Сочетание углеродного графита, карбида кремния и карбида вольфрама: принцип мягкое-твердое, распространённые комбинации и чего следует избегать

Одна из самых распространенных ошибок при анализе отказов торцевых уплотнений — выбор материалов для рабочих поверхностей, которые сами по себе отличны, но неправильно подобраны в паре. Графит, карбид кремния и вольфрамовый карбид — все они превосходны по отдельности; подходят ли они друг другу, зависит от того, с какой стороны износа работает нагрузка. В этой статье объясняется логика подбора пар, распространенные сочетания и четыре запрета.

I. Почему мягкое против твердого — первоочередной принцип

Износ рабочих поверхностей должен приходиться на жертвенное кольцо. Мягкое кольцо — обычно углеродный графит с коэффициентом сухого трения 0,04–0,15 и прочностью на сжатие 150–300 МПа — притирается, допускает микронеровности и самосмазывается при разрушении пленки. Твердое кольцо сохраняет плоскостность в классе 0,0009 мм и устойчиво к воздействию среды. Мягкое против мягкого удваивает износ и разрушает геометрию; твердое против твердого устраняет амортизацию, поэтому любое временное сухое трение сразу приводит к растрескиванию или заклиниванию.

II. Распространенные сочетания и их области применения

2.1 Графит против реакционно-связанного SiC

Стандартная пара. Карбид кремния хорошо проводит тепло, устойчив к износу и большинству кислот и щелочей; графитовое кольцо принимает на себя износ. Стандартный выбор для химических центробежных и технологических насосов, покрывающий большинство применений при давлении до примерно 3 МПа.

2.2 Графит против вольфрамового карбида

WC с кобальтовой или никелевой связкой немного мягче, но прочнее, подходит для более высокого давления или умеренного содержания твердых частиц. Обратите внимание, что кобальтовая связка корродирует в некоторых кислотных или аммиачных средах — в таких случаях переходите на никелевую связку или карбид кремния.

2.3 SiC на SiC

Исключение твердого против твердого: при работе с высоким содержанием твердых частиц, суспензиями и пульпой мягкое кольцо будет размыто частицами, поэтому применяются двойные твердые поверхности с обильной промывочной смазкой. Эта пара требует надежной жидкостной пленки и быстро выходит из строя при неправильной настройке.

2.4 Графит против оксида алюминия

Недорогая альтернатива для слабоагрессивных, чистых водных сред; керамика хрупка и трескается при термическом шоке — не рекомендуется для высокого давления.

III. Четыре запрета

1.Не использовать твердое против твердого в чистой воде или низковязких легких углеводородах: плохая смазываемость, отсутствует графитовый резерв — одно сухое событие может привести к заклиниванию поверхностей.

2.Не использовать графит против графита: обе поверхности изнашиваются, плоскостность быстро разрушается, утечка становится неконтролируемой.

3.Не сочетать пропитку и среду неправильно: фурановая смола выдерживает кислоты и щелочи, PTFE подходит почти для всего — неправильная пропитка химически разрушит мягкое кольцо первой.

4.Не судить только по твердости: материалы с теплопроводностью ниже примерно 20 W/(m·K) не способны рассеивать горячие точки на высокой скорости, что повышает риск термического растрескивания.

IV. Порядок принятия решения

Сначала определите среду и ее смазывающие свойства — они решают, допустимо ли твердое против твердого; затем содержание твердых частиц — оно определяет, выживет ли мягкое кольцо; наконец, температуру и давление — они определяют тип пропитки и баланс. Huahao Sealing производит углеродные и пропитанные графитовые кольца по чертежам и оказывает консультации по материалам мягких колец и пропитке; онлайн-система выбора CTE, запущенная в августе 2024 года, помогает проверять параметры теплового соответствия.