SU973509A1 - Способ получени антифрикационных изделий - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к производству антифрикционных материалов и изделий на основе углерода, предназначенных дл  изготовлени  торцовых уплотнений , подшипников скольжени  и других деталей узлов трени . Издели  из этих материалов примен ют в маициностроении , химической промышленности , насосной технике„и других област х .

Известен способ получени  силицированных изделий, например подшипников и уплотнительных колец, путем прессовани  из пресс-композиций на основе искусственного и естественного графита, сажи с добавкой фенолформальдегидного св зующего и последующей термообработкой и пропиткой в расплаве кремни  до 2050°С til.

Однако полученные при этом издели  имеют низкую износостойкость.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ получени  антифрикционных изделий, включающий смешивание наполнител  из кокса и графита с каменноугольным пеком, прессование под давлением 50 кгс/см из полученной смеси заготовки, термообработку до получени  материала .

с размером пор 30-120 мкм и пропитку расплавленным кремнием при температуре 1800-2200°С в вакууме 10 Ю мм рт.ст. 2.

Указанный способ позвол ет получить издели  с повышенной механической прочностью и износостойкостью. Это достигаетс  тем, что в качестве

10 основы, предназначенной дл  пропитки кремнием, используют углеродные заготовки с размером пор 30-120 мкм. Однако издели , получаемые указанным способом, газопроницаемые. Это ограничивает область применени  изделий

15 из материалов этого класса (силицированных графитов) в торцовых уплотнени х , предназначенных дл  работы в парогазовых средах.

20

Выход готовых изделий по газоне I проницаемости дл  известных силицированных графитов составл ет до 70%. Такой относительно низкий выход годных изделий погазонепроницаемости 25 объ сн етс  относительно крупным размером пор (30-120 мкм) пористой углеродной заготовки, вз той в качестве основы дл  пропитки расплавленным кремнием, и дальнейшей термической

30 обработкой. Кроме того, использование заготовок с такими широкими пределами значений открытой пористости и размера пор не может способствовать равномерной пропитке по объему заготовки расплавленным кремнием и, как следствие , отрицательно вли ет на стабильность свойств силицированного :материала. Так, например, предельные значени  по плотности у таких матери алов колеблютс  от 2,3 до 2,9 г/сь;3, предел прочности при сжатии измен ет с  от 3000 до 7000 кг/см-, т.е. в 2,5 раза. Целью изобретени   вл етс  повыше ние газоплотности и стабилизации физико-механических характеристик анти фрикционных силицированных изделий. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу получени  антифрикционных изделий, включающему сме шение кокса и графита с каменноуголь ным пеком, прессование, термообработ ку и пропитку изделий кремнием в вакууме , кокс и графит берут в соотношении , мас.%: 2,5-24,1, смешивание с каменноугольным пеком осуществл ют при соотношении, мас.% 1,5-3:1, при температуре 140-150°с в течение 23 ч с последующим охлаждением, измельчением до получени  порошка с размером частиц менее 1 мм, содержащего 50-57% частиц с размером менее 0,09 мм, а прессование осуществл ют при давлении 120-200 кг/см. Повышение газоплотности и стабиль ности физико-механических свойств но вого антифрикционного силицированног материала обеспечиваетс  благодар  мелкозернистой пористой структуре ис ходного графита с размером пор 310 мкм, предназначенного дл  пропитки расплавленным кремнием. Исходный графит с размером пор менее 3 мкм не пропитываетс  расплавленным кремнием , графит с размером пор менее 10 мк не обеспечивает достаточную газоплот ность силицированного графита. Получение исходного графита с ука занным размером пор достигаетс  применением смеси, состо щей из нефт но го кокса, природного графита и камен ноугольного пека , вз тых в определен ных соотношени х, режимом приготовле ни  этой смеси, гранулометрическим составом пресс-порошка, полученного после охлаждени  и дроблени  массы и величиной давлени  прессовани  заготовок . Предельные значени  массовых соот ношений нефт ного кокса к природному графиту менее 2,5:1 и наполнител  к каменноугольному пеку менее 1,5:1 привод т к образованию внутренних дефектов (раковин, внутренних трещин в заготовках после их термической обработки вследствие повыхиенного содержани  природного графита и каменноугольного пека. Предельное значение массовых соотношений нефт ного кокса и природного графита более 24:1 и наполнител  к каменноугольному пеку более 3:1 приводит к получению материала после термической обработки с пониженной механической прочностью из-за недостаточного количества св зующего. Смешивать массу при температуре свыше 150с более 3 ч нецелесообразно ввиду повышенного расхода тепловой и электрической энергии. Сме{1 ение массы при температуре ниже 130°С менее 2 ч приводит к ее неоднородности и, следовательно, к образованию тре-:: щин после термической обработки. Отличительна  особенность способа заключаетс  и в том, что полученную массу охлаждают, измельчают до получени  частиц размером менее 1 мм, содержащую 50-57% частиц размером менее 90 мкм и прессуют при давлении 120200 кгс/см. Процесс измельчени  позвол ет получить частицы, способные прессоватьс  в холодном состо нии, что в дальнейшем позвол ет при прессовании в указанных выше пределах изготовить материал с заданной пористостью. Использование частиц более 1 мм не позвол ет получа-Гь материал с мелкозернистой пористой структурой. Гранулометрический состав пресспорошка и величина давлени  прессовани  заготовок, формируемых при температуре 15-25°С, непосредственно вли ют на величину пор вматериале. Пресс-порошок с размером частиц менее 1 мм, содержащий 50% частиц менее 90 мкм, следует прессовать при давлении 120 кгс/см, при этом размер пор в материале после термической обработки близок к 10 мкм. Пресс-порошок с размером частиц менее 1 мм, содержащий 57% частиц менее 90 мкм, следует прессовать при давлении 200 кгс/см, при этом размер пор заготовок после термической обработки близок к 3 мкм. Пример 1. В смесильную машину засыпают 1080 кг кокса нефт ного пиролизного прокаленного марки КНПС (ГОСТ 22898-78) тонкого помола (150-5 мкм), содержащего частицы менее 90 мкм в количестве 78%, и 45 кг природного графита марки ЭЗМ (ГОСТ 7478-75;, что соответствует массовому соотнолению 24:1. Кокс и графит смешивают при 90°С в течение 30 мин, затем к полученной смеси добавл ют каменноугольный пек 375 кг (ГОСТ 102000-73), что соответствует массовому соотношению вышеописанного наполнител  к пеку 3:1. Полученный состав смешивают в течение 3 ч при 15Cfc. Затем гор чую маису продавливают через мундштук в виде цилиндрических блоков диаметром 200 мм и после охлаждени  блоки дроб т. Куски, полученные после дроблени  блоков, измельчают в шаровой мельнице до получени  пресс-порошка с размером частиц до 1 мм, содержащего фракций менее 90 мкм в количестве 57%. Из получен-: него пресс-порошка на гидравлических вертикальных прессах прессуют в ресс-формах при заготовки диаметром 142 мм и длиной 260 мм при давлении 200 кгс/см. Заготовки термообрабатываит в углеродной пересыпке в газовой печи при конечной температуре 1200° С со скоростью ЗЬ/ч и затем в электрической печи сопротивлени  при конечной температуре 2400°С со скоростью 30°С/ч. Из полученного ,углеродного материала механическим путем изготавливают детали узлов трени  и образцы дл  определени  физикомеханических и фрикционных характеристик . Затем детали и образцы подвергают пропитке расплавленным кремнием в электрической вакуумной печи ЭВП-1500 при остаточном давлении мм рт,.ст. до 2О00° С со скоростью нагрева 400°С/ч.

Пример 2.В смесильную машину засыпают 975 кг кокса (как в примере 1), содержащего частицы менее 90 мкм в количестве 81%, и 75 кг природного графита (как в примере 1), что соответствует массовому соотношению 13:1. Кокс и графит смешивают при 85.С в течение 30 мин, затем к полученной смеси добавл ют каменноугольный пек (как в примере 1) в количестве 450 кг, что соответствует массовому соотношению наполни;тел  к пеку 2,3:1. Полученный состав смешивают в течение 2,5 ч при , затем гор чую массу продавливают че)ез мундштук в виде цилиндрических блоков диаметром 200 мм и.после охлаждени  блоки дроб т. Куски, полученные после дроблени  блоков, -измельчают в шаровой мельнице до получени  пресс-порошка с размером частиц до 1 мм, содержащего фракцию менее 90 мкм, в количестве 54%. Из полученного пресспорошка на гидравлических вертикальных прессах прессуют в пресс-формах при 20°С заготовки диаметром 142 мм

и длиной 260 мм при давлении. 150 кгс/см. Далее изготавливают издели  как в примере 1.

Пример 3. В смесильную машину засыпают 645 кг кокса (как в примере 1), содержащего частицы менее 90 мкм в количестве 84%, и 255 кг природного графита (как в примере 1), что соответствует массовому соотношению 2,5:1. Кокс и графит смешивают

0 при в течение 30 мин, затем

к полученной смеси добавл ют каменноугольный пек (как в примере 1) в количестве 600 кг, что соответствует массовому соотношению наполнител  к

5 пеку 1,5:1. Полученный состав сметшвают в течение 2 ч при 140С. Затем гор чую массу продавливают через мундштук в виде цилиндрических блоков диаметром 200 мм и после охлаждени 

Q блоки дроб т. Куски, полученные после дроблени  блоков, измельчают в шаровой мельнице до получени  пресс-поропка с размером частиц до 1 мм, содержащего фракцию менее 90 мкм в ко5 личестве 50%. Из полученного пресс-порошка на гидравлических вертикальных прессах прессуют в пресс-формах при 15°С заготовки диаметром 142 мм и длиной 260 мм при давлении 120кгс/см .

Далее изготавливают издели  как в

30

примере 1.

В таблице приведены свойства матврисшов , полученных по предлагаемому и известному (прототипу) способам. Данные таблицы показывгиот, что

5 предложенный способ обеспечивает получение новых антифрикционных газонепроницаемых силицированных изделий, способных сохран ть 100%-ную газонепроницаемость ; обеспечивает стабиль40 ность свойств материала - разброс

значений по плотности составл ет 2,72 ,9 г/см. (7%) вместо 2,3-2,9 г/см (26% по прототипу) и по прочности при сжатии 5200-6100 кгс/см (17%)

45 вместо 3000-7000 кгс/см (230% по прототипу) и повьвиает выход годных дзделий до 100%.

Новый материал также отличаетс  50 хорошими антифрикционными характеристиками: скорость изнашивани  не превышает 0,4 мм/год и коэффициент трени  составл ет 0,01-0,015.

По примеру

5200 3500 6100

среднее зна5600 чение2,8

Известный

3000-7000 1,0-10 ( прототип)

2,3-2;9

Среднее зна5000 чение2,6

100

100 100

1,0-10-

70

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 414841, кл. С 04 В 31/04, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР №707129, кл. С 04 В 35/52, 1977.