О металле плавающих уплотнений (доуконов)

Из какого металла плавающие уплотнения (доуконы) бывают?

В данный момент на рынке России огромное множество различных вариантов плавающих уплотнений. Есть оригинальные (Европа, США) по очень высоким ценам, корейские, китайские и даже турецкие аналоги по низким ценам.

Данный вид уплотнений устанавливается в дорогостоящих вращающихся узлах с высокой нагрузкой, поломка которых всегда ведет длительному простою техники и недешевому ремонту. Поэтому так важно, чтобы деньги, потраченные на покупку доукона не принесли еще больше расходов на внезапный ремонт.

Из чего изготавливают плавающие уплотнения разные производители? И чем отличаются эти сплавы?

Высоколегированный хромистый белый марки ЧХ16М2 — Россия, Цехмастердон
Высоколегированный хромистый чугун Duronit – Польша, Германия, Goetze Federal Mogul
Железо никелевый чугун NiHard — США, Caterpiller
Кобальтовый сплав Stellite 6 — США, Корея (по заказу США), Caterpiller
Низкоуглеродистая конструкционная сталь марки 15Cr3Mo — Китай, Корея, Турция, различные производители
Подшипниковая сталь марки ШХ15 = 100Cr6 = GCr15 — Китай, различные производители

Основные характеристики:

	ЧХ16М2	Duronit	NiHard	Stellite 6	15Cr3Mo	ШХ15
Основной производитель доуконов	Цехмастердон	Goetze	Caterpiller	Caterpiller	Китай, Корея, Турция	Китай
Тип материала	Хромо-молибденовый износостойкий белый чугун	Хромистый чугун	Железо никелевый чугун	Кобальт-вольфрамовый жаропрочный сплав для наплавок	Хромо-молибденовая конструкционная сталь	Конструкционная подшипниковая хромистая сталь
Стойкость к износу	Стойкость к истиранию, ударному износу	Стойкость к истиранию, ударному износу	С меньшей устойчивостью к коррозии и ресурсом, чем у Stellite	Высокая износостойкость + повышенная коррозионная стойкость	Механическая прочность и жаропрочность при повышенных температурах для конструкционных деталей, работающих под нагрузкой при 450–550 °C	Высокая контактная выносливость, прочность, усталостная выносливость, стойкость к износу в подшипниках, рассчитанная на контактные нагрузки, усталость и длительный ресурс
Стойкость к абразиву	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая при умеренных температурах	Низкая	Низкая
Уровень легирования	Высоколеги-рованный, один из самых сильно легированных чугунов по хромистым износостойким маркам	Высоколеги-рованный хромистый износостойкий чугун, аналогичный ЧХ16М2	Средне или средне высоко легированный чугун, но легирование заметно менее интенсивное, чем в ЧХ16М2 и Duronit	Очень высоко легированный кобальтовый сплав — это один из самых сильно легированных сплавов среди представленных	Средне легированная сталь	Средне легированная сталь — выше конструкционной стали 15Cr3Mo, но ниже сильно легированных сплавов вроде Stellite
Структура	Ледебурит + карбиды хрома, не сталеподоб-ный мартенсит; мартенсит как в сталях здесь не формируется, так как это высоко-углеродистый чугун, где доминируют цементит и карбиды.	Как и у ЧХ16М2, в Duronit мартенсита как у сталей нет; основа — карбидная структура и ледебурит, определяющая высокую твёрдость и износо-стойкость.	Феррито-мартенситный чугун: при соответствующей термообработке часть аустенита превращается в мартенсит, поэтому структура частично мартенситная; мартенсит присутствует, но не доминирует так, как в сталях, и сочетается с карбидами и остаточным аустенитом.	Мартенсит в Stellite 6 формируется в кобальтовой матрице, а не в железной; по сути это кобальт мартенсит + карбиды хрома и вольфрама, то есть структура существенно мартенситная, но не в классическом «стальном» смысле	При закалке из аустенита образует мартенсит, но из за низкого содержания углерода мартенсит мягкий, эксплуатационные свойства обеспечивает сочетание бейнита / перлита и мартенсита после термообработки	После закалки образует высокоугле-родистый мартенсит + карбиды хрома; мартенсит играет ключевую роль в структуре, где высокая твёрдость и выносливость реализуются за счёт мартенсита и карбидов.
Твёрдость	Очень высокая, но хрупкая HB 490–610 (~50–63 HRC)	Аналогично ЧХ16М2 (очень высокая)	Выше обычного чугуна, ниже Stellite	Высокая (HRC 40–50+)	Умеренная (типичная для низкоуглеродистой конструкционной стали)	Очень высокая, но более вязкая (58–64 HRC)
Стоимость	ниже NiHard	сопоставима с ЧХ16М2	ниже Stellite	высокая	низкая по сравнению с чугунами и Stellite	Самая низкая
Типичное применение	Бронеплиты мельниц, дробильные детали, дробе-струйники	Только механические уплотнения	Детали, схожие по условиям с Stellite, но с меньшими требованиями	Плавающие уплотнения, наплавки, детали в агрессивных средах	Элементы конструкций, работающие при повышенных температурах (трубы, корпуса, детали энергетического оборудования)	Подшипники качения, детали трения

Выводы:

Duronit — это близкий к ЧХ16М2 чугун для плавающих уплотнений, где главный критерий — ресурс против абразива и стабильность герметичности
ЧХ16М2 и Duronit — «чемпионы» по абразивному и ударно абразивному износу в тяжёлых промышленных условиях (уплотнения, дробилки, мельницы).
NiHard — хороший, но менее ресурсный материал по сравнению с Stellite, при тех же абразивных условиях.
Stellite 6 — упор на сочетание абразивной стойкости и стойкости к коррозии, а также работу при более высоких температурах.
15Cr3Mo — упор на прочность и жаропрочность при высоких температурах, а не на износ.
ШХ15 — упор на усталостную и контактную выносливость подшипниковых узлов, высокую твердость и стабильный долгий ресурс в условиях качения/скольжения.

Разберем более подробно состав:

Элемент / материал	ЧХ16М2	Duronit (аналог ЧХ16М2)	NiHard	Stellite 6	15Cr3Mo	ШХ15
Основа	Fe (~70–75%)	Fe (аналог ЧХ16М2)	Fe	Co (остаток)	Fe	Fe
C	2,4–3,6%	2,5–3,5% (ориентир, как в NiHard / ЧХ16М2)	2,5–3,5%	0,9–1,4%	0,12–0,20%	0,95–1,05%
Si	0,5–1,5%	1,5–2,2% (тип Ni чугун)	1,5–2,2%	0,8–1,2%	≤ 0,35%	≤ 0,3%
Mn	1,5–2,5%	0,3–0,7% (по типу NiHard)	0,3–0,7%	0,5–1,2%	0,4–0,9%	0,2–0,4%
Cr	13–19%	13–19% (по типу ЧХ16М2	8–10%	25–32%	< 0,3%	1,4–1,65%
Mo	0,5–2,0%	0,5–2,0% (по типу ЧХ16М2)	< 0,5%	нет (следы)	0,25–0,35%	нет (минимальные следы)
Ni	нет (не нормируется)	до 0,3–0,5%	4,5–6,5%	до 3%	до 0,3%	до 0,3%
Cu	1,0–1,5%	до 0,3–0,5% (следы)	нет	до 0,3%	до 0,3%	до 0,3%
W	нет	нет	нет	3–5%	нет	нет
S, P	S ≤ 0,05%, P ≤ 0,1%	следы, как в высокохромистых чугунах	следы	следы	S ≤ 0,01%, P ≤ 0,025%	S ≤ 0,02%, P ≤ 0,027%

Выводы:

1. ЧХ16М2 и Duronit - высокохромистые, высокоуглеродистые чугуны с сильным легированием Cr (13–19%), заметным Mo, высоким C и, в случае ЧХ16М2, существенным Cu; Duronit по составу очень близок к ЧХ16М2, но с некоторыми нюансами Si/Mn в сторону NiHard типа.

2. NiHard - высоконикелевый, средне хромистый износостойкий чугун с еще более высоким C и Ni, но меньшим Mo и отсутствием Cu; по химии это ближе к «белому Ni Cr чугуну».

3. Stellite 6 - кобальтовый высоколегированный сплав с очень высоким Cr и наличием W, а также заметным C; при этом Si/Mn/Ni/Co содержания таковы, что это сплав на основе Co, а не Fe.

4. 15Cr3Mo - низкоуглеродистая конструкционная сталь с умеренным Cr и строго нормируемым Mo, но без значимых Ni/Cu; состав типичен для хром молибденовой стали, работающей при повышенных температурах.

5. ШХ15 - среднеуглеродистая хромистая сталь с высоким C и умеренным Cr, предназначена для подшипников; по содержанию Cr и C заметно отличается от 15Cr3Mo (ШХ15 — углерод выше, Cr ниже, Mo отсутствует).

Визуальное сопоставление по уровню легирования

1. По высокому хрому и абразивной направленности:

Stellite 6 > ЧХ16М2 ≈ Duronit > NiHard > ШХ15 > 15Cr3Mo.

2. По углероду (важно для износостойкости и хрупкости чугунов):

ЧХ16М2 ≈ Duronit ≈ NiHard > Stellite 6 ≈ ШХ15 > 15Cr3Mo.

3. По никелю:

NiHard > Stellite 6 > 15Cr3Mo ≈ ШХ15 > ЧХ16М2 ≈ Duronit.