Characteristics Of Various Metals And Alloys In Pump Construction

在下面的篇幅中，您将了解到用于水泵构造中的各种金属和合金的特性。

铁合金

铁合金就是铁为主要成分的合金。由于铁合金的实用性、便宜和通用性，使得其成为全部材料中最为常见的材料。

钢

钢是一种广泛使用的材料，主要由混有碳的铁合金构成。钢中含碳量的变化范围为0.003%~1.5%(重量)。含碳量对材料的强度、可焊性、可加工性、延展性和硬度均有重要的影响。作为一种纯经验方法，含碳量的增加将导致强度和硬度增加，但是延展性和可焊性降低。最普通的钢是碳钢。碳钢分为四类。

钢可以进行锻造和铸造。铸钢的一般特征与锻钢的特征极为接近。钢最明显的优点就是其制造、成形和加工均相对廉价。另一方面，钢的缺点是与其他材料(例如不锈钢)相比，耐腐蚀性较差。

铸铁

铸铁可被看作是一种铁、硅和碳的合金。通常，含碳量为3~4%(重量)，其中大部分呈现为不溶形式(例如石墨片或石墨球)。有两个主要类型铸铁3灰铸铁和球墨铸铁。铸铁的耐腐蚀性与钢相当，有时甚至更好。铸铁中可分别掺入13~16%(重量)的硅或者15~35%(重量)的镍(可得到耐蚀高镍铸铁)，从而提高耐腐蚀性。铸铁的各种类型被广泛地应用于工业中，特别是阀门、泵、管道和汽车部件。铸铁对中性和碱性液体(高pH值)具有良好的耐腐蚀性。但是，其耐酸(低pH值)性能较差。

灰铸铁

灰铸铁的对比和标识

在灰铸铁中，石墨在片状铁素体或珠光体中散布。断裂面呈灰色(这也是名字的由来!)。在拉伸负载下，石墨片的功能相当于应力集中点，这使得它在拉伸状态下变得脆弱而易碎，但是在挤压状态下较为坚韧。由于灰铸铁具有减震的功能，因此它常被用于电机壳的构造。灰铸铁是一种廉价材料，相对容易铸造，且极少出现收缩。这正是灰铸铁经常被用于中等强度要求的泵部件的原因。

球墨铸铁

球墨铸铁的对比和标识

球墨铸铁含有约0.03~0.05%(重量)的镁。镁使得片状变铁素体或珠光体为球状，因此石墨是在球状形式的铁素体或珠光体中散布。石墨球不具有尖锐的特征。球墨的球状外形降低了应力的集中度，因此球墨铸铁的可延伸性比灰铸铁好。图1.6.16清楚地显示出球墨铸铁的拉伸强度比灰铸铁的更高。球墨铸铁常用于高强度要求的泵部件(高压或高温应用)。

不锈钢

不锈钢是铬铁合金。在标准化的不锈钢中，铬含量不低于为10.5%。铬提高了不锈钢的耐腐蚀性。由于在金属表面形成了一层氧化铬膜，从而使不锈钢的耐腐蚀性更强。在正常条件下，这极薄的一层具有自我修补功能。

其它典型的合金元素还有钼、镍和氮。这些元素的混合带来了各种晶体结构，从而得到不同的加工、成形、焊接、耐腐蚀性等特性。通常，不锈钢比铁和铸铁具有更高的抗化学性(也就是耐酸性)。

在含有氯化物的环境中，不锈钢会出现局部腐蚀现象，例如点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢对这些腐蚀的抵抗力主要取决于其化学组成。作为一种衡量不锈钢耐坑蚀性的方法，所谓的PRE值(耐点蚀当量值)得到极为广泛的应用。通过公式可计算出PRE值，并且在这些公式中，考虑了一些微量合金元素(铬、钼和氮)对耐点蚀性的相关影响。

PRE值越高，耐局部腐蚀性就越强。应当清楚地知道，PRE值只是对一种不锈钢的耐点蚀性的大致估计，它只能被用来比较/分类不同类型的不锈钢。下面，让我们一起来看看四种主要类型的不锈钢:铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢。

铁素体不锈钢(具有磁性)

铁素体不锈钢的特点是良好的抗腐蚀性能、不俗的耐应力腐蚀开裂性能以及中等刚度。低合金铁素体不锈钢常被用于潮湿环境(茶匙、厨房洗碗池、洗衣机筒等)，这种环境要求产品部件免维护且无锈。

马氏体不锈钢(具有磁性)

马氏体不锈钢具有高强度、有限的耐腐蚀性。马氏体不锈钢常被用于弹簧、轴、外科手术器械以及边缘锋利的工具，例如刀子和剪刀。

奥氏体不锈钢(无磁性)

奥氏体不锈钢是最为通用的一种不锈钢，其特点为高耐腐蚀性、不错的可成形性、刚度和可焊性。在工业上，奥氏体不锈钢被采用于几乎全部类型的泵元件，特别是EN 1.4301和EN 1.4401。此类不锈钢既可锻造，又可铸造。

EN 1.4305是所有快削不锈钢类型中最为流行的不锈钢型号之一。由于其含硫量较高(0.15~0.35重量%)，因此其可加工性显著提高，但不幸的是，耐腐蚀性和可焊性有所降低。然而这些年来，已经开发出低含硫量的快削级不锈钢，从而耐腐蚀性得到了提高。

如果在焊接过程中不锈钢经长时间加热至500℃~800℃，铬可能会与钢中的碳反应形成碳化铬。这减小了铬维持钝化膜的能力，并可能导致晶间腐蚀这也被称作敏化。

如果采用低碳级不锈钢，便可降低敏化的风险。低含碳量的不锈钢被称作EN 1.4306(AISI304L)或 EN 1.4404(AIS1316L)。与常规类型不锈钢EN1.4301 (AIS1 304)和EN 1.4401(AISI316)的0.07%含碳量相比，上述两种不锈钢的含碳量为0.03%。

稳定级EN 1.4571(AISI 316Ti)含有少量钛。由于钛对碳比铬有更高的亲合力，从而减少了碳化铬的形成。在现代不锈钢中，碳的含量普遍比较低，并且随着L级不锈钢越来越容易得到，稳定级不锈钢的使用已经显著减少。

铁素体-奥氏体或两相不锈钢(具有磁性)

铁素体-奥氏体(两相)不锈钢的特点是高强度、良好的刚度、高耐腐蚀性以及不俗的耐应力腐蚀开裂性、特别是耐腐蚀疲劳性。

铁素体-奥氏体不锈钢主要用于要求高强度、高耐腐蚀性以及对应力腐蚀开裂的敏感度低的应用或这些因数的综合。不锈钢EN 1.4462被广泛用于制造泵轴和泵壳。

镍合金

镍基合金的定义是在合金中，与其它任何合金元素相比，镍的含量多。重要的合金成分是铁、铬铜和钼。这些合金成分使得形成广泛的合金等级成为可能。镍和镍合金具有抗多种恶劣的操作条件的能力，例如腐蚀性环境、高温、高应力或这些因素的组合环境。

哈氏(HastelloysTM)合金是一个含有镍、钼、铬和铁的商用合金系列。镍基合金，例如InconelTM 合金 625、哈氏(HastelloysM)C-276以及C-22,具有极强的耐腐蚀性，在低流速海水中不易发生点蚀或缝隙腐蚀，并且在高流速下也不易被侵蚀。

镍基合金的价格局限了其使用范围。镍合金分为锻造等级和铸造等级。然而，镍合金比普通的碳钢和不锈钢合金更难铸造。镍合金特别常用于化学流程工业中的泵部件。

铜合金

纯铜具有出色的热性能和电性能，但是它是一种极其柔软、易延展的材料。

在铜中添加合金添加剂可形成各种不同的铸造和锻造铜材料，适用于制造泵、管道、接头、压力容器，以及轮机、电气以及一般工程的应用。

1)可将铅作为一种合金元素进行添加，从而提高材料的可加工性。2) 青铜可与铝一起制成合金，以提高强度。

由于黄铜的廉价和易制造加工的优点，使得它成为最为广泛使用的铜合金。然而，它比青铜的强度低，并且一定不能在可引起脱锌的环境中使用(参见选择性腐蚀)。

与铸铁相比，在腐蚀性液体(例如海水)中，红铜青铜和铜镍合金具有更强的抗氯化物性。在这种环境下，由于会发生脱锌现象，因此不适于采用黄铜各种铜合金对碱性液体(pH值高)、氨水和硫化物的抵抗力均较低，易发生腐蚀。黄钢、红铜和青铜被广泛地用于轴承、叶轮和泵壳。

铝

纯铝是一种即轻又软的金属，其密度大约是钢的三分之一。纯铝具有较高的电导率和导热系数。其最常见的合金元素是硅、镁、铁和铜。硅可增加材料的可铸造性;铜可增加材料的可加工性;镁可提高其耐腐蚀性和强度。

铝最明显的优点在于它可自然地形成一层保护性氧化膜，因此当它被暴露于空气下时，铝具有高耐腐蚀性。采取例如阳极氧化这样的处理可进一步提高这种性能。铝合金广泛地应用于要求强度重量比较高的结构中，例如在运输行业中。例如，在车辆和航空器中采用铝作为材质，大大降低了重量和能耗。

另一方面，铝的缺点是在低pH值或高pH值以及含氯化物的环境下不稳定。这一特征使得铝不适于暴露于水溶液下，特别是在高流速的条件下。这进一步强调了一个事实，那就是铝是一种活性金属。换句话说，铝在电势序中排位较低(参见电化学腐蚀)，并且如果与更重的金属和合金相连，极易发生电化学腐蚀。

钛

CP:commercialpure商业纯钛(含量大于99.5%)钛等级和合金特征

纯钛的密度较低、较易延展且强度相对较低。然而，当加入一定限量的氧时，可使得钛的强度增大且制造出所谓的商业纯等级钛。加入各种合金元素，例如铝和钒，可显著提高其强度，同时材料的延展性降低。铝钒合金钛(Ti-6AI-4V)是钛工业中的耐用合金。它应用于诸多航空发动机与航空器机体中，由于钛是一种价格昂贵的金属，因此它还不是一种泵元件的常用材料。

钛是一种反应性极强的金属。与不锈钢相同，钛的耐腐蚀性依赖于一层氧化膜的形成。然而，钛表面的氧化膜比不锈钢上的氧化膜具有更佳的保护性。因此，在易引起点蚀和缝隙腐蚀的腐蚀性液体中，例如海水、湿氯或有机氯化物，钛的性能比不锈钢的高出许多。