20 Ni 40 <20 Temp. 85°C Analys, ng/l Lakning No l 7 CO 180 <20 Ni 360 <20 Dessa resultat visar mycket gott korrosionsmotstånd för hård- metallen enligt uppfinningen: - Vid rumstemperatur är Co- och Ni-halterna lägre än gränsen 50 ug/l eller lägre än detekterbarhetsgränsen 20 ug/l efter den första och sista lakningen respektive.

~ Vid högre temperatur är Co- och Ni-halterna ganska höga ef- ter den första lakningen, men under detekterbarhetsgränsen efter den sista lakningen.

Hårdmetallen kan godkännas enligt BS6920.

Exempel 3 Motståndet mot abrasiv förslitning undersöktes med ett kra- terslipningsprov beskrivet i R. Gåhlin, M. Larsson, P. Hedenqvist, S. Jacobson och S. Hogmark, ”The crater grinder method as a means for coating wear evaluation - an update", Surf. Coat. Technol., 90 (1997) 107-114.

Provningsutrustningen består av ett rostfritt stàlhjul med diameter 20 mm och bredd av 2 mm. Hjulet har en rundad kantyta med samma radie som hjulet, sålunda formad som om det var skuret ut från centrum av en sfär. Proven limmades till ett horisontellt bord, vilket också roterade under provet. En abrasiv slamma an- bringades mellan hjul och provyta. Den kombinerade roterande rö- relsen resulterade i en förslitningsgrop med formen av en sfärisk kalott, någon l mm i diameter, på provytan.

De abrasiva förslitningspartiklarna är monokristallin diamant av en kornstorlek av 2.5 um. Dessa partiklar är blandade med en kommersiell standardvätska (KEMET TYP O), till en koncentration av 10 15 522 571 u v c u co 7 n u - ~ . | ø , | ,. 25 g/l. Normallasten var 0.2 N och den totala glidlängden var 50 (800 varv). vet, kraterdiametern mättes med optisk mikroskopi och ny slamma meter Efter varje intervall av 12.5 m stoppades pro- anbringades på proven. Volymsförlusten mättes med en optisk ytpro- filometer.

Hårdmetallringarna från exempel 1 provades enligt nämnda provmetod: Resultat av det småskaliga abrasionsförslitningsprovet: Prov Relativ förslitning Sort SANDVIK ClOC 1.00 Sort C9M (tidigare känd, Exempel 1) 0.87 Enligt uppfinningen 0.93 Rostfritt stål AISI 316 8.3 Den relativa förslitning är mindre för hårdmetallen enligt uppfinningen. Så den ny sorten har både bättre korrosionsmotstánd och bättre slitstyrka än sorten C9M.

Claims (7)

10 15 20 25 522 571 8 Krav

1. Tätningsring av hårdmetall för dricksvattentillämpningar k ä n n e t e c k n a d av en bindefashalt av 5-15 vikt%, företrä- desvis 8 till ll vikt%, helst omkring 9 vikt% med rest WC med en medelkornstorlek av 1 pm till 5 pm med en bindefassammansättning av 35-45 vikt% Fe, 15-50 vikt% Co och rest Ni varvid bindefasen dessutom innehåller Cr i en mängd av 0.05 vikt%WC) helst O . O65

2. Tätningsring av hårdmetall enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av en Fe/Ni-kvot av 1-1.3.

3. Tätningsring av hårdmetall enligt krav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n a d av att bindefasen innehåller Mo.

4. Tätningsring av hårdmetall enligt krav 3 k ä n n e t e c k n a d av att bindefasen innehåller Mo i en mängd av 0.1-3 vikt%, företrädesvis

5. Tätningsring av hårdmetall enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av en total kolhalt i intervallet 6.13- (0.05i0.007) x bindefasinnehåll av Co+Ni+Fe i vikt%.

6. Tätningsring av hårdmetall enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av en grafitporositet ringen.

7. Tätningsring av hårdmetall enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a d av en ytzon >2OO pm tjock fri från grafit- porositet.