Вибір матеріалів для кілець пар тертя

Матеріали пар кілець торцевих ущільнень вибирають залежно від характеристик робочого середовища, умов роботи за параметрами навантаження та антифрикційних властивостей при взаємодії поверхонь кілець. Аналіз роботи торцевих ущільнень у відцентрових насосах показує, що вимоги до матеріалів пар тертя можна звести до ряду показників застосування:

корозійної стійкості;
ефективності тепловідведення;
працездатності матеріалу в режимі тертя при «мастильному голодуванні».

Для оцінки матеріалів пар тертя можна порівнювати їх по комплексу λЕ/α, де λ - теплопровідність матеріалу, Е - модуль пружності, α - коефіцієнт температурного лінійного розширення. За цим комплексом λЕ/α найкращі з графітових матеріалів (цифри в дужках показують значення комплексу):

з м'яких графітів - електрографіт з просоченням сурмою (2,31×10 5 ), піро-графітПГІ(1,7×10 5 );
з твердих графітів - силікований графіт СГТ (42×10 5 ) і карбід кремнію (130,2×10 5 ).

Важливою умовою підвищення працездатності ущільнень є використання пар тертя особливо твердих зносостійких матеріалів . Одним із ефективних шляхів удосконалення торцевих ущільнень є перехід від менш зносостійких пар тертя (наприклад, пара «вуглеграфіт - метал») до значно більш зносостійких: вуглеграфіт за силицованим графітом, мінерало- або металокерамікою; силікований графіт за силікованим графітом.

Зношення поверхонь кілець, що труться, в контактній парі зростає зі зростанням температури в ній. Так, при температурах 588 ÷ 698°К просочення у більшості графітових композицій руйнується. Графіт окислюється на повітрі притемпературі вище 773°К, утворюючи леткі оксиди вуглецю; при низьких температурах він взаємодіє з киснем слабше, ніж багато металів, але оскільки його оксид летючий, то поверхні не утворюється захисних оксидних плівок. При температурах порядку 815°К відбувається розм'якшення хромового покриття, а покриттях, виконаних плазмовим напиленням, утворюються термотріщини. Зменшити температуру в контактній парі можна за рахунок застосування для її кілець матеріалів великої теплопровідності та забезпечення зовнішніх умов відведення тепла.

Дослідження показали, що задовільну працездатність у рідкому азоті виявляють тонкі фторопластові плівки. Позитивні результати демонструють матеріали, що самозмазуються, що являють собою комбінації пластмас з графітом. Найкращі серед них – композиції на основі фторопласту-4 та нейлону. Композиційні плівки, що показали хорошу зносостійкість та низький коефіцієнт тертя в рідкому азоті, показали аналогічний результат і в умовах рідкого водню. Найкращі показники при терті у рідкому водні має пара графіт – графіт.

За низьких температур вуглецеві матеріали мають такі ж характеристики, як і при високих температурах. Коефіцієнт тертя та знос у загальному випадку мають тенденцію до збільшення з підвищенням температури. Фенольна смола, фторопласт і нейлон, що використовуються як просочувальні матеріали для вуглецевих матеріалів, мають задовільні характеристики тертя та зношування в рідкому азоті.

Графітофторопластові антифрикційні матеріали застосовують, в основному, в окисних середовищах. У сильних окислювачах та інших агресивних середовищах застосовують матеріал Ф4К20 на основі фторопласта-4 з 20% коксу, що працює в парі з керамікою ЦМ-332.

Крім силікованих графітів, для умовроботи при високому тиску і значних швидкостях ковзання застосовують карбіди кремнію, а також тверді металокерамічні сплави на основі карбідів вольфраму, хрому, титану та ін. – 1670°К, оксиду алюмінію – 1870 ÷ 1970°К.