Accueil > Connaissance > Contenu

Conception et application de la vanne à soupape en titane

Jul 25, 2019

1. Introduction

Les vannes en titane et les alliages de titane présentent des avantages remarquables, tels que légèreté, haute résistance, résistance à la corrosion et résistance à la pression. Ils ont été largement utilisés dans l’aviation, le développement spatial, le pétrole, les produits chimiques, la métallurgie, l’énergie électrique, le médical et la santé, l’instrumentation et d’autres industries. Afin de répondre aux besoins des navires de haute mer, des navires, des vannes marines, etc., de technologie marine, Valve Technology Network utilise son alliage de titane pour la fabrication de vannes. Dans le processus de développement des vannes en titane, les produits sont conçus avec de nouvelles technologies, de nouveaux matériaux et de nouvelles normes. Les exigences de la politique de produits de haute technologie sont une technologie d’application de matériaux émergente et prometteuse, qui améliore la qualité de la vanne et améliore les performances du produit.

2, résistance à la corrosion du titane

Le titane est un métal hautement actif sur le plan chimique, mais il présente une résistance à la corrosion exceptionnellement bonne pour la plupart des milieux corrosifs. La raison en est que le titane et l'oxygène ont une grande affinité. Lorsque le titane est exposé à l'atmosphère ou à un milieu contenant de l'oxygène, la surface forme immédiatement un film d'oxyde passif puissant et compact. Ce film est très stable et, s'il subit des dommages mécaniques, il est immédiatement reformé (tant qu'une certaine quantité d'oxygène est présente).

Le titane a plusieurs formes spéciales de corrosion, telles que la corrosion à haute température, la corrosion sous contrainte, la corrosion par piqûre, la corrosion par fissure, la corrosion galvanique, la fatigue par corrosion, etc., mais le titane est principalement utilisé dans les vannes marines pour se concentrer sur la corrosion galvanique.

La corrosion galvanique est la corrosion d'un métal qui joue le rôle d'anode lorsque deux métaux différents forment un couple galvanique dans un électrolyte. La quantité de corrosion dépend de la différence de potentiel de l'électrode entre les deux matériaux, ainsi que du rapport de surface entre l'anode et la cathode et des caractéristiques de polarisation des deux. Contrairement aux matériaux conventionnels, le titane est passif dans de nombreux milieux et présente un potentiel similaire à celui de l'acier inoxydable 18-8 passif. Le potentiel du titane dans l'eau de mer est de -0,10 V (pour les électrodes au calomel saturé). Lorsque le titane est en contact avec du Monel, du Hastelloy C, de l'acier inoxydable 18-8 et du tube de bronze à l'aluminium revêtu de nickel, la différence de potentiel est faible et aucune corrosion galvanique ne se produit. Cependant, dans l'eau de mer, lorsque le titane est en contact avec l'aluminium, le zinc et l'acier au carbone, des métaux tels que l'aluminium et le zinc sont corrodés. Cependant, leur taux de corrosion est inférieur à celui causé par le contact avec l'acier inoxydable. Le degré de corrosion de ces métaux varie avec le rapport de la surface du titane à la surface métallique du titane en contact. Lorsque le rapport de la surface du métal en contact de titane à titane est de 1:10 (c'est-à-dire que le rapport de la surface anode à cathode est de 1:10), le métal en contact se corrode rapidement. En revanche, lorsque le rapport de la surface du métal au titane en contact avec le titane est de 10: 1, le taux de corrosion est fortement réduit.

Des conditions similaires à l’eau de mer sont également présentes à de faibles concentrations d’acides réducteurs tels que l’acide sulfurique ou l’acide chlorhydrique. De plus, le titane a une forte tendance à la polarisation, ce qui signifie qu'un couple galvanique contenant du titane comme cathode ne produit qu'un faible courant. Étant donné que la surface de titane a un film d’oxyde, la vitesse de corrosion de la soupape à soupape en titane n’augmente généralement pas lorsqu’elle entre en contact avec d’autres métaux. Par conséquent, le choix d'autres matériaux sur la vanne en titane du navire doit prêter une attention particulière à la comparaison de la corrosion galvanique.

3, caractéristiques structurelles de la vanne en titane et attention à la conception et à la fabrication

Pour l'application de titane et d'alliages de titane sur les vannes, prenons l'exemple de la vanne à soupape. Le trajet d'écoulement du corps de la vanne se présente sous la forme de la figure 2 afin de réduire le récurage direct de la surface d'étanchéité par les zones de courant et de courants de Foucault en raison de la contraction et de l'expansion vives du passage.

Les problèmes suivants doivent être notés lors de la conception et de la fabrication des vannes en titane:

(1) Le titane est relativement coûteux et il est économique et raisonnable d’utiliser du titane. Dans les endroits qui ne sont pas en contact avec des fluides corrosifs, les pièces en titane doivent être utilisées autant que possible.

(2) Les propriétés mécaniques du titane changent avec la température, laquelle est supérieure à celle de l'acier ordinaire au carbone et de l'acier allié. L'indice de résistance diminue avec l'augmentation de la température. Par exemple, la résistance à la traction et la limite d'élasticité comprises entre 250 et 300 ° C sont deux fois moins élevées qu'à la température normale. Par conséquent, même si la température de conception n'est pas élevée, il convient de la sélectionner en fonction de la valeur de l'intensité à la température de conception. Le titane a un taux de rendement élevé et une bonne durabilité. Par conséquent, lorsque la température de conception est inférieure à 316 ° C, l'indice de résistance de conception est souvent la résistance à la traction à cette température. Pour le titane pur industriel, l'indice de résistance ne peut pas être augmenté par traitement thermique. Le titane a un faible coefficient de dilatation thermique. Lorsque le titane est utilisé en combinaison avec d'autres matériaux, il convient de prendre en compte les contraintes dues à la différence de dilatation.

(3) Les alliages de titane pur industriel et d'α-titane ont une plage de déformation plastique moindre pendant le travail à la presse et sont sujets à la fissuration. L'augmentation de la vitesse de déformation, l'abaissement de la température de déformation, etc., peuvent provoquer des fissures lors du traitement. Par conséquent, il est préférable de ne pas concevoir une pièce travaillée à froid avec une déformation importante. là où la bride est requise, le rayon de courbure doit être aussi grand que possible; l'espace entre le tube relié par la dilatation et le trou du tube doit être petit pour éviter le gonflement du tube en titane. fissure.

(4) Lors de l'utilisation de boulons en titane, il est nécessaire de prendre en compte le problème de la relaxation des contraintes due au phénomène de fluage du titane à température normale. Il est préférable de ne pas utiliser de boulons en titane comme joint pour un scellement forcé. Lorsque des boulons en titane sont nécessaires pour résister à la corrosion, il convient de prendre en compte la conception de la structure pour faciliter le serrage périodique des boulons et assurer leur étanchéité. Le titane, comme l’acier inoxydable, présente également des propriétés de frottement et de grippage. Les fils de titane sont faciles à mordre et peuvent être démontés avec des matériaux différents, un jeu de filetage important ou un lubrifiant approprié. Le filetage interne à exploiter doit être moins utilisé, et la structure filetée avec dégagement inférieur doit être utilisée autant que possible. De même, le réglage et les performances de la vanne en titane sont contrôlés par le filetage de la tige et sont obtenus par la rotation du volant. Cela devrait être assuré par les propriétés des matériaux et la fabricabilité de chaque pièce.

(5) Lors de la conception de la structure, il est nécessaire d'éliminer les interstices et les creux dans lesquels l'eau peut être stockée afin d'éviter la corrosion par crevasse du titane dans certains milieux. En particulier, l’écart formé par le titane et le tétrafluoro est plus sensible à la corrosion que l’écart entre titane et titane car le titane ne résiste pas à la corrosion par les solutions contenant une faible quantité de fluorure soluble, ce qui provoque la rupture de l’état passif. Par conséquent, des précautions particulières doivent être prises lors de l’utilisation de tapis en plastique téflon, de joints en caoutchouc contenant du fluor et d’adhésifs.

(6) En raison de la forte activité chimique du titane et de ses propriétés physiques et mécaniques particulières, il peut être traité par coupe générale, mais présente des exigences particulières par rapport à d'autres métaux communs, ainsi que certaines technologies et techniques de traitement. Faites attention au processus.

Afin d'éviter une élévation excessive de la température, il convient d'utiliser une vitesse de coupe inférieure. En règle générale, elle doit être inférieure ou inférieure de 25 à 50% à la vitesse de coupe d'un acier de même dureté. Avec une grande quantité de nourriture, la quantité de nourriture n'a que peu d'effet sur l'élévation de la température. N'arrêtez pas le couteau pendant le processus de coupe, sinon vous risqueriez de durcir ou de fritter, de fissurer et d'endommager l'outil. L'outil de coupe doit être tranchant, sinon l'outil est très facile à porter, car l'usure et la coupe de l'outil de coupe ne sont pas proportionnelles, l'usure est très petite au début et lorsque l'outil devient terne, l'usure s'intensifie immédiatement. . Utilisez suffisamment de liquide de coupe (solution de chlorure de sodium à 5%, rapport huile-eau: huile émulsionnée au 1:20 pour lubrifier le liquide de refroidissement), lubrifiez et refroidissez, retirez la chaleur de la lame et nettoyez les copeaux.

4, conception de joint de vanne d'arrêt en titane

4.1 paire d'étanchéité

La vanne d'arrêt en titane adopte une structure d'étanchéité plate, et le corps de la vanne et le sous-arrêt d'étanchéité du disque de vanne sont également traités directement. La vanne agit comme un mécanisme de contrôle des fluides et l’action d’étanchéité du volet de la vanne et du siège de la vanne est très importante. Les fuites environnementales et les pertes économiques dues aux fuites ou aux fuites de fluide dues à des performances d'étanchéité médiocres ou à une durée de vie réduite, et les fluides toxiques, corrosifs, radioactifs et inflammables et explosifs peuvent entraîner des pertes économiques importantes. Même causer des blessures ou la mort. Par conséquent, en fonction des différentes conditions de fonctionnement de la vanne, la surface d'étanchéité de la vanne présente des exigences différentes. Généralement requis pour avoir une bonne résistance aux rayures, à la corrosion, une dureté appropriée, une bonne stabilité structurelle thermique, une résistance aux fissures et une aptitude au traitement raisonnable. Par conséquent, l’alliage de titane Ti60 a été choisi pour le matériau du disque de la vanne et du siège.