Matériau de la vanne et matériau de garniture

Le matériau de la vanne et le matériau de garniture sont essentiels à la production des vannes. Ce n'est qu'en concevant et en produisant des vannes conformément aux exigences des différentes industries que la durée de vie et les performances des vannes peuvent être améliorées au maximum. Nous sommes une fabricant de vannes industrielles de Chine. Notre désir est de vendre nos vannes de haute qualité dans le monde entier.

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Ce que vous devez savoir sur le matériau de la vanne et le matériau de garniture !

Matériau de la vanne et matériau de garniture

Les vannes sont des pièces soumises à des contraintes mécaniques et thermiques. Il suffit de dire que dans un moteur à 4 temps, qui tourne à 5 000 tr/min, une vanne s'ouvre et se ferme plus de 40 fois par seconde.
À cela s'ajoute, dans le cas de la soupape d'échappement, la contrainte thermique due au flux des gaz brûlés qui sortent du moteur et entourent la tête de soupape. C'est aussi la raison pour laquelle les soupapes d'admission et d'échappement sont construites avec des matériaux très différents.
Les premières, en effet, subissent des contraintes thermiques plus faibles car elles sont frappées par le mélange frais. Pour cette raison, elles sont construites avec un seul type d'acier. Pour améliorer la fiabilité, divers stratagèmes peuvent être utilisés, tels que le durcissement de surface de la tige avec des revêtements de chrome ; ce type de traitement présente également un avantage en termes de friction et une plus grande résistance aux agents corrosifs.
Un autre traitement auquel les vannes peuvent être soumises est la nitruration, qui améliore la résistance à l'usure et augmente la limite de fatigue des aciers inoxydables et alliés. Enfin, le siège de soupape, soumis à la corrosion et à l'usure, est renforcé par des inserts en stellite. Les soupapes d'admission sont généralement fabriquées avec des aciers faiblement alliés si elles sont destinées à un usage normal. Pour les plus sollicitées, des aciers au chrome-silicium sont utilisés.
Les soupapes d'échappement, en revanche, sont plus sollicitées (la tête de soupape peut même dépasser 800 °C). Pour cette raison, elles sont fabriquées avec des aciers spéciaux. Dans le cas de moteurs peu sollicités, des aciers au chrome-silicium ou au chrome-nickel sont utilisés. Dans le cas de moteurs soumis à des utilisations plus intensives, on trouve des soupapes au chrome-nickel-manganèse résistantes aux hautes températures. Pour des utilisations encore plus extrêmes, des aciers au chrome-nickel sont utilisés avec l'ajout d'azote qui augmente leurs caractéristiques mécaniques. Les vannes ainsi fabriquées ont une résistance exceptionnelle à la chaleur et à la corrosion.

Les matériaux pour la fabrication des pièces de vannes sont sélectionnés en fonction des facteurs suivants :

1. La pression, la température et les caractéristiques du fluide de travail.

2. La force de la pièce et son rôle dans la structure de la vanne.

3. Bonne qualité de fabrication.

4. Si les conditions ci-dessus sont remplies, le prix inférieur est considéré comme un avantage supplémentaire pour

le choix du matériau.

Matériaux courants :

1. Fonte grise : adaptée pour l'eau, la vapeur, l'air, le gaz et l'huile avec une pression nominale PN≤1.0MPa et une température de -10℃～200℃. Les nuances couramment utilisées de fonte grise sont : HT200, HT250, HT300, HT350.

2. Fonte malléable : adaptée pour l'eau, la vapeur, l'air et les milieux huileux avec une pression nominale PN≤2.5MPa et une température de -30~300℃. Les nuances couramment utilisées sont : KTH300-06, KTH330-08, KTH350-10.

3. Fonte ductile : adaptée pour des fluides tels que l'eau, la vapeur, l'air et l'huile avec une pression PN≤4.0MPa et une température de – 30~350℃. Les nuances couramment utilisées sont : QT400-15, QT450-10, QT500-7. Compte tenu du niveau technologique national actuel, chaque usine est inégale, et il est souvent difficile pour les utilisateurs de tester. D'après l'expérience, il est recommandé que pour une pression PN≤2.5MPa, la vanne soit toujours fabriquée en acier pour des raisons de sécurité.

4. Fonte ductile à haute teneur en silicium et résistante aux acides : adapté aux milieux corrosifs avec une pression nominale PN≤0,25 MPa et une température inférieure à 120℃.

5. Acier au carbone : adapté aux milieux tels que l'eau, la vapeur, l'air, l'hydrogène, l'ammoniac, l'azote et les produits pétroliers avec une pression nominale PN≤32,0 MPa et une température de -30 à 425℃. Les nuances couramment utilisées sont WC1, WCB, ZG25 et l'acier de haute qualité 20, 25, 30 et l'acier de construction faiblement allié 16Mn.

6. Alliage de cuivre : adapté à l'eau, à l'eau de mer, à l'oxygène, à l'air, à l'huile et autres milieux avec PN ≤ 2,5 MPa, ainsi qu'aux milieux vapeur avec une température de -40 à 250 °C, les nuances couramment utilisées sont le bronze à étain ZGnSn10Zn2, le laiton H62, Hpb59-1, le bronze d'aluminium QAZ19-2, QA19-4.

7. Acier haute température : adapté pour la vapeur et les produits pétroliers avec une pression nominale PN≤17.0MPa et une température≤570℃. Les nuances couramment utilisées sont ZGCr5Mo, 1Cr5Mo, ZG20CrMoV, ZG15Gr1Mo1V, 12CrMoV, WC6, WC9 et d'autres nuances. La sélection spécifique doit être conforme aux spécifications de pression et de température de la vanne.

8. Acier basse température : adapté pour une pression nominale PN≤6.4Mpa, une température ≥-196 ℃ pour l'éthylène, le propylène, le gaz naturel liquéfié, l'azote liquide et d'autres fluides. Les marques couramment utilisées sont ZG1Cr18Ni9, 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, ZG0Cr18Ni9.

9. Acier inoxydable résistant aux acides : suitable for nominal pressure PN≤6.4Mpa, temperature ≤200 ℃ nitric acid, acetic acid and other media, commonly used brands are ZG0Cr18Ni9Ti, ZG0Cr18Ni10 <nitric acid resistance>, ZG0Cr18Ni12Mo2Ti, ZG1Cr18Ni12Mo2Ti <acid and urea resistance>.

Matériau de la surface d'étanchéité

La surface d'étanchéité est la plus critique de la vanne et sa qualité est liée à la durée de vie de la vanne.

Généralement, le matériau de la surface d'étanchéité doit prendre en compte des facteurs tels que la résistance à la corrosion, la résistance aux rayures, la résistance à l'érosion et la résistance à l'oxydation.

Il existe 2 types de matériaux : Matériaux souples

1. Caoutchouc (y compris caoutchouc nitrile, fluoroélastomère, etc.)

2. Plastique (polytétrafluoroéthylène, nylon, etc.)

Matériaux d'étanchéité rigides

1. Alliage de cuivre (pour vannes basse pression)

2. Acier inoxydable chromé (pour vannes normales haute et moyenne pression)

3. Alliage Stellite (pour vannes haute température et haute pression et vannes à forte corrosion)

4. Nickel à base d'alliage (pour fluides corrosifs)

Matériau de la tige

Pendant le processus d'ouverture et de fermeture de la vanne, la tige de vanne est soumise à des forces de traction, de compression et de torsion et est en contact direct avec le fluide. Parallèlement, il existe un mouvement de friction relatif entre la tige de vanne et le presse-étoupe. Par conséquent, le matériau de la tige de vanne doit garantir une résistance aux chocs et une ténacité suffisantes, une certaine résistance à la corrosion et aux rayures, ainsi qu'une bonne usinabilité.

Les matériaux pour les tiges de vannes sont :

1. Acier au carbone

Lorsqu'il est utilisé dans l'eau et la vapeur à basse pression et température moyenne ne dépassant pas 300 ℃, l'acier au carbone ordinaire A5 est généralement utilisé.

L'acier au carbone de haute qualité 35 est généralement utilisé pour les moyennes pressions et les fluides eau et vapeur avec une température moyenne ne dépassant pas 450 °C.

2. Acier allié

Le 40Cr (acier au chrome) est généralement utilisé pour les fluides à moyenne et haute pression tels que l'eau, la vapeur et le pétrole, avec une température moyenne ne dépassant pas 450 °C.

L'acier nitruré 38CrMoALA peut être sélectionné pour une utilisation à haute pression et température moyenne ne dépassant pas 540 ℃, comme l'eau et la vapeur. L'acier au chrome-molybdène-vanadium 25Cr2MoVA

est généralement utilisé dans un milieu vapeur à haute pression avec une température moyenne ne dépassant pas 570 ℃.

3. Acier inoxydable et résistant aux acides

Pour les fluides non corrosifs et faiblement corrosifs à moyenne et haute pression

avec une température moyenne ne dépassant pas 450 ℃, les aciers inoxydables au chrome 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13 peuvent être sélectionnés. Lors de l'utilisation dans des fluides corrosifs, des aciers inoxydables résistants aux acides tels que Cr17Ni2, 1Cr18Ni9Ti, Cr18Ni12Mo2Ti, Cr18Ni12Mo3Ti et PH15-7Mo peuvent être sélectionnés par précipitation.

4. Acier résistant à la chaleur

Lors de l'utilisation pour des vannes à haute température avec une température moyenne ne dépassant pas 600 ℃, les aciers martensitiques résistants à la chaleur 4Cr10Si2Mo et les aciers austénitiques résistants à la chaleur 4Cr14Ni14W2Mo peuvent être sélectionnés.

Matériau de l'écrou de tige de vanne

L'écrou de tige supporte directement la force axiale de la tige de vanne pendant le processus d'ouverture et de fermeture de la vanne. Il doit donc posséder une certaine résistance. Simultanément, il est entraîné par un filetage avec la tige de vanne, ce qui nécessite un faible coefficient de friction, l'absence de rouille et la prévention du grippage.

5. Alliage de cuivre

L'alliage de cuivre a un faible coefficient de friction et ne rouille pas. C'est l'un des matériaux couramment utilisés. Pour les vannes basse pression avec Pg <1.6Mpa, du laiton coulé ZHMn58-2-2 peut être utilisé. Pour la vanne moyenne pression de Pg16-6.4Mpa, du bronze Wuxi ZQAL9-4

peut être utilisé. Pour les vannes haute pression, du laiton coulé ZHAL66-6-3-2 peut être utilisé.

6. Acier

Lorsque conditions de service l'utilisation d'alliages de cuivre n'est pas autorisée, des aciers au carbone de haute qualité tels que 35 et 40, ainsi que des aciers inoxydables résistants aux acides tels que 2Cr13, 1Cr18Ni9 et Cr17Ni2 peuvent être sélectionnés. Les conditions de travail ne peuvent pas faire référence aux situations suivantes.

Matériaux des fixations

Les fixations comprennent principalement les boulons, les goujons et les écrous. Elles sont directement sous pression sur la vanne et jouent un rôle important dans la prévention des fuites de fluide. Par conséquent, les matériaux sélectionnés doivent garantir une résistance aux chocs, à la pression et à la température. Vous pouvez sélectionner le matériau selon le Tableau 5-1.

nom	Pression nominale Pg (Mpa)	Température moyenne （℃）
		300	350	400		425	450		530
Goujon	1.6-2.5	A3		35			30CrMoA		_
	4.0-10.0	35					35CrMoA		25Cr2MoVA
	16.0-20.0	30CrMoA			35CrMoA				25Cr2MoVA
écrou	1.6-2.5	A3			30			35	_
	4.0-10.0	30						35	35CrMoA
	16.0-20.2	35							35CrMoA

Lors de la sélection d'un matériau en acier allié, il doit être traité thermiquement. Souvent, des exigences spéciales de résistance à la corrosion sont nécessaires pour des pièces étroites pour lesquelles des aciers inoxydables résistants aux acides tels que Cr17Ni2, 2Cr13, 1Cr18Ni9 peuvent être sélectionnés.

7. Garniture

Sur la vanne, la garniture est utilisée pour remplir l'espace de la chambre de presse-étoupe afin d'empêcher le fluide de s'échapper par la tige de vanne et l'espace de la chambre de presse-étoupe.

8. Exigences de garniture

1) Bonne résistance à la corrosion, le matériau de garniture doit pouvoir résister à la corrosion du fluide en contact avec lui.

2) Les performances d'étanchéité sont bonnes et la garniture ne fuit pas sous l'action du fluide et de la température de fonctionnement.

3) Le coefficient de friction est faible pour réduire le couple de friction entre la tige de vanne et la garniture.

9. Types de garnitures

Les garnitures peuvent être divisées en deux types : garnitures souples et garnitures dures.

1. PÂTE SOUPLE : il s'agit d'une corde tressée à partir de matières végétales (chanvre, lin, coton, jute, etc.) ou minérales (fibre d'amiante, ou fibre d'amiante avec fil métallique à l'intérieur et revêtement de poudre de graphite à l'extérieur). Charges moulées pressées, ainsi que des charges en graphite flexible développées ces dernières années. À base de plantes les garnitures sont moins chères et sont souvent utilisées pour les vannes basse pression en dessous 100 °C ; des charges minérales peuvent être utilisées pour des vannes à 450-500 °C. Ces dernières années, la structure utilisant des joints toriques en caoutchouc comme charges a été progressivement promue, mais la température du fluide est généralement limitée à moins de 60 °C. Le garnissage des vannes haute température et haute pression est également fabriqué à partir d'amiante pur et de poudre de graphite lamellaire.

2. MASTICS RIGIDES : il s'agit du matériau de remplissage composé de métal ou de métal mélangé à de l'amiante et du graphite, et du matériau de remplissage formé par pressage et frittage de polytétrafluoroéthylène. Les charges métalliques sont moins utilisées.

10. Sélection des matériaux de remplissage

Le choix des matériaux de remplissage doit être basé sur le fluide, la température et la pression. Les matériaux couramment utilisés sont les suivants :

1) La corde d'amiante imprégnée d'huile peut être sélectionnée selon le tableau 5-2.

nom	Enseigne de magasin	forme	Spécifications (diamètre ou longueur de côté)	Pression limite applicable kgf/cm²	Température limite applicable (°C)	Application
Garniture en corde d'amiante imprégnée d'huile	YS450	F	3.4.5.6.8.10 13.16.19.22.25	60	450	Pour vapeur d'eau, air, produits pétroliers
		Y	5.6.8.10.13 16.19.22.25
		N	3.5.6.8.10.13 16.19.22.25
	YS350	F, Y, N	3.5.6.8.10.13 16.19.22.25.	45	350
	YS250	F, Y, N	3.5.6.8.10.13. 16.19.22.25	45	250

2) Garniture en corde d'amiante-caoutchouc : sélectionnable selon le tableau 5-3.

Note : Le code de forme F signifie carré, à travers le cœur ou une à plusieurs couches de tressage ; Y signifie rond, avec un noyau torsadé au milieu et une à plusieurs couches tressées à l'extérieur ; N signifie torsadé.

nom	Enseigne de magasin	Spécifications (formule droite ou longueur de côté carrée)	Pression limite applicable kgf/cm²	Température limite applicable (°C)	Application
Garniture en amiante-caoutchouc	XS450	3 . 4 . 5 . 6 . 8 10 . 13 . 16 . 19 22 . 25 . 28	60	450	Pour vapeur, produits pétroliers
	XS350		45	350
	XS250		45	250

3) Corde graphite sans amiante : La corde sans amiante est enduite de poudre de graphite, la température utilisable est supérieure à 450 ℃, et la pression peut atteindre 16 MPa, ce qui convient généralement à la vapeur haute pression. L'étoupe en chevrons a été progressivement

adoptée récemment, insérée en une seule bague et offrant de bonnes performances d'étanchéité.

4) Polytétrafluoroéthylène : c'est un matériau de remplissage largement utilisé. Il est particulièrement adapté aux fluides corrosifs, mais la température ne doit pas dépasser 200 ℃. Il est généralement fabriqué par pressage ou tournage à partir de barre et sa forme est représentée sur la figure 5-1.

11. Matériau du siège

Le joint est utilisé pour combler les irrégularités entre les deux surfaces de joint (telles que la surface d'étanchéité entre le corps de la vanne et le chapeau de la vanne) afin d'empêcher le fluide de s'échapper de la surface de joint.

1. Exigences Le matériau du joint doit posséder une certaine élasticité, plasticité et résistance suffisantes à la température de fonctionnement pour assurer l'étanchéité. En même temps, il doit avoir une bonne résistance à la corrosion.

2. Types et sélection des matériaux des joints Les joints peuvent être divisés en matériaux souples et durs. Les matériaux souples sont généralement des matériaux non métalliques, tels que le carton, le caoutchouc, les plaques de caoutchouc-amiante, le PTFE, etc. Les matériaux durs sont généralement des matériaux métalliques ou de l'amiante revêtu de métal enchevêtré, du métal et de l'amiante, etc. Il existe de nombreuses formes de joints, y compris plates, rondes, ovales, dentées, en forme de lentille et d'autres formes spéciales. Les matériaux des joints métalliques sont généralement des aciers au carbone de haute qualité 08, 10, 20 et des aciers 1Cr13, 1Cr18Ni9

acier inoxydable, qui nécessitent une grande précision d'usinage et une finition de surface, et conviennent aux vannes haute température et haute pression. Les matériaux de joint non métalliques ont généralement une bonne plasticité et peuvent assurer l'étanchéité avec une faible pression. Convient aux vannes basse température et basse pression. Le matériau du joint peut être sélectionné selon le Tableau 5-4.

Matériaux de joint	fluide	Plage d'application
Matériaux de joint	fluide	Pression (MPa)	Température (℃)
Carton épais	Catégorie Eau, Huile	≤10	40
Carton imprégné d'huile	Catégorie Eau, Huile	≤10	40
Plaque de caoutchouc	Eau, Air	≤6	50
Plaque d'amiante	Vapeur, Gaz de houille	≤6	450
polytétrafluoroéthylène	Milieux corrosifs	≤25	200
Carton d'amiante-caoutchouc XB-450	vapeur d'eau, air, gaz de houille	≤60	450
XB-350	vapeur d'eau, air, gaz de houille	≤40	350
XB-200	vapeur d'eau, air, gaz de houille	≤15	200
Carton d'amiante-caoutchouc résistant à l'huile	Catégorie d'huile	160	30
Acier 08 avec garniture XB-450	vapeur d'eau	100	450
acier 08 et garniture XB-350	vapeur d'eau	40	350
1Cr13, 0Cr13 garniture amiante	vapeur d'eau	100	600
acier 08 et garniture amiante résistant à l'huile	Catégorie d'huile	100	350
cuivre	vapeur d'eau, air	100	250
aluminium	vapeur d'eau, air	64	350
acier 10, acier 20	vapeur d'eau, Catégorie d'huile	200	450
1Cr13	vapeur d'eau	200	550
1Cr13Ni9	vapeur d'eau	200	600

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