Уплотнительный элемент
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
![Уплотнительный элемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/594/5941215-s.jpg)
![Уплотнительный элемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/594/5941216-s.jpg)
![Уплотнительный элемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/594/5941217-s.jpg)
![Уплотнительный элемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/594/5941218-s.jpg)