Способ получения антифрикационных изделий

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 05.12. 80 (21) 3214368/29-33с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Опубликовано 1511.82. Бюллетень Мо 42Дата опубликования описания 1511.82 РМ К з С 04 В 35/54 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к производству антифрикционных материалов и изделий на основе углерода, предназначенных для изготовления торцовых уплотнений, подшипников скольжения и других деталей узлов трения. Изделия из этих материалов применяют в машиностроении, химической промышленности, насосной техникеи других облас" тях. Известен способ получения силицированных изделий, например подшипников и уплотнительных колец, путем прессования из пресс-композиций на основе искусственного и естественного графита, сажи с добавкой фенолформальдегидного связующего и последующей термообработкой и пропиткой в расплаве кремния до 2050 С (.1),Однако полученные при этом изделия имеют низкую износостойкость.Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения антифрикционных изделий, включающий смешивание наполнителя иэ кокса и графита с каменноугольным пеком, прессование под давлением 50 кгс/см2 из полученной смеси заготовки, термообработку до получения материала с размером пор 30-120 мкм и пропитку расплавленным кремнием при температуре 1800-2200 оС в вакууме 10 " -10 2 мм рт.ст. (.2.Указанный способ позволяет получить изделия с повышенной механической прочностью и износостойкостью.Это достигается тем, что в качестве .10 основы, предназначенной для пропиткикремнием, используют углеродные заготовки с размером пор 30-120 мкм.Однако изделия, получаемые указаннымспособом, гаэопроницаемые, Это ограничивает область применения изделийиз материалов этого класса (силицированных графитов) в торцовых уплотнениях, предназначенных для работы впарогазовых средах.20Выход готовых изделий по газоне,проницаемости для известных силицированных графитов составляет до 70.Такой относительно низкий выход годных иэделий погазонепроницаемостиобъясняется относительно крупным размером пор (30-120 мкм) пористой углеродной заготовки, взятой в качествеосновы для пропитки расплавленнымкремнием, и дальнейшей термическойобработкой.Кроме того, использование заготовок с такими широкими пределами значений открытой пористости и размерапор не может способствовать равномерной пропитке по объему заготовкирасплавленным кремнием и, как следствие, отрицательно влияет на стабильность свойств силицированногоматериала. Так, например, предельныезначения по плотности у таких матери"алов колеблются от 2,3 до 2,У г/смз, 1 Определ прочности при сжатии изменяет"ся от 3000 до 7000 кг/смт.е, в2,5 раза.Целью изобретения является повыше"ние гаэоплотности и стабилизации Физико-механических характеристик антифрикционных силицированных иэделий,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу получения антифрикционных изделий, включающему сме шение кокса и графита с каменноугольным пеком, прессование, термообработку и пропитку изделий кремнием в вакууме, кокс и графит берут в соотношении, мас.: 2,5-24,1, смешивание скаменноугольным пеком осуществляютпри соотношении, мас. 1,5-3;1, притемпературе 140-150 ОС в течение 23 ч с последующим охлаждением, измельчением до получения порошка сразмером частиц менее 1 мм, содержащего 50-57 частиц с размером менее0,09 мм, а прессование осуществляютпри давлении 120-200 кг/см,Повышение гаэоплотности и стабильности Физико-механических свойств но вого антифрикционного силицированногоматериала обеспечивается благодарямелкозернистой пористой структуре исходного графита с размером пор 310 мкм, предназначенного для пропит Оки расплавленным кремнием, Исходныйграфит с размером пор менее 3 мкм непропитывается расплавленным кремнием, графит с размером пор менее 10 мкмне обеспечивает достаточную газоплот ность силицированного графита.Получение исходного графита с укаэанным размером пор достигается применением смеси, состоящей иэ нефтяного кокса, природного графита и каменноугольного пека, взятых в определенных соотношениях, режимом приготовления этой смеси, гранулометрическимсоставом пресс-порошка, полученногопосле охлаждения и дробления массыи величиной давления прессования заготовок. Предельные значения массовых соотношений нефтяного кокса к природному граФиту менее 2,5:1 и наполнителя к О каменноугольному пеку менее 1,5:1 приводят к образованию внутренних дефектов (раковин, внутренних трещин) в заготовках после их термической обработки вследствие повышенного со держания природного графита и каменноугольного пека.Предельное значение массовых соотношений нефтяного кокса и природного графита более 24:1 и наполнителя к каменноугольному пеку более 3:1 приводит к получению материала после термической обработки с пониженной механической прочностью из-эа недостаточного количества связующего.Смешивать массу при температуресвыше 150 С более 3 ч нецелесообразно ввиду повышенного расхода тепловойи электрической энергии. Смешениемассы при температуре ниже 130 ОС менее 2 ч приводит к ее неоднородностии, следовательно, к образованию тре-;:щин после термической обработки.Отличительная особенность способазаключается и в том, что полученнуюмассу охлаждают, измельчают до получения частиц размером менее 1 мм, содержащую 50-57 частиц размером менее90 мкм и прессуют при давлении 120203 кгс/см.Процесс измельчения позволяет получить частицы, способные прессоваться в холодном состоянии, что в дальнейшем позволяет при прессовании вуказанных выше пределах изготовитьматериал с заданной пористостью.Использование частиц более 1 ммне позволяет получать материал с мелкозернистой пористой структурой.Гранулометрический состав пресспорошка и величина давления прессования заготовок, формируемых при температуре 15-25 ОС, непосредственновлияют на величину пор вматериале.Пресс-порошок с размером частицменее 1 мм, содержащий 50 частиц менее 90 мкм, следует прессовать придавлении 120 кгс/см 1, при этом размер пор в материале после термической обработки близок к 10 мкм.Пресс-порошок с размером частицменее 1 мм, содержащий 57 частиц менее 90 мкм, следует прессовать придавлении 200 кгс/см , при этом разамер пор заготовок после термическойобработки близок к 3 мкм,П р и м е р 1. В смесильную машину засыпают 1080 кг кокса нефтяного пиролиэного прокаленного маркиКНПС (ГОСТ 22898-78) тонкого помола(150-5 мкм), содержащего частицы мене 90 мкм в количестве 78, и 45 кгприродного графита марки ЭЗМ (ГОСТ7478-75), что соответствует массовому соотношению 24:1. Кокс и графитсмешивают при 90 ОС в течение 30 мин,затем к полученной смеси добавляюткаменноугольный пек 375 кг (ГОСТ102000-73), что соответствует массовому соотношению вышеописанного наполнителя к пеку 3:1, Полученный состав смешивают в течение 3 ч при 150 С.Затем горячую массу продавливают через мундштук в виде цилиндрическихблоков диаметром 200 мм и после охлаждения блоки дробят. Куски, полученные после дробления блоков, измельчают в шаровой мельнице до получения пресс-горошка с размером частицдо 1 мм, содержащего фракций менее90 мкм в количестве 57. Из полученного пресс-порошка на гидравлическихвертикальных прессах прессуют вчресс-формах при 25 ОС заготовки диаметром 142 мм и длиной 260 мм придавлении 200 кгс/см . Заготовки термообрабатывают в углеродной пересыпке в газовой печи при конечной температуре 1200 С со скоростью ЗЯ./ч изатем в электрической печи сопротивления при конечной температуре 2400 ОСсо скоростью ЗООС/ч. Из полученного,углеродного материала механическимпутем изготавливают детали узлов трения и образцы для определения фиэикомеханических и фрикционных характеристик. Затем детали и образцы подвергают пропитке расплавленным кремнием в электрической вакуумной печиЭВПпри остаточном давлении 10 1 -10мм рт.ст. до 2000 С со скоростьюнагрева 400 ОС/ч,П р и м е р 2. В смесильную машину засыпают 975 кг кокса (как в примере 1), содержащего частицы менее90 мкм в количестве 81, и 75 кг природного графита (как в примере 1),что соответствует массовому соотношению 13:1. Кокс и графит смешивают при85 ОС в течение 30 мин, затем к полученной смеси добавляют каменноугольный пек (как в примере 1) в количестве 450 кг, что соответствует массовому соотношению наполнителя к пеку2,3:1. Полученный состав смешивают втечение 2,5 ч при 140 ОС, затем горячую массу продавливают через мундштук в виде цилиндрических блоков диаметром 200 мм и.после охлажденияблоки дробят. Куски, полученные после дробления блоков, измельчают в шаровой мельнице до получения пресс-порошка с размером частиц до 1 мм, содержащего фракцию менее 90 мкм, вколичестве 54. Иэ полученного пресспорошка на гидравлических вертикальных прессах прессуют в пресс-формахпри 20 ОС заготовки диаметром 142 мм и длиной 260 мм при давлении.150 кгс/см . Далее изготавливают из 2делия как в примере 1.П р и м е р 3. В смесильную машину засыпают 645 кг кокса (как в при мере 1), содержащего частицы менее90 мкм в количестве 84, и 255 кгприродного графита (как в примере 1),что соответствует массовому соотношению 2,5:1. Кокс и графит смешивают 10 при 80 С в течение 30 мин, затемк полученной смеси добавляют каменноугольный пек (как в примере 1) в количестве 600 кг, что соответствуетмассовому соотношению наполнителя к 15 пеку 1,5:1, Полученный состав смешивают в течение 2 ч при 140 ОС. Затемгорячую массу продавливают черезмундштук в виде цилиндрических блоковдиаметром 200 мм и после охлаждения 2 О блоки дробят. Куски, полученные после дробления блоков, измельчают в шаровой мельнице до получения пресс-порошка с размером частиц до 1 мм, содержащего фракцию менее 90 мкм в ко 5 1 личестве 50. Из полученного пресс-порошка на гидравлических вертикальныхпрессах прессуют в пресс-формах при15 ОС заготовки диаметром 142 мм идлиной 260 мм при давлении 120 кгс/см,2Далее изготавливают иэделия как впримере 1.В таблице приведены свойства материалов, полученных го предлагаемомуи известному (прототипу) способам.Данные таблицы показывают, что З 5 предложенный способ обеспечивает получение новых антифрикционных газонепроницаеьых силицированных изделий,способных сохранять 100-ную газонепроницаемОсть; обеспечивает стабиль.40 ность свойств материала - разбросзначений по плотности составляет 2,72,9 г/смэ, (7) вместо 2,3-2,9 г/см(26 по прототипу) и по прочностипри сжатии 5200-6100 кгс/см (17) 45 вместо 3000-7000 кгс/см (230 попрототипу) и повышает выход годныхизделий до 100. Новый материал также отличается 5 О хорошими антифрикционными характеристиками: скорость изнашивания не превышает 0,4 мм/год и коэффициент трения пары составляет 0,01-0,015.973509 Выход годныхизделий, % Свойства Материалы Газонепроницаемость ПлОтность г/ мЗПрочностьпри сжатии,кгс/см По примеру 100 5200 2,7 1,010 6 100 2,8 3500 1,410 100 6100 2,9 Среднее значение 10 6 5600 2,8 Известный (прототип) 3000-7000 1 0 10 5 2,3-2;9 70 Среднее значение 5000 2,6 Формула изобретения Составитель В.Соколова Редактор М.Дылын ТехредМ.Надь Корректор О,БилакЗаказ 8603/24 Тираж 641 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 Способ получения антифрикционных изделий, включающий смешение кокса и графита с каменноугольным пеком, прессование, термообработку и пропитку изделий кремнием в вакууме, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения гаэоплотности и стабильности физико-механических харак теристик изделий, кокс и графит берут в соотношении маС.Ъ: 2,5-24,1 смешивают с каменйоугольным пеком в соотношении, мас., 1,5-3:1 при 140150 аС в течение 2-3 ч с последующимохлаждением, иэмельчением до получения порошка с размером частиц менее 1 мм, содержащего 50-57 частицразмером менее 0,09 мм, а прессование осуществляют при давлении 120200 кг/смЭ,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 414841, кл, С 04 В 31/04, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР У 707129, кл. С 04 В 35/52, 1977.