Графитовые болванки
- от объёма, заполните заявку
Графитовые болванки для механообработки: марки, характеристики, формы поставки
Графитовые болванки — полуфабрикаты чаще из конструкционного графита, предназначенные для изготовления деталей методом механической обработки. Материал применяется там, где обычные металлы не выдерживают эксплуатационных нагрузок: в высокотемпературных процессах металлургии, вакуумной технике, химическом машиностроении.
Конструкционный графит сочетает уникальные свойства: высокую термостойкость (рабочая температура до 2300°C в нейтральных средах), химическую инертность к большинству расплавов, хорошую электропроводность и способность к точной механической обработке. При этом, в отличие от металлов, прочность графита увеличивается с ростом температуры вплоть до 2400–2700°C.
Марки конструкционного графита для заготовок
Выбор марки определяется условиями эксплуатации готового изделия. Основные марки конструкционного графита для изготовления заготовок под механообработку: МПГ, ЗОПГ (плотный графит улучшенной структуры) и группа малозольных графитов ГМЗ, ГМЗ-О, ГМЗ-А.
Графит марки ЗОПГ — плотный графит улучшенной структуры
Марка ЗОПГ относится к среднезернистым конструкционным графитам с улучшенной плотностью и пониженной зольностью. Применяется для изготовления тиглей, нагревателей вакуумных печей, экранов, защитных чехлов для термопар. Нагреватели из графита ЗОПГ используются взамен вольфрамовых и молибденовых при плавке редких и полупроводниковых металлов в вакуумных электропечах.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность, г/см³, не менее | 1,70–1,75 |
| Предел прочности при сжатии, МПа, не менее | 36,0 |
| Предел прочности при изгибе, МПа, не менее | 16,5 |
| Пористость, %, не более | 24 |
| Зольность, %, не более | 0,04 |
| Удельное электросопротивление, мкОм·м, не более | 11,0 |
Графит ЗОПГ работоспособен в нейтральных средах при температурах до 2300°C, в окислительной среде — до 400–450°C. Из этой марки изготавливают также футеровочные плитки и блоки для химической аппаратуры, желобов для отвода чугуна и шлака.
Графит марки ГМЗ — малозольный среднезернистый
Марки ГМЗ и ГМЗ-О относятся к классу малозольных среднезернистых графитов. Применяются для изготовления труб, экранов, подставок, тиглей и нагревательных элементов. Отличаются низким содержанием зольных примесей (не более 0,03%), что важно для процессов с высокими требованиями к чистоте.
| Параметр | ГМЗ | ГМЗ-О | ГМЗ-А |
|---|---|---|---|
| Плотность, г/см³, не менее | 1,55–1,60 | 1,60 | 1,60 |
| Предел прочности при сжатии, МПа, не менее | 21,0–29,4 | 29,4 | 24,5 |
| Предел прочности при изгибе, МПа, не менее | 9,0–11,8 | 11,8 | 8,8 |
| Пористость, %, не более | 30 | 30 | — |
| Зольность, %, не более | 0,03 | 0,03 | 0,03 |
| Удельное электросопротивление, мкОм·м | 9–11,5 | 9–11 | 9–11 |
Марка ГМЗ-А относится к крупнозернистым малозольным графитам общего назначения. Выпускается по ТУ 48-4802-86-97. Рабочий температурный диапазон аналогичен марке ГМЗ: до 2300°C в нейтральных средах.
Области применения графитовых болванок
Болванки из конструкционного графита служат исходным материалом для производства широкого спектра изделий.
Металлургия и литейное производство
Из графитовых болванок изготавливают тигли для плавки цветных и драгоценных металлов, кристаллизаторы для непрерывного литья, литейные формы (кокили) для производства втулок, звездочек, фланцев. Графитовые формы позволяют получать отливки с чистой поверхностью благодаря антипригарным свойствам материала.
Вакуумная и высокотемпературная техника
Нагреватели, экраны и оснастка вакуумных печей для выращивания монокристаллов полупроводников, плавки редкоземельных металлов. Защитные чехлы для термопар и термометров, работающих при температурах до 2300°C.
Химическое машиностроение
Футеровочные блоки и плитки для защиты аппаратуры, контактирующей с агрессивными средами. Детали теплообменного оборудования, работающего с кислотами и щелочами.
Электротехника
Из графитовых заготовок вытачивают электроды для электроэрозионной обработки, контактные элементы, токосъемники. Хорошая электропроводность графита в сочетании с термостойкостью позволяет использовать его в условиях высоких токовых нагрузок.
Формы поставки графитовых болванок
Болванки из конструкционного графита поставляются в стандартных геометрических формах, удобных для последующей механообработки:
Цилиндрические заготовки (стержни, круги)
Диаметр от 10 до 500 мм, длина до 2000 мм в зависимости от марки и производителя. Используются для изготовления тиглей, втулок, электродов, нагревателей цилиндрической формы.
Прямоугольные заготовки (бруски, плиты, блоки)
Сечение от 20×20 мм до 500×500 мм, длина до 2000 мм. Применяются для изготовления футеровочных элементов, пресс-форм, литейных форм сложной конфигурации.
Фасонные заготовки
По чертежам заказчика изготавливаются заготовки, максимально приближенные к форме готового изделия, что сокращает объем механической обработки и снижает отходы материала.
Технология производства графитовых заготовок
Конструкционный графит — искусственный материал, получаемый высокотемпературной обработкой углеродсодержащего сырья.
Подготовка сырья. В качестве наполнителя используется нефтяной или пековый кокс, связующего — каменноугольный пек. Кокс дробится и классифицируется по фракциям.
Смешение. Наполнитель и связующее смешиваются при температуре 130–150°C до получения однородной пластичной массы.
Формование. Заготовки формуются методом прессования (для плотных марок) или экструзии (для труб и стержней). Давление прессования достигает 100–150 МПа.
Обжиг. Сформованные заготовки обжигаются при температуре 1200–1400°C без доступа воздуха. Связующее коксуется, образуя прочный углеродный каркас.
Графитация. Обожженные заготовки прогреваются до 2500–3000°C в электрических печах. При этом аморфный углерод превращается в кристаллический графит, материал приобретает характерные свойства: электропроводность, теплопроводность, самосмазываемость.
Механическая обработка графитовых заготовок
Графит обрабатывается стандартным металлорежущим инструментом: резцами, фрезами, сверлами.
Материал образует мелкодисперсную пыль, поэтому станки должны быть оборудованы системой аспирации. Для оператора обязательны средства защиты органов дыхания.
Графит допускает высокие скорости резания (до 300–500 м/мин при точении) благодаря самосмазывающим свойствам. Охлаждающая жидкость, как правило, не применяется.
Возможна обработка с высокой точностью (до 0,01 мм) и низкой шероховатостью поверхности (Ra 0,8–1,6 мкм).
При нарезании резьбы следует учитывать хрупкость материала — рекомендуется применять резьбонарезные головки с плавающими плашками.
Сравнение марок графита для выбора заготовок
| Марка | Тип | Плотность, г/см³ | Прочность сж., МПа | Прочность изг., МПа | Применение |
|---|---|---|---|---|---|
| ЗОПГ | Среднезернистый плотный | 1,70–1,75 | ≥36,0 | ≥16,5 | Тигли, нагреватели, экраны, футеровка |
| ГМЗ | Среднезернистый малозольный | 1,55–1,60 | ≥21,0 | ≥9,0 | Трубы, экраны, тигли, нагреватели |
| ГМЗ-О | Среднезернистый малозольный | 1,60 | ≥29,4 | ≥11,8 | Изделия с повышенными требованиями к чистоте |
| ГМЗ-А | Крупнозернистый малозольный | 1,60 | ≥24,5 | ≥8,8 | Крупногабаритные изделия общего назначения |
Для изделий с повышенными требованиями к прочности рекомендуется марка ЗОПГ. При необходимости минимального содержания примесей — марки группы ГМЗ. Для крупногабаритных изделий экономичнее использовать крупнозернистый ГМЗ-А.
Условия хранения и транспортировки
Графитовые болванки хранят в сухих закрытых помещениях при температуре от +5 до +35°C. Материал гигроскопичен — при длительном воздействии влаги возможно снижение прочностных характеристик. Транспортировка осуществляется в деревянной таре или на поддонах с защитой от механических повреждений.
