Антифрикционный самосмазывающийся материал

(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 388014, кл. С 10 М 7/04, 1971.2, Авторское свидетельство СССРМ 254093, кл. С 22 С 1/00, 1968(54) (57) АНТИФРИКЦИОННЫЙ САМОСМАЗЫВАЮЩИИСЯ МАТЕРИАЛ, содержащяй гратлич аюс целью повьваеарной вязкости та трения и олнительно содерековый кокс и соотношении фит, олово и медь, ощий ся тем, что,ния герметичности, уди снижения коэффициенизноса,материал допжит графитированный псурьму при следующемкомпонентов, мас.Ъ:Графитированныйпековый коксСурьмаОловоМедьГраФитИзобретение 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.В) и металлической составляющей сурьмы (20 - 40 мас.В) И ,Данный материал, обладая достаточ ной стойкостью в химически активных средах, имеет недостаточно высокие механическую прочность и износостойкость, а также повышенную газопроницаемость, 15Наиболее близок к предлагаемому антифрикционный самосмазывающийся материал следующего состава, мас. В: 15 "1610-12 209-10Остальное ГрафитСвинецОловоМедь Графитированныйпековый коксСурьма.Олово 1-53-630-37 65 Состав получают прессованиемсмеси порошков исходных компонентовпод давлением 6 - 6,5 т/см и спеЕ.кают при 780 С и выдержке 1 ч 21 .Недостатком известного материала является повыаенная пористость,которая неизбежна при спекании порошков и не позволяет обеспечитьполной герметичности материала,что при эксплуатации его в качестветорцовых уплотнений жидкостных насосов ведет к недопустимым протечкам.35В результате того, что в составеимеется недостаточное количествографита., материал имеет низкую смазывающую способность и высокий коэффициент трения, что вызывает повышенный износ контрпары. Кроме того,этот материал имеет низкую уцарнуювязкость (0,05 - 0,07 кгм/см), чтопрепятствует нормальной работе антифрикционных деталей при.вибрации,ударных нагрузках и высоких удельных нагрузках, т.е. в условиях, ко торые реализуются при эксплуатацииторцовых уплотнений валов жидкостныхнасосов,50Цель изобретения - повышениегерметичности и ударной вязкости,а также снижение коэффициента тренияи износа.1;Поставленная цель достигается 55тем, что антифрикционный самосмазывающийся материал, содержащий граФит, олово и медь, дополнительносодержит графитированный пековыйкокс и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%:МедьГрафит 1-3Ост аль ное Для торцовых уплотнений сальниковпредназначенных дпя валов большогодиаметра (500 - 700 мм), графитоваяоснова композиционного металлографитового материала изготавливаетсяиз зерна прокаленного нефтяного кокса, имеющего величину и .соотнсшениефракций, заранее определенных технологическим процессом. Причем зернистость и соотношение зерновых фрак 1ций имеют довольно узкие пределы.При отклонениях от требуемой зернистости, происходит растрескиваниезаготовок,Для изготовления графитовых заготовок диаметром более 400 мм используются крупное зерно размерами1,2 - 2,3 мм. Использование такогозерна приводит к образованию большого количества крупных пор, из которых сплав просто вытекает привыемке заготовок после пропиткивследствие малой силы поверхностного натяжения, Оставшиеся непропитанными пустоты в материале умень.шают его герметичность и ударнуювязкость, что, в свою очередь, вызывает протечки воды сквозь теломатериала и снижение удельных нагрузок эксплуатации. Чтобы избежатьэтих нежелательных явлений в пористую структуру графитовой заготовкивводят графитированный пековый кокс,что приводит к уменьшению диаметрапор и их количества. Последующаяметаллопропитка создает полностьюгерметичный материал с высокой прочностью и низким коэффициентом трения.Количество вводимого пекового кокса должно быть в пределах 1-5 мас.Ъ.Меньшее количество пекового коксане влияет на уменьшение пористости,а большее может привести к закупорке каналов, соединяющих поры, ивследствие этого к невозможностипропиткй металлом,Процентное. содержание олова,сурьма и меди .выбирается таким образом, чтобы в сплаве образоВывались интерметаллические соединенияЯЬБп и СцБп, имеющие более высокуютвердость, чем пластичная основа изолова. Вкрапления кристаллов этихинтерметаллидов в сплаве препятствуют его быстрому износу. При содержании сурьмы меныае 3,0 мас.й,медименее 1 мас.%, а олова более37 мас.З, указанных интерметаллических соединений образовывается меньше и материал подвергается при эксплуатации недопустимоМу износу.При содержании сурьм более6,0 мас.%, меди более 3 мас.Ъ, аолова менее 30 мас.Ъ интерметаллидовОбразовывается больше норьи, мате1097656 10 Величина зерна,мм Содержание вшихте, мас. Ф46 35 Яенее 0,090,09 - 0,50,5 - 1,21,2 - 2,3 22 1440Затем ее смешивают с каменноугольным среднетемпературным электродным пеком марки "А" в массовом соотношении 0,79 : 0,21 при 110 С и отпрессовывают на прсшивоном 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.Ъ; 1 - 3 мм 50 мас.Ъ 3 5 мм 40 мас.Ъ, Подъем температуры печи и выдержку ведут по графику: До 400 С 120 чр 400 - 600 С 90 чр 600 - 800 С 70 чр 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.Ъ, а 15 меди более 3 мас.В.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 масЪ, пластичность, а вместе с ней и ударная вязкость увеличиваются, но тогда возможен недопустимо высокий износ.П р и м е р 1. Для получения антифрикционного самосмазывающегося материала сначала готовят графитовую основу. Для этого берут шихту прокаленного нефтяного кокса марки КНПС со следующей зернистостью:"А". Для этого разогретые до 220 С 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 2500 ОС, охлаждение с отключенной печью.Из графитовых заготовок механичес. ким путем изготавливают кольцевой элемент сечением 4040 мм, представляющий собой 1/4 кольца диаметром 600 мм.Готовят расплав металлов, для чего берут 83, 5 мас.Ъ олова (ТУ - 48 13 - 16 - 77); 10 мас.В сурььн (ГОСТ - 1535 - 62) и 6,5 мас.Ъ меди (марка М - 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.%. ГрафитГрафитованный пековый коксОловоСурьмаМедь 65 1 30 3,0 1,0 Окончательное содержание компонента в конечном материале, мас.Ъ:Охлаждение печи после отключе ния газа 5 сут.Для введения в состав графитовой основы графитированного пекового кокса обожженные заготовки пропитывают каменноугольным пеком марки П р и м е р 2. Для получения антифрикционного самосмазывающегося материала сначала готовят графитовую основу. Для этого берут шихту прокаленного нефтяного кокса марки КНПС со следующей зернистостью:Величина зерна, мм Содержание в шихтем, мас.В Менее 0,09 0,09 - 0,5 0,5 - 1,2 12 - 2,3 235 19 13 Затем смешивают с каменноуголь ным среднетемпературным электродным пехом марки "А" 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 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 щропиточный 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: 56 ГрафитГрафитиров ан ныйпековый коксОловоСурьмаМедь 3 34 5 2Менее .0,09 0,09 - 0,50,5 - 1,2 2450 20 Э 1,2 - 2,3 12Затем смешивают с каменноуголь ным пеком марки "А" 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 Окаменноугольным пеком ведут при 200 С и давлении 5 атм; вторичный обжиг пропитанных заготовок, поП р и м е р 3. Для получения антифрикционного самосмазывающегося 40 материала готовят графитовую основу. Для этого берут шихту прокаленного нефтяного кокса марки КНПС со следующей зернистостью:следующая графитация и механическая обработка проводятся как в примере 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: ГрафитГрафитированныйпековый коксОловоСурьмаМедь 5 37 6 3Ч Р 2 где Р остаточное давление,мм.рт,ст.;начальное давление,мм.рт.ст.;объем втулки, смтолщина стенок, см;боковая поверхность втул2,ки, смвремя натекания, с,д 5 Испытание на трение и износ проводят при следующих условиях: Скорость скольжения, м/сУдельная нагрузка, кгс/смТемпература, СРабочая среда 2015Вода 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 НИИграфита МИ 4807-07,73-88-80. Коэффициент 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 Формуле1097656 Показатели Материап Предлагаемый по примеру Из вест ный 2 1000 1200 1100 1200 10 15 12 10-4 1.105.10 Коэффициенттрения Износ,мг/км см 0,50 0,10 0,15 1,5 Редактор Л.Пчелинская Заказ. 4146/23 Тираж 489ВНИИПИ .Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Предел прочности присжатии,кгс/сму Ударная вязкостькДж/м Коэффициентгазопроницаемости,см/с 0,012 О, 010 0,015 . 0,15 Составитель Е. ПономареваТехред С.Легеза Корректор А.Ильин