Уплотнительный элемент

" "-.-сОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Фг,Н АВТОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ(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).(54) (57)1,УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный в виде кольца из антифрикционного материала, содержащего карбид кремния, кремний и углерод,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения срока службы в узлах с динамическими нагрузками, он выполнен двухслойным при следующем соотношении компонентов в слоях, мас.7:Наружный слойКарбид кремния 60-95 Кремний 1-5Углерод Остальное Внутренний слойКарбид кремния 10-59 Кремний 1-3Углерод Остальное 2, Элемент по п. 1, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что соотношение толщин наружного и внутреннего слоев равно 1:5-20.Поставленная цель достигается тем,что уплотнительный элемент, выполненный в виде кольца из антифрикционного материала, содержащего карбидкремния, кремний и углерод, выпол"нен двухслойным при следующем соотношении компонентов в слоях, мас.Е:Наружный слойКарбид кремния 60-95Кремний 1-5Углерод ОстальноеВнутренний 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 13 .Однако детали из этих материалов имеют низкую износостойкость в абразивосодержащих средах.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является уплотнительное кольцо из материала 23 следующего состава, вес.Е:Карбид кремния 15-65ГраФит 70-20Кремний 5-15Уплотнительное 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 распределенных. по 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.40 45 50 55 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,У приводит к уменьшению износостойкости, особенно резкому в условиях абразивосодержащих и химически активных средах. Увеличение содержания карбида кремния свьппе 95 мас.7 не способствует увеличению прочностных свойств материала. Содержание в наружном (рабочем) слое изделия фазы кремния свыше 5 мас.Х приводит Кремний 1-3 Углерод Остальное Соотношение толщин наружного ивнутреннего слоев равно 1:5-20.5 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 итем самым приводит к значительномуувеличению возможности хрупкого разрушения детали трения, что, в своюочередь, снижает надежность изделийпри эксплуатации в узлах с динамическими нагрузками и уменьшает сроких службы.Для предотвращения хрупкого разрушения, особенно в условиях жесткихдинамических нагрузок на нару трения, необходимо повышать ударнуювязкость материала, а сохранение высокого уровня изностойкости можетбыть достигнуто созданием твердогомалопластичного поверхностного слоя.Это обеспечит оптимальное соотношение между объемной и поверхностной З 0 прочностью, сочетающее высокую прочность поверхностного слоя с легкойприрабатываемостью детали трения,и приведет к повьппению надежностии срока службы изделия.353 11107к снижению прочностных свойств материала и ухудшает его износостойкостьв абразивосодержащих и химически активных средах, а уменьшение содержания кремния менее 1 мас.7. - к появлению пористости и увеличению утечкиуплотняемой среды,Наличие во внутреннем слое изделия фазы карбида кремния менее1 О мас.7 приводит к разрушению прост ораиственного карбидокремниевого каркаса и таким образом к резкому ухудшению прочностных свойств; содержание карбида кремния более 59 мас.7не способствует увеличению ударной 15вязкости. Содержание фазы кремнияв изделии менее 1 мас.7. приводит кпоявлению в объеме материала скрытой пористости, а содержание ееболее 3 мас.7. ухудшает прочностныесвойства изделия.Наличие в изделии фазы углеродаобуславливает хорошие антифрикционные свойства и тем самым способствует увеличению срока службы уплотни- р 5тельного элемента.При соотношении толщин наружногои внутреннего слоев менее 1:20 происходит уменьшение износостойкостиизделия вследствие быстрого нарушения сплошности наружного слоя; присоотношении толщин более 1:5 уменьшается ударная вязкость элементатрения и, следовательно, надежностьпри эксплуатации в условиях динами 35ческих нагрузок и сокращается срокслужбы изделия.Различное содержание компонентовв слоях изделия, а также соотношениетолщин слоев достигали получениемразличных по плотности и открытойпористости углеродных основ под силицирование, а это, в свою очередь,обеспечивалось варьированием параметров грансостава исходного порошка и45давлений прессования. П р и м е р 1. Для получения заготовок под силицирование плотностью 4 = 1,60 г/см и открытой пористостью 5-107 берут 70 г нефтяного 50 полукокса с размером частиц грансостава 90-160 мкм, прессуют в кольца размером Ф 96ф 75 х 13 мм на вертикальном гидравлическом прессе при давлении прессования 800 кгс/см . За 55 готовки окисляют в термоокислительной установке при 250 С в течение 200 ч и затем обжигают в газовой 71 4печи прн 1100 С в восстановительнойсреде водорода в течение 100 ч. Скорость подъема температуры при этомсоставляет 5 град. в минуту. Обжигпроводят в графитовой засыпке в графитовых тиглях. Затем заготовки вграфитовых тиглях помещают в печьи силицируют (пропитывают) жидкимкремнием при 1950 ОС в вакууме 10 1 -.2,10 мм рт.ст. в течение 1 ч.Механические испытания по опреде-лению предела прочности на сжатиеи ударной вязкости проводят при комнатной температуре по стандартнымметодикам. Испытания на изностойкость и определение срока службыодноименной пары проходят на ресурсном стенде в пресной воде прн 25-40 С,давлении 70-85 атм, частоте вращениявала 3000 об/мин за 100 ч работы.П р и м е р 2. Для получениязаготовок под силицирование плотностью с 1 = 1,55 г/см и открытой пористостью 127 берут 70 г нефтяногополукокса с размером частиц как впримере 1. Прессуют в кольца размерами Ф 65 х Ф 48 х 10 мм по примеру 1при давлении прессования 700 кгс/см.Затем заготовки окисляют, обжигают,силицируют по примеру 1) .П р и м е р 3, Для получениязаготовок под силицирование плотностью Д = 1,30 г/смз и открытой пористостью 227 берут 70 г нефтяногополукокса с размером частиц грансостава 45-200 мкм, прессуют как в примере 1 при давлении прессования350 кгс/см. Затем заготовки окисляют, обжигают, силицируют(по примеру 1).П р и м е р 4. Для получения заготовки под силицирование плотностью Йк = 1,50 г/см и открытой пористостью 157. берут 70 г нефтяного кокса с размером частиц грансоставч 45-160 мкм, прессуют в кольца размерами ф 6548 с 10 мм как впримере 1 при давлении прессования 600 кг/си, Затем заготовки окисляют, обжигают, силицируют аналогично примеру 1,П р и м е р 5. Для получения за готовки под силицирование плотностью1,45 г/см и открытой пористостью 187,берут 70 г нефтяного полукокса марки с размером частиц как в примере 4, прессуют в кольца размером ф 65 х Ф 48 х 10 мм по примеру 1 при1110771 давлении прессования 550 кгс/см. После этого заготовки окисляют, обжигают и силицируют по примеру 1.Конкретные составы материала,соотношение толщин наружного и внутреннего слоев в,уплотнительном элементе и результаты испытаний приведены в таблице,Основа под силицирование Состав материала изделия Пример Наружный (рабочий слойПлотность, г/см Открьггая Внутренний слой пористость,ХБдС 81 С 1,60 95 2 3 10 1 1 ю 55 12 1,30 22 60 15 79 70 Прототип Материал однороден Продолжение таблицы Плотность после сиУдарнаявязкость Пример Предел проч- ности Износ Срок службы, тыс,ч за100 чработы,мкм лицирования,,/,з кгс см см 2на сжа тие,кг/см 2,32 3200 4,2 с 12,34 3150 4,52,34 3100 3,9 с 12,35 3200 5,0 с 12 э 35 3200 4 э 9 с 12 ф 52 3200 Зэ 0 с 10 0,05 0,8 0,2 0,12 16 0,16 16 Прототип Материалоднороден ВНИИПО Заказ 6254/20 Тираж 605 Подшисиое Фвпаад ШШ фйатевтф, г.Уагород, уд.Проектаая, 4 Отношениетолщин наружного(рабочего)и внутреннего слоев Из приведенных в таблице результатов испытаний видно, что предлагаемое изделие обладает повышенным ресурсом работы, а это позволяет увеличить вре 5 мя работы между ремонтами в 3,5-4 ра"за и повысить надежность работы агрегатов,3 7 22 3 75 5 35 59 2. 39 1 20 38 1 61 2 28 33 2 . 65