Антифрикционный самосмазывающийся материал

Антифрикционный самосмазывающийся материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АНТИФРИКЦИОННЫЙ САМОСМАЗЫВАЮЩИЙСЯ МАТЕРИАЛ, содержащий графит , олово и медь, отличаю- i щ и и с я тем, что, с целью повышения герметичности, ударной вязкости и снижения коэффициента трения и износа,материал дополнительно содержит графитированный пековый кокс и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%: Графитированный пековый кокс1-5 Сурьма3-6 Олово30-37 Медь1-3 Графит О тгшьное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1-5

3-6

30-37

1-3

Остальное (21) 3549777/23-04 (22) 16.02.83 (46) 15.06.84. Бюп. 9 22 (72) В.Д.Белогорский, В.Г.Гордон, М.С.Новик и Л.В.Новак (53) 62 . 892 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 388014, кл. С 10 М 7/04, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 254093, кл. С 22 С 1/00, 1968 (прототип) . (54) (57) АНТИФРИКЦИОННЫИ САМОСМАЗЫВАЮЩИИСЯ МАТЕРИАЛ, содержащИй гра3(51) С 10 М 7/02, 7/04 фит, олово и медь, о тл и ч аюшийся тем, что, с целью повыаения герметичности, ударной вязкости и снижения коэффициента трения и износа, материал дополнительно содержит графитированный пековый кокс и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Графитированный пековый кокс

Сурьма

Олово

Медь

Графит

1097656

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления торцовых уплотнений валов жидкостных насосов различного типа.

Известен антифрикционный самосмазывающийся материал на основе искусственного графита (60-80 мас.%) и металлической составляющей сурьмы (20 — 40 мас.%) (1) .

Данный материал, обладая достаточ- 10 ной стойкостью в химически активных средах, имеет недостаточно высокие механическую прочность и износостойкость, а также повышенную газопроницаемость. 15

Наиболее близок к предлагаемому антифрикционный самосмазывающийся материал следующего состава, мас.%:

15-16

10-12 20

9-10

Остальное

Графит

Свинец

Олово

Медь

Графитированный пековый кокс

Сурьма .Олово

1-5

3-6 30-37 65

Сост ав полу ч ают прес сованием смеси порошков исходных компонентов под давлением 6 - 6,5 т/см и спе2 .кают при 780 C и выдержке 1 ч (2) .

Недостатком известного материала является повыаенная пористость, которая неизбежна при спекании порошков и не позволяет обеспечить полной герметичности материала, что при эксплуатации его в качестве торцовых уплотнений жидкостных насосоа ведет к недопустимым протечкам.

В результате того, что в составе имеется недостаточное количество графита., материал имеет низкую смазывающую способность и высокий коэффициент трения, что вызывает повы- 40 шенный износ контрпары. Кроме того, этот материал имеет низкую уцарную вязкость (0,05 — 0,07 кгм/см), что препятствует нормальной работе антифрикционных деталей при.вибрации, 45 ударных нагрузках и высоких удельных нагрузках, т.е. в условиях, ко торые реализуются при эксплуатации торцовых уплотнений валов жидкостных насосов.

Цель изобретения — повышение герметичности и ударной вязкости, а также снижение коэффициента трения и износа.

l;.

Поставленная цель достигается 55 тем, что антифрикционный самосмазывающийся материал, содержащий графит, олово и медь, дополнительно содержит графитированный пековый кокс и сурьму при следующем соотно- щ шении компонентов, мас.%:

Медь

Графит

1-3

Ост аль ное

Для торцовых уплотнений сальников, предназначенных дпя валов большого диаметра (500 — 700 мм), графитовая основа композиционного металлографитового материала изготавливается из зерна прокаленного нефтяного кокса, имеющего величину и .соотнсшение фракций, заранее определенных технологическим процессом. Причем зернистость и соотношение зерновых фрак1 ций имеют довольно узкие пределы.

При отклонениях от требуемой зернистости, происходит растрескивание заготовок.

Для изготовления графитовых заготовок диаметром более 400 мм ис пользуются крупное зерно размерами

1,2 — 2,3 мм. Использование такого зерна приводит к образованию большого количества крупных пор, из ко торых сплав просто вытекает при выемке заготовок после FIpoIIHTки вследствие малой силы поверхностного натяжения. Оставшиеся непропитанными пустоты в материале уменьшают его герметичность и ударную вязкость, что, в свою очередь, вызывает протечки воды сквозь тело материала и снижение удельных нагрузок эксплуатации. Чтобы избежать этих нежелательных явлений в пористую структуру графитовой заготовки вводят графитированный пековый кокс, что приводит к уменьшению диаметра пор и их количества. Последующая металлопропитка создает полностью герметичный материал с высокой прочностью и низким коэффициентом трения.

Количество вводимого пекового кокса должно быть в пределах 1-5 мас.%.

Меньшее количество пекового кокса не влияет на уменьшение пористости, а большее может привести к закупорке каналов, соединяющих поры, и вследствие этого к невозможности пропиткй металлом.

Процентное. содержание олова, сурьмы и меди .выбирается таким образом, чтобы в сплаве образоВывались интерметаллические соединения

SbSn и Cu>Sn, имеющие более высокую твердость, чем пластичная основа из олова. Вкрапления кристаллов этих интерметаллидов в сплаве препятствуют его быстрому износу. При содержании сурьмы меныае 3,0 мас.%,меди менее 1 мас.%, а олова более

37 мас.%, указанных интерметаллических соединений образовывается меньше и материал подвергается при эксплуатации недопустимоМу износу.

При содержании сурьм более

6,0 мас.%, меди более 3 мас.%, а олова менее 30 мас.% интерметаллидов образовывается больше норовы, мате1097656

Величина зерна, мм

Содержание в шихте, мас.%

46 35

Менее 0,09

0,09 - 0,5

0,5 -1,2

1,2 - 2,3

14

Затем ее смешивают с каменноугольным среднетемпературным электродным пеком марки "А" в массовом соотношении 0,79 : 0,21 при

110 С и отпрессовывают на прсшив- 45 о ном прессе в виде полых цилиндров с наружным диаметром 600 мм, внутренним — 250 мм и высотой 500 мм.

Полученные после прессования заготовки обжигают в углеродной засыпке, имекщей следующее содержание зерновых фракций: менее 1 мм 10 мас.%у 1 — 3 мм 50 мас.%; 3

5 мм 40 мас.%. Подъем температуры печи и выдержку ведут по графику:

До 400 .С 120 ч; 400 — 600 C 90 чр

600 — 800 С . 70 чу 800. — .1000 С

50 ч, 1000 — 1200 С 20 ч.

Выдержка при 1200 С 30 ч. риал становится более твердым и вызывает повышенный износ койтрпары, что также нежелательно.

Известный материал (2), металлическая составляющая которого имеет основой. медь, а добавками олово и свинец, обладает низкой ударной вязкостью. Соотношение металлов в металлической составляющей предлагаемого антифрикционного материала, когда олово является основой, а медь и сурьма добавками, позволяет получить материал с высокой удар.ной вязкостью вследствие высокой природной пластичности олова. При содержании сурьмы более 6 мас.%, а 15 меди более 3 мас.%.повышается содержание хрупких компонентов, что приводит к общему охрупчиванию металлической составляющей, а значит, и к снижению ударной вязкости. При меньшем содержании добавок, т.е. ког да сурьмы меньше 3 мас.%, а меди менее 1 мас..%, пластичность, а вместе с ней и ударная вязкость увеличиваются, но тогда возможен недопустимо высокий износ.

Пример 1. Для получения антифрикционного самосмазывающегося материала сначала готовят графитовую основу. Для этого берут шихту прокаленного нефтяного кокса марки

КНПС со следующей зернистостью:

Для этого разогретые до заготовки опускают в автоклав и вакуумируют до разрежения 2 10 мм рт.ст., после чего созданным разре.— жением заполняют автоклав с заготовками жидким пеком с температурой

200 С и создают давление 6 атм сжатым воздухом от компрессора. При этом давлении выдерживают автоклав с заготовками в течение 3 ч.

Пропитанные пеком заготовки вторично термообрабатывают в обжиговой печи по графику и при температуре, приведенным выше.

Конечной операцией по приготовлению графитовой основы является графитация обожженных заготовок. Графитацию проводят в электропечи мощностью 4500 кВт в засыпке иэ металлургического кокса с величиной зерна от 1 до 10 мм.

Подъем температуры при графитации ведут по графику набора мощности: почасовой подъем мощности до 600 кВт в течение 10 ч; на 700 кВт выдержка до подъема температуры до 1700 С; далее по 100 кВт/ч до 4500 кВт до

2500О С, охлаждение с отключенной печью.

Из графитовых заготовок механическим путем изготавливают кольцевой элемент сечением 40 ° 40 мм, представляющий собой 1/4 кольца диаметром

600 мм.

Готовят расплав металлов, для чего берут 83, 5 мас.% олова (ТУ вЂ” 48

13 — 16 — 77); 10 мас.% сурььн (ГОСТ вЂ” 1535 — 62) и 6,5 мас.% меди (марка М вЂ” 2), загружают в пропиточный автоклав и нагревают до расплавления при 420 С. В расплав погружают кольцевой элемент, герметично закрывают крышку автоклава и вакуумируют до разрежения .10 мм рт.ст. Затем нагнетают давление воз- духом от компрессора до величины

120 атм и выдерживают 15 мин.

После чего кольцевой элемент извлекают из автоклава. Привес сплава в кольцевом элементе составляет 52 мас.%.

Графит

Графитованный пековый кокс

Олово

Сурьма

Медь

1

3,0

1,0

Окончательное содержание компонента в конечном материале, мас.%:

Охлаждение печи после отключе- 60 ния газа 5 сут.

Для введения в состав графитовой основы графитированного пекового кокса обожженные заготовки пропитывают каменноугольным пеком марки

Пример 2. Для получени я антифрикционного самосмазывающегося материала сначала готовят графитовую основу.. Для этого берут шихту прокаленного нефтяного кокса марки

КНПС со следующей зернистостью:,,109 7656

Величина зерна, мм Содержание в шихтем, мас.В

Менее 0,09

23

0,09 — 0,5

0,5 — 1,2

1,2 — 2,3

13

Затем смешивают с каменноуголь- 10 ным среднетемпературным электродным пехом марки "A" в массовом соотношении 0,80; 0,20 при 120 С и отпрессовывают на прошивном прессе заготовки с размерами аналогичными 15 примеру 1. Обжиг заготовок, пропитку обожженных заготовок каменноуголь ным пеком при 210 С и давлении

5,5 атм, вторичный обжиг, графитацию и механическую обработку загото- gp вок проводят аналогично примеру 1.

Готовят расплав металлов, для чего берут 84 мас.В олова, 11 мас.В сурььы и 5 мас.В меди, загружают в пропиточный автоклав и нагревают до расплавления при 400 С. Пропитку проводят аналогично примеру 1. При давлении 110 атм выдерживают 10 мин.

Привес сплава в кольцевом элемен-. те составляет 50 мас.В.

Окончательное содержание компонентов в конечном материале, мас.В:

Графит

Графитированный пековый кокс

Олово

Сурьма

Медь

2

Величина зерна, мм

Содержание в шихте,мас.В

Менее .0,09

0,09 — 0,5

0,5 - 1,2

24

20

Ф

1,2-2,3

12

Затем. смешивают с каменноуголь- 55 ным пеком марки "A" в массовом соотношении 0,81: 0,19, при 130 С и отпрессовывают на прошивном прессе.

Полученные после прессования заготовки подвергают обжигу по режиму, аналогичному примеру 1. Пропитку каменноугольным пеком ведут при

200 С и давлении 5 атме вторичный обжиг пропитанных заготовок, поПример 3. Для получения антифрикционного самосмазывающегося 40 материала готовят графитовую основу. Для этого берут шихту прокаленного нефтяного кокса марки КНПС со следующей зернистостью: следующая графит ация и механическая обработка проводятся как в при- . мере 1.

Готовят расплав металлов, для чего берут 82 мас.В олова, 11 мас.В сурьма и 5 мас.В меди, загружают в пропиточный автоклав и нагревают до расплавления при 410 С. Пропитку проводят аналогично примеру 1. При давлении 100 атм выдерживают 20 мин., Привес сплава в кольцевом элементе составляет 53 мас.В.

Окончательное содержание компонентов в конечном материале, мас.В:

Графит

Графитированный пековый кокс

Олово

Сурьма

Медь

3

Ч где Р2 остаточное давление, мм.рт.ст.; начальное давление, мм.рт.ст.; объем втулки, см толщина стенок, см; боковая поверхность втул.

2. ки, см время натекания, с.

Испытание на трение и износ проводят при следующих условиях:

Скорость скольжения, м/с .Удельная нагрузка, Kzcусм2 температура, С

Рабочая среда

Вода

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно из данных табл. 1 предлагаемый материал позволяет повысить в 1,5 — 2,5 раза ударную вязкость, в 10 раз снизить коэффициент газопроницаемостн, в 10

15 раэ коэффициент трения и в 3

15 раз уменьшить износ.

Измерение предела прочности при сжатии проводят по методике отраслевого стандарта ОСТ 48 — 91,2-81. а ударной вязкости — по методике

НИИ графит а МИ 4807 -0 7 . 7 3-88-80 . Коэ ффициент газопроницаемости определяют на полых цилиндрах (втулках) наружным диаметром 30 мм, внутренним 15 мм и высотой 30 мм, измеряя остаточное давление внутри герметично закрытой втулки после часовой выдержки от начального вакуума в 1-2 мм рт.ст.

Гаэопроницаемость рассчитывают по формуле

1097656

Показатели

Материап

Предлагаемый по примеру

Из вест ный 2

1000 1200

1100 1200

15

2 10-4

Коэффициент трения

Износ, мг/км см

0,50 0,10

0,15

1,5

Редактор Л.Пчелинская

Заказ. 4146/23 Тираж 489

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Предел прочности при сжатии, кгс/см

Ударная вязкость кДж/м

Коэффициент газопроницаемости, см /с

0,012 0,010 0,015. 0,15

Составитель Е. Пономарева

Техред С.Легеза Корректор А.Ильин