Оборудование для легкой промышленности

 Проблема обеспечения высокой износостойкости в парах трения остается важнейшей в современном машиностроении. Статистика свидетельствует, что до 80% отказов в машинных системах связано с износовыми отказами. Это характерно и для текстильных машин. Причем в отраслевых машинах имеют место и особо тяжелые условия эксплуатации, в частности, в машинах красильно-отделочных производств, в цехах карбонизации шерсти, в сушильных машинах волокна и тканей и др., где детали работают в агрессивных средах.
     В этой связи представляют интерес материалы – силицированные графиты, обладающие исключительно высокими эксплуатационными свойствами.
     Силицированные графиты представляют собой графитокарбидокремнистые материалы, полученные пропиткой пористого графита расплавленным кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия с углеродом образуется карбид кремния, при этом часть кремния и графита остаются не связанными углеродом. Таким образом, силицированный графит состоит из карбида кремния, графита и кремния. Соотношение компонентов может меняться в зависимости от количества пор и их размеров в исходном графите, от продолжительности пропитки кремнием и режима изменения температуры. Структура этих материалов представляет собой жесткий каркас из карбида кремния исключительно высокой твердости и свободный графит, что и обеспечивает комплекс ценных физико-механических свойств. Их механические свойства определяются прежде всего фазовым составом и особенностями микроструктуры. Наиболее высокими прочностными характеристиками обладают материалы высокой плотности и мелкодисперсного строения. Материалы пористые и многокомпонентные имеют более низкие характеристики за счет наличия в них пор, кремния и углерода. Изменяя фазовый состав и пористость материалов, можно в определенной степени регулировать их механические свойства.
     Технология изготовления деталей из силицированного графита заключается в следующем. Заготовки для деталей заданной формы и размеров прессуют или получают обработкой резанием с учетом необходимых припусков, а затем заготовку пропитывают по всему объему жидким кремнием при высоких температурах – выше 2000°С. При этом происходит реакция с образованием карбида кремния. В дальнейшем необходимую форму, точность размеров и шероховатость рабочих поверхностей получают механической обработкой. Однако получение требуемой шероховатости затруднительно, так как имеют место налипание кремния, неглубокие раковины и другие дефекты. В ряде случаев эти факторы не влияют на работоспособность изделий. При наличии жестких требований обработку осуществляют на шлифовальных станках алмазосодержащими кругами с обязательным охлаждением эмульсией или водой.
     Проведем анализ свойств силицированных графитов. Плотность составляет от 2,1 до 2,8 г/см. Прочность зависит от фазового состава и плотности. Так, прочность на изгиб и сжатие снижается со снижением плотности и увеличением в изделии содержания малопрочных фаз – кремния и углерода – и наоборот. Прочность н растяжение возрастает с увеличением содержания карбидной фазы. Ударная вязкость является функцией из предела прочности при растяжении в характеризуется невысокими значениями. Этот недостаток материала проявляется в основном при механической обработке. Упругость также зависит от плотности и наличия металлических примесей. С увеличением плотности и чистоты материалов растет и упругость силицированных графитов. Их термическое расширения зависит от размера зерен карбид кремния и количественного содержания несвязанных кремния и углерода С увеличением содержания кремния в углерода растет и коэффициент температурного расширения (КТР). С повышением температуры возрастает в КТР. Теплопроводность также зависит от фазового состава и плотности С увеличением плотности растет и теплопроводность. При этом теплопроводность растет с увеличением содержания карбида кремния и частично несвязанного кремния. Коррозионная стойкость силицированныз графитов достаточно высокая к агрессивным средам, и прежде всего к минеральным кислотам различных концентраций и температур (материалы реагируют только с плавикового кислотой и раствором щелочи). Особое значение имеет тот факт, что в результате воздействия агрессивныл сред физико-механические свойств силицированных графитов изменяются незначительно. На основе этих испытаний осуществляют назначения материалов для узлов машин, работающих в агрессивных средах.
     Важнейшими характеристикам силицированных графитов являются высокие антифрикционные свойства, в частности, низкий коэффициент трения. Это обусловлено наличием в материале графита, равномерно распределенного по всему объему изделия. При этом наименьший коэффициент трения имеют материалы с меньшим со- держанием свободного кремния (например, для марки СГ-П при полусухом трении – 0,04 – 0,05). Для силицированных графитов характерна высокая износостойкость. Так, при работе в агрессивных средах, не содержащих механических примесей, в паре с углепластиками, керамикой и закаленными сталями интенсивность изнашивания составляет 1*10^-12 – 10^-14, что в ряде случаев обеспечивает срок службы 10000 – 15000 час. В условиях трения без смазки интенсивность износа марки СГ-Т не превышает 1*10^-12, что в 5 – 10 раз меньше интенсивности износа углеграфитовых материалов и более чем в 10 раз меньше, чем у фторопластиков ФК-Н-7 и ФКН-14.
     Для изготовления деталей текстильных машин могут быть использованы следующие марки силицированных графитов, выпускаемые отечественными заводами: СГ-Т; СГ-П; СГ-М; ГАКК 55/40. Основные физико-механические свойства этих материалов представлены в табл.1.

     На ряде предприятий отрасли имеется опыт использования этих материалов. Например, в шерстяной отрасли в красильных аппаратах типа АКД. Они внедрены в уплотнительных устройствах. В целях проведения ремонта этих устройств автором совместно с ЗАО “Текстильная фирма “Купавна” выполнены работы по отработке технологии изготовления запасных деталей из силицированных графитов и их комплексному испытанию в производственных условиях. При этом подтверждены высокие эксплуатационные свойства деталей в агрессивных средах и возможность их механической обработки в цехах фабрики.
     Совокупность исключительно ценных свойств силицированных графитов, как отмечено выше, дают основание рекомендовать их в качестве антифрикционного высокоизносостойкого конструкционного материала, пригодного для работы в парах трения, в том числе и в агрессивных средах. Кроме этого, они могут быть использованы и в качестве ните – и тканенаправителей.

По материалам журнала "Текстильная промышленность"

А.Б.Богза - д.т.н., профессор МГТУ им.Косыгина