CC BY
23УДК 621.822:666.3-13
С.В. Куличков
Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, остров Русский, п. Аякс, 690922 е-mail: seku230@yandex.ru
ПРИМЕНЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В докладе рассмотрены исследования физико-механических характеристик некоторых отечественных керамических материалов подшипников. Показаны преимущества применения в узлах трения керамических материалов в сравнении со сталями.
Ключевые слова: керамические подшипники, узел трения, карбид кремния, техническая керамика.
S.V. Kulichkov
Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russky Island, Ajax Bay, 690922 е-mail: seku230@yandex.ru
APPLICATION OF CERAMIC MATERIALS TO IMPROVE THE RELIABILITY OF FRICTION UNITS OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT
The report examines the research of physical and mechanical characteristics of some domestic ceramic bearing materials. The advantages of using ceramic materials in friction units in comparison with steel are shown.
Key words: ceramic bearings, friction unit, silicon carbide, technical ceramics.
Создание и применение современных технологических машин сопряжено с широким спектром требований. Условия работы узлов технологического оборудования обусловлены, прежде всего, влажностно-температурными факторами и агрессивностью среды. Надежность работы узлов трения во многом зависит от перепадов температур, попадания в смазку механических примесей, коррозионных процессов на металлических элементах, сопровождающихся, в том числе, электрическими явлениями в трибосопряжениях.
Выбор материала деталей узлов трения машин обусловлен, с одной стороны, их стойкостью к воздействию среды, а с другой стороны - санитарно-гигиеническими требованиями.
Для ряда узлов технологического оборудования, например центробежных сепараторов, характерны высокие скорости вращения.
Для снижения негативного воздействия на узлы трения различных факторов среды хорошей перспективой является использование подшипников с керамическими элементами, которые по разным оценкам позволяют снизить шумность благодаря незначительному тепловому расширению, склонности к деформациям и существенно меньшему коэффициенту трения, обладают высокими диэлектрическими характеристиками, не испытывают воздействия магнитных полей. Благодаря химической инертности керамики применение керамических элементов деталей целесообразно при контакте с нефтепродуктами и пищевыми средами.
Для керамических подшипников [1, 2] характерно применение неоксидной керамики, в состав которой входят такие соединения, как нитрид кремния, карбид кремния. Химическая инертность карбида кремния предопределяет целесообразность его применения в подшипниках технологических машин пищевых производств [3, 4].
По совокупности свойств, соответствующих условиям применения в технологических машинах пищевой промышленности [5], целесообразно применение керамических подшипников на основе карбида кремния.
Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития
Физико-механические характеристики некоторых отечественных керамических материалов подшипников на основе SiC, выпускаемые различными отечественными производителями, представлены в таблице.
Физико-механические характеристики отечественных керамических материалов подшипников на основе SiC
SILCAR РКК СКК LPSiC
Наименование показателя (ТУ 1592-003- (ТУ 1915-010- (ТУ 1915-036- (ТУ 1915-015-
75578248-2015) 2304285-2003) 23042805-2010) 2304285-2009)
Плотность, г/см 3,0-3,14 3,05-3,11 3,12-3,17 3,21-3,25
Предел прочности при изгибе, МПа 220 330-450 350-450 500-550
Модуль упругости, ГПа 300-340 380-410 390-420 400-430
Коэффициент термического расширения в интервале 20-1000°С, 10 1/К 3,6-4,2 3-4 4,0-4,5 5,0-5,5
Коэффициент теплопроводности при 100°С, Вт/мК 160-174 140-180 90-130 70-90
Микрофотографии структуры материалов на основе SiC в составе подшипников, производимых ООО «Вириал», представлены на рисунке.
а б
Керамические материалы подшипников компании ООО «Вириал»: а - СКК; б - ЬРБС
Преимущества применения керамических материалов в узлах трения технологического оборудования обусловлено рядом качественных показателей.
Благодаря более высокой износостойкости керамических материалов по сравнению со сталями значительно повышается срок службы подшипников.
Коррозионная стойкость керамики позволяет применять керамические подшипники при контакте как с коррозионно-агрессивными, так и с пищевыми средами.
Термостойкость керамики расширяет возможности применения в более широком диапазоне температур.
Меньший коэффициент трения снижает энергозатраты и потери мощности в узле трения.
Керамики обладают меньшей плотностью, снижая тем самым динамические нагрузки на узлы трения.
Твердость керамик существенно превышает твердость сталей, что повышает износостойкость узла при попадании в смазку абразивных частиц. Твердость также обеспечивает сохранность изначальной формы поверхностей, что снижает уровень вибрации и, соответственно, шумового фона.
Литература
1. ГОСТ 32932-2014 (ISO 3290-2:2008) Подшипники качения. Шарики керамические. - М.: Стандартинформ, 2015.
2. Подшипники из карбида кремния [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ecarbid.ru/ products/byhierarchy/3/59/
3. F117-PW-100 hybrid ball bearing ceramic technology insertion / J.R. Miner, J. Dell, A.T. Galbato, M.A. Ragen // J. Eng. Gas Turbines Power. Trans. ASME. - 1996. - V. 118. - P. 434-442.
4. Niizeki S., Abe T., Furumura K. Reliability for rolling fatigue life and corrosion resistance of ceramic balls made of Si2N3 (in Japanese) //NSK Technical Journal. - 1992. - V. 652. - P. 17-21.
5. ГОСТ EN 1672-1-2014 Оборудование для пищевой промышленности. Требования по безопасности и гигиене. Основные положения. Часть 1. Требования по безопасности. - М.: Стан-дартинформ, 2015.
