Антифрикционный графит

Антифрикционный графит — класс углеграфитовых материалов, предназначенных для работы в узлах трения без принудительной смазки. Слоистая кристаллическая структура графита обеспечивает низкий коэффициент трения: при скольжении слои кристаллической решётки легко сдвигаются относительно друг друга, создавая эффект сухой смазки. Это свойство лежит в основе применения антифрикционных графитов в подшипниках скольжения, уплотнительных кольцах, втулках, вкладышах и других деталях, работающих при постоянном трении.

Антифрикционные углеграфитовые материалы химически стойки во многих агрессивных газовых и жидких средах, сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур и не требуют дополнительных смазочных материалов. Эти качества делают их востребованными в машиностроении, нефтехимии, энергетике, металлургии и пищевой промышленности.

Классификация антифрикционных углеграфитовых материалов

Антифрикционные углеграфитовые материалы подразделяются на несколько основных групп в зависимости от технологии получения и вида пропитки.

Чистые углеграфитовые материалы (без пропитки)

К этой группе относятся две базовые разновидности, различающиеся способом термической обработки:

Графитированный материал (АГ) проходит более высокотемпературную обработку, что придаёт ему повышенную износостойкость и расширяет рабочий диапазон температур по сравнению с обожжённым (АО).

Материалы с металлической пропиткой (металлографиты)

Для повышения прочности, газоплотности и износостойкости базовые углеграфитовые заготовки пропитывают металлами или сплавами. Металл заполняет открытую пористость материала, делая его непроницаемым для жидкостей и газов. В качестве пропиточных материалов используются баббит (сплав на основе олова с содержанием Sn ~83 %), а также сплав олова и свинца.

Пропитка улучшает эксплуатационные характеристики, но ограничивает допустимую рабочую температуру: она определяется температурой плавления пропиточного металла. Для материалов, пропитанных баббитом или оловянно-свинцовым сплавом, допустимая температура составляет порядка 300 °С.

Графитопластовые антифрикционные материалы

Графитопласты представляют собой композиции на основе фторопласта-4, наполненного углеграфитовым порошком. Полимерная матрица обеспечивает химическую стойкость в агрессивных средах, а графитовый наполнитель — антифрикционные свойства и электропроводность. Пропитка полимерами повышает газоплотность, но снижает допустимую рабочую температуру по сравнению с чистым графитом.

Свойства и эксплуатационные характеристики

Антифрикционные углеграфитовые материалы обладают рядом свойств, определяющих их пригодность для работы в узлах трения без смазки.

Рабочие параметры антифрикционного графита марок АГ

Работа антифрикционных графитов рекомендуется в условиях спокойной или плавно меняющейся нагрузки. При ударных и знакопеременных нагрузках применение этих материалов ограничено из-за хрупкости углеграфитовой основы. Контакт с деталями из цветных металлов не рекомендуется.

Химическая стойкость

Углеграфитовые антифрикционные материалы химически стойки во многих агрессивных газовых и жидких средах. Графит инертен по отношению к большинству кислот, щелочей, растворителей и нефтепродуктов. Это позволяет использовать изделия из антифрикционного графита в нефтехимических и химических производствах, где узлы трения контактируют с агрессивными рабочими средами.

Марки антифрикционного графита и их модификации

Графит АГ-1500 (непропитанный)

Графит АГ-1500 — базовый антифрикционный графитированный материал мелкозернистой структуры. Основные физико-механические показатели:

АГ-1500 применяется в узлах трения машин и агрегатов, работающих без смазки при спокойной или плавно меняющейся нагрузке: уплотнительные кольца турбодетандерных агрегатов (рабочая среда — азот), вкладыши подшипников скольжения и торцевые уплотнительные кольца центробежных насосов (среда — бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, жидкие газы), уплотнительные кольца гидронасосов (среда — масло).

Графит АГ-1500-Б83 (пропитанный баббитом)

Модификация АГ-1500, пропитанная баббитом Б83. Пропитка заполняет открытую пористость, повышает газоплотность и прочность материала. Допустимое удельное давление для АГ-1500-Б83 составляет 15–20 кгс/см², предельная скорость скольжения — до 20 м/с. Допустимая рабочая температура ограничена 300 °С из-за температуры плавления пропиточного сплава.

Из данного материала производят уплотнительные кольца, вставки для компрессоров, подшипники скольжения, пары трения.

Графит АГ-1500-СО5 (пропитанный сплавом олова и свинца)

Модификация АГ-1500, пропитанная сплавом на основе олова и свинца. По области применения аналогична АГ-1500-Б83. Плотность — не менее 2,3 г/см³. Предел прочности при сжатии — не менее 1000 МПа. Допустимая удельная нагрузка — до 30 кгс/см², предельная скорость скольжения — до 25 м/с. Величина износа за 100 часов при предельных параметрах — не более 30 мкм. Допустимая рабочая температура — 300 °С.

Графит АМГ-600

АМГ-600 — антифрикционный металлографит, предназначенный для работы в жидких средах. Как и другие металлографиты, выпускается в модификациях с пропиткой баббитом (АМГ-600Б83) и оловянно-свинцовым сплавом (АМГ-600СО5). Применяется в насосном оборудовании, работающем с перекачкой жидких сред — нефтепродуктов, воды, химических растворов.

Графитофторопластовые антифрикционные материалы

Графитофторопласты — отдельный класс антифрикционных композитов на основе фторопласта-4, наполненного графитом. Они сочетают низкий коэффициент трения фторопласта с улучшенными механическими свойствами за счёт графитового наполнителя.

Графитофторопластовые материалы работают в паре с чугунами, сталями различных марок и хромовым покрытием. АФГМ применяется преимущественно в компрессорном оборудовании для изготовления уплотнительных и направляющих поршневых колец. АФГ-80ВС используется в сепараторах подшипников качения, поршневых кольцах компрессоров, подшипниках скольжения, работающих во влажных и агрессивных газовых средах, в вакууме и жидких средах.

Бронзографит — металлокерамический антифрикционный материал

Бронзографит — пористый спечённый антифрикционный материал, получаемый методами порошковой металлургии. Он состоит из бронзы (медь — основа, олово — 8,5–9 %) и частиц графита (1,5–3 %), равномерно распределённых между кристаллами бронзы. Поры бронзографита заполнены маслом, что обеспечивает свойство самосмазывания.

Из бронзографита изготавливают втулки для подшипников скольжения. Наличие масла в порах позволяет применять такие подшипники без принудительной смазки, что востребовано в труднодоступных для обслуживания узлах.

Эксплуатационные параметры бронзографита

Бронзографит, как и железографит, относится к спечённым самосмазывающимся материалам. Их применение целесообразно при сухом трении, невысоких скоростях скольжения и отсутствии ударных нагрузок.

Области применения антифрикционных графитовых материалов

Антифрикционные углеграфитовые и композитные графитовые материалы применяются в различных отраслях промышленности:

Насосное оборудование. Торцевые уплотнительные кольца, вкладыши подшипников скольжения центробежных насосов. Рабочие среды — бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, жидкие газы, масло, вода, химические растворы.

Компрессорное оборудование. Уплотнительные и направляющие поршневые кольца компрессоров для сжатия газов. Лопатки пластинчато-роторных вакуумных насосов.

Турбодетандерные агрегаты. Уплотнительные кольца для валов, работающие в среде азота и других газов при криогенных температурах.

Грузоподъёмное оборудование. Подшипники скольжения, работающие в условиях затруднённого доступа для смазки.

Химическое и нефтехимическое производство. Узлы трения оборудования, работающего с агрессивными жидкими и газовыми средами, где применение обычных смазок невозможно или нецелесообразно.

Пищевая промышленность. Узлы трения оборудования, где контакт смазочных материалов с продуктом недопустим.

Формы поставки антифрикционного графита

Антифрикционные графитовые материалы поставляются в различных формах, позволяющих изготавливать изделия требуемой конфигурации:

Стержни (кругляки) различного диаметра и длины — для последующей механической обработки и получения втулок, колец, вкладышей.

Втулки — готовые или полуфабрикатные заготовки для подшипников скольжения и уплотнений.

Кольца — уплотнительные заготовки для торцевых и радиальных уплотнений насосов и компрессоров.

Пластины и бруски — для изготовления лопаток вакуумных насосов, вставок и направляющих.

Заготовки по чертежам заказчика — изделия с индивидуальными размерами для конкретного типа оборудования.

Графитовые материалы хорошо поддаются механической обработке: точению, фрезерованию, шлифованию. Рекомендуемая шероховатость поверхности контртела — Ra 0,12.

Выбор антифрикционного графита для конкретных условий

При выборе антифрикционного графитового материала необходимо учитывать совокупность эксплуатационных факторов.

Рабочая среда. Для работы в агрессивных химических средах (кислоты, щёлочи, растворители) предпочтительны чистые углеграфитовые материалы (АГ-1500) или графитофторопласты (АФГ-80ВС). Для работы в жидких средах — металлографиты (АМГ-600 с модификациями).

Температурный режим. При температурах выше 300 °С применение металлографитов (пропитанных баббитом или оловянно-свинцовым сплавом) ограничено. В нейтральных средах при высоких температурах применяют непропитанные графиты АГ.

Характер нагрузки. Антифрикционные графиты предназначены для спокойных и плавно меняющихся нагрузок. При ударных и знакопеременных нагрузках целесообразно рассматривать металлокерамические материалы (бронзографит) или полимерные композиции.

Необходимость газоплотности. Если изделие должно быть непроницаемым для газов или жидкостей, применяют пропитанные модификации (АГ-1500-Б83, АГ-1500-СО5).

Для подбора оптимального антифрикционного графитового материала под конкретные условия эксплуатации рекомендуется предоставить технические требования к изделию: рабочую среду, температуру, давление, скорость скольжения, конфигурацию и размеры детали.