Уплотнительный элемент

Уплотнительный элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.УПЖ)ТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный в виде кольца из антифрикционного материала, содержащего карбид кремния, кремний и углерод. отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы в узлах с динамическими нагрузками, он выполнен двухслойным при следующем соотношении компонентов в слоях, мае.%: Наружный слой Карбид кремния 60-95 Кремний1 -5 УглеродОстальное Внутренний слой Карбид кремния 10-59 Кремний1-3 УглеродОстальное 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что соотношение толпщн наружного и внутреннего слоев равно 1:5-20.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

091 01) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф г, I

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA (21 ) 360487 7/29-33 (22) 26.04.83 (46) 30.08.84. Вюл. Н 32 (72) Т.П.Гелейшвили, В .О.Гинзбург, А.М.Златкис, И.А.Кондратьев и А.А.Хоменко (53) 666.764.5(088.8) (56) 1. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник под ред. Соседова В.П. М., "Металлургия", 1975, с. 233.

2. Авторское свидетельство СССР

В 294820, кл. С 01 В 35/54, 1969 (прототип).

I (54) (57)1.УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный в виде кольца из антифрикционного материала, содержащего карбид кремния, кремний и углерод, 3(51) С 04 В 39/00 С 04 В 35/56 отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы в узлах с динамическими нагрузками, он выполнен двухслойным при следующем соотношении компонентов в слоях, мас.7:

Наружный слой

Карбид кремния 60-95

Кремний 1-5

Углерод Остальное

Внутренний слой

Карбид кремния 10-59

Кремний 1-3

Углерод Остальное

2. Элемент по п. 1, о т л и ч а ю" шийся тем, что соотношение толщин наружного и внутреннего слоев равно 1:5-20.

1! 10771

Поставленная цель достигается тем, что уплотнительный элемент, выполненный в виде кольца из антифрикционного материала, содержащего карбид кремния, кремний и углерод, выполнен двухслойным при следующем соотно-. шении компбнентов в слоях, мас.7:

Наружный слой

Карбид кремния 60-95

Кремний 1-5

Углерод Остальное

Внутренний слой, Карбид кремния

10-59

Изобретение относится к деталям трения из углеродсодержащего материала, применяемым в химическом и металлургическом машиностроении и других отраслях народного хозяйства в качестве элементов узлов трения (колец трения, уплотнительных колец торцовых уплотнений).

Необходимость применения в узлах трения материалов, способных работать без смазки, обусловила использование самосмазывающихся материалов на основе углерода в качестве торцовых. уплотнений, уплотнений на валу, вкладьппей подшипников скольжения и других элементов трения. Наиболее широкое применение получили углеродныс и, особенно, графитовые антифрикционные материалы C1J.

Однако детали из этих материалов имеют низкую износостойкость в а6разивосодержащих средах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительное кольцо из материала 2) следующего состава, вес.Ж:

Карбид кремния 15-65

Графит 70-20

Кремний 5-15

Уплотнительное кольцо из этого материала имеет повышенную износостойкость по сравнению с кольцами из углеродных материалов, но обладает недостаточно высокой ударной вязкостью для работы в условиях жестких динамических нагрузок из-за высокого содержания равномерно распределенныхпо объему карбида кремния (твердой фазы) и кремния (хрупкой фазы), что снижает надежность изделия при эксплуатации и уменьшает срок службы.

Цель изобретения — увеличение срока службы в узлах с динамическими нагрузками.

Выполнение изделия двухслойным приводит к оптимальному сочетанию свойств, требуемых в условиях динамических нагрузок в узле трения, так как предлагаемое соотношение кар- бида кремния и углерода в наружном слое обуславливает сохранение высокого уровня износостойкости, а предлагаемое соотношение карбида кремния и углерода во внутреннем слое — повышение ударной вязкости, что в сово-купности увеличивает срок службы элемента трения.

Наличие в наружном (рабочем) слое изделия фазы карбида кремния менее

60 мас.X приводит к уменьшению износостойкости, особенно резкому в условиях абразивосодержащих и химически активных средах. Увеличение содержания карбида кремния свьппе 95 мас.K не способствует увеличению прочностных свойств материала. Содержание в наружном (рабочем) слое изделия фазы кремния свыпе 5 мас.X приводит

Кремний 1-3

Углерод Остальное

Соотношение толщин наружного и внутреннего слоев равно 1:5-20.

При создании материалов для элементов трения стремятся повысить их надежность при эксплуатации и увеличить срок службы за счет введения большого количества твердой фазы,равномер-. но распределенной по объему изделия.

Это способствует повышению износостойкости, но снижает вязкость и тем самым приводит к значительному увеличению возможности хрупкого разрушения детали трения, что, в свою очередь, снижает надежность изделий при эксплуатации в узлах с динамическими нагрузками и уменьшает срок их службы.

Для предотвращения хрупкого разрушения, особенно в условиях жестких динамических нагрузок на ару трения, необходимо повышать ударную вязкость материала, а сохранение вы25 сокого уровня изностойкости может быть достигнуто созданием твердого малопластичного поверхностного слоя.

Это обеспечит оптимальное соотношение между объемной и поверхностной

З0 !прочностью, сочетающее высокую прочность поверхностного слоя с легкой прирабатываемостью детали трения, и приведет к повьппению надежности и срока службы изделия.

3 11107 к снижению прочностных свойств материала и ухудшает его износостойкость в абразивосодержащих и химически активных средах, а уменьшение содержания кремния менее 1 мас.X. — к появлению пористости и увеличению утечки уплотняемой среды.

Наличие во внутреннем слое изделия фазы карбида кремния менее

10 мас.X приводит к разрушению прост- 1ð раиственного карбидокремниевого каркаса и таким образом к резкому ухудшению прочностных свойств, содержание карбида кремния более 59 мас.7 не способствует увеличению ударной вязкости. Содержание фазы кремния в изделии менее 1 мас.7. приводит к появлению в объеме материала скрытой пористости, а содержание ее более 3 мас.X ухудшает прочностные свойства изделия.

Наличие в изделии фазы углерода обуславливает хорошие антифрикционные свойства и тем самым способствует увеличению срока службы уплотни- р5 тельного элемента.

При соотношении толщин наружного и внутреннего слоев менее 1:20 происходит уменьшение износостойкости изделия вследствие быстрого нарушения сплошности наружного слоя; при соотношении толщин более 1:5 уменьшается ударная вязкость элемента трения и, следовательно, надежность при эксплуатации в условиях динами35 ческих нагрузок и сокращается срок службы изделия.

Различное содержание компонентов в слоях изделия, а также соотношение толщин слоев достигали получением различных по плотности и открытой пористости углеродных основ под силицирование, а это, в свою очередь, обеспечивалось варьированием параметров грансостава исходного порошка и

45 давлений прессования.

Пример 1. Для получения заготовок под силицирование плотностью dy. = 1,60 г/см и открытой пористостью 5-10Х берут 70 r нефтяного 50 полукокса с размером частиц грансостава 90-160 мкм, прессуют в кольца размером Р 96 < ф 75х13 мм на вертикальном гидравлическом прессе при давлении прессования 800 кгс/cM ° За 55 готовки окисляют в термоокислительной установке при 250 С в течение

200 ч и затем обжигают в газовой

71 4 печи прн 1100 С в восстановительной среде водорода в течение 100 ч. Ско рость подъема температуры при этом составляет 5 град. в минуту. Обжиг проводят в графитовой засыпке в графитовых тиглях. Затем заготовки в графитовых тиглях помещают в печь и силицируют (пропитывают) жидким кремнием при 1950ОC в вакууме 10 1—

-2

10 мм рт.ст. в течение 1 ч.

Механические испытания по опреде- лению предела прочности на сжатие и ударной вязкости проводят при комнатной температуре по стандартным методикам. Испытания на изностойкость и определение срока службы одноименной пары проходят на ресурсном стенде в пресной воде прн 25-40 С, давлении 70-85 атм, частоте вращения вала 3000 об/мин за 100 ч работы.

Пример 2. Для получения заготовок под силицирование плотностью d„ = 1,55 г/см и открытой пористостью 12Х берут 70 г нефтяного полукокса с размером частиц как в примере 1. Прессуют в кольца размерами i6 65 < Ф 48 10 мм по примеру 1 при давлении прессования 700 кгс/см .

Затем заготовки окисляют, обжигают, силицируют по примеру 1) .

Пример 3. Для получения заготовок под силицирование плотностью Д = 1,30 г/смз и открытой пористостью 227 берут 70 г нефтяного полукокса с размером частиц грансостава 45-200 мкм, прессуют как в примере 1 при давлении прессования

350 кгс/см . Затем заготовки окисляют, обжигают, силицируют(по примеру 1).

Пример 4. Для получения заготовки под силицирование плотностью dv. = 1,50 г/см и открытой пористостью 15Х берут 70 г нефтяного кокса с размером частиц грансоставч

45-160 мкм, прессуют в кольца размерами ф 65 < P 48 10 мм как в примере 1 при давлении прессования

600 кг/си . Затем заготовки окисляют, обжигают, силицируют аналогично примеру 1.

Пример 5. Для получения за. готовки под силицирование плотностью

1,45 г/см и открытой пористостью 18Х берут 70 г нефтяного полукокса марки с размером частиц как в примере 4, прессуют в кольца размером ф 65 х ф 48 < 10 мм по примеру 1 при

1110771 давлении прессования 550 кгс/см .

После этого заготовки окисляют, обжигают и силицируют по примеру

Конкретные составы материала, соотношение толщин наружного и внутреннего слоев в,уплотнительном элементе и результаты испытаний приведены в таблице.

Основа под силицирование

Пример

Наружный (рабочий слой

Плотность, г/см

Открьггая

Внутренний слой пористость, Ж

SiC Si С

95 2 3

10 1

1,55

90

1,30

60

1,50

79

Прототип

Материал однороден

Продолжение таблицы

Плотность после сиУдарная вязкость

Пример

Предел прочности

Износ

Срок службы, тыс.ч за

100 ч работы, мкм лицирования, ./,„з кгс см см на сжа тие, (r l cM2

2,32 3200 4,2 с 1

2, 34 3150 4,5

2 34 3100 3 9 с1

2,35 3200 5,0 c 1

2,35 3200 4,9 с 1

2,52 3200 3,0 с 10

0 05

0,8

0,2

0,12

0,16

Прототип

Материал однороден

3HHHgH Заказ 6254/20 Тираж 605 Падшисаое

Фвпаал ШШ "йатеат", r.Укгород, ул.Проектаая, 4

Отношение толщин наружного (рабочего) и внутреннего слоев

Из приведенных в таблице результатов испытаний видно, что предлагаемое изделие обладает повышенным ресурсом работы, а это позволяет увеличить вре мя работы между ремонтами в 3,5-4 раза и повысить надежность работы агрегатов.

Состав материала изделия

3 7 22 3 75

5 35 59 2. 39

1 20 38 1 61

2 28 33 2 . 65