Порошковый антифрикционный материал на основе железа
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству антифрикционных материалов, применяемых для изготовления узлов трения, работающих в тяжелонагруженных условиях, в частности в нефтедобывающей промышленности. Предложен порошковый материал на основе железа, содержащий графит, никель, молибден, медь, в качестве твердой смазки - сульфид марганца, при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит до 1,5; никель 0,5-15; медь 10-20; молибден 0,5-2,5; сульфид марганца 2,5-7,0; железо остальное. Технический результат - снижение коэффициента трения и повышение износостойкости материалов в водной среде. 1 табл.
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству антифрикционных износостойких материалов, применяемых для изготовления узлов трения, работающих в тяжелонагруженных условиях, в частности в нефтедобывающей промышленности.
Известен порошковый антифрикционный материал ПА-ЖГрДК6, содержащий 2,7-3,5% Cu, 0,6-1,5% С, 1,6-6,0% S, ост. Fe (ГОСТ 26802-86. Материалы антифрикционные порошковые на основе железа).
Недостатком этого материала является низкая коррозионная стойкость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является порошковый износо- коррозионностойкий материал, содержащий 0-1,5% углерода, 0,5-15,0% никеля, 0-2,5% молибдена и 10-20% меди, введенной методом пропитки (Патент РФ №2193115, 20.11.02 г.). Этот материал используется для изготовления рабочих органов погружных центробежных и центробежно-вихревых насосов.
Недостатком данного материала являются низкие антифрикционные свойства и высокая скорость износа в водной среде.
Предлагаемое изобретение решает задачу снижения коэффициента трения и повышения износостойкости материалов в водной среде.
Указанный технический результат достигается тем, что порошковый материал на основе железа, содержащий графит, никель, медь и молибден, дополнительно в качестве твердой смазки содержит сульфид марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Графит | До 1,5 |
| Никель | 0,5-15 |
| Медь | 10-20 |
| Молибден | 0,5-2,5 |
| Сульфид марганца | 2,5-7,0 |
| Железо | Остальное |
Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на примере изготовления радиальной опоры ступени электроцентробежного насоса, представляющей собой пару трения: втулка защитная вала (ВЗВ) - ступица направляющего аппарата (СНА).
Исходные порошки графита, никеля, молибдена и сульфида марганца, взятые в заявляемом процентном соотношении, смешивают в любом типе смесителя для порошковой металлургии. Полученную смесь прессуют при давлении 600-800 МПа и спекают в защитной атмосфере при температуре 1150±30°С. Во время спекания проводят инфильтрацию материала медью.
Опоры, изготовленные из материала с различным содержанием сульфида марганца, испытывали на стенде ускоренных испытаний в условиях односторонней нагрузки на вал. Одностороннюю нагрузку на радиальную пару, работающую в режиме водной смазки (5-7 л/ч), задавали в интервале от 10 до 200 Н с помощью сменных грузиков различной массы, скорость вращения двигателя составляла 2910 об/мин. Время испытаний при каждой нагрузке - 60 мин. Скорость износа определяли путем замера изменения массы ВЗВ. В процессе испытаний фиксировали изменение момента на валу двигателя, исходя из полученных значений рассчитывали коэффициент трения в разные периоды времени. За максимальную нагрузку принималось значение, при котором наблюдается катастрофический износ пары.
Результаты триботехнических испытаний, приведенные в таблице, показали, что введение сульфида марганца, причем в оба элемента пары, существенно снижает коэффициент трения, повышает нагрузку на пару и уменьшает скорость изнашивания. Максимальную нагрузку до катастрофического износа выдерживает пара, в которую введено 3% MnS. По сравнению с прототипом пара трения с добавкой 3% MnS имеет в два раза выше максимальную нагрузку при снижении коэффициента трения в 12 раз. Кроме того, как показали коррозионные испытания, скорость коррозии заявляемого материала значительно ниже.
Таким образом, введение сульфида марганца в заявляемых пределах существенно улучшает антифрикционные свойства материала.
| Таблица. Коэффициент трения и скорость износа пар трения | ||||
| Пара трения | Нагрузка, Н | Скорость износа, мг/ч | Коэффициент трения | |
| СНА | ВЗВ | |||
| ЖГр1Н4М1Д15 + 2% MnS | ЖН4М1Д15 + 2% MnS | 50 | 9,4 | 0,15 |
| 100(мах) | 501,6 | 0,4 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 + 2,5% MnS | ЖН4М1Д15 + 2,5% MnS | 50 | 3,0 | 0,18 |
| 100 | 22,9 | 0,12 | ||
| 130(max) | 1338,3 | 0,48 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 + 3% MnS | ЖН4М1Д15 + 3% MnS | 50 | 5,6 | 0,09 |
| 100 | 24,8 | 0,15 | ||
| 200(мах) | 205,0 | 0,05 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 + 5% MnS | ЖН4М1Д15 + 5% MnS | 50 | 2,5 | 0,09 |
| 100 | 6,8 | 0,08 | ||
| 160(мах) | 139,6 | 0,03 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 | ЖН4М1Д15 + 3% MnS | 50 | 16,4 | 0,18 |
| 100 | 49,0 | 0,07 | ||
| 160(мах) | 583,4 | 0,49 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 + 3% MnS | ЖН4М1Д15 | 50 | 58,2 | 0,22 |
| 100 | 108,5 | 0,29 | ||
| 160(мах) | 208,8 | 0,20 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 | ЖН4М1Д15 + 7% MnS | 80 | 13,9 | 0,18 |
| 100 | 12,6 | 0,19 | ||
| 160(мах) | 35,8 | 0,26 | ||
| ЖГр1Н4М1Д15 (прототип) | ЖН4М1Д15 (прототип) | 50 | 179,6 | 0,55 |
| 100(max) | 302,2 | 0,60 |
Порошковый антифрикционный материал на основе железа, содержащий графит, никель, медь и молибден, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве твердой смазки сульфид марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Графит | До 1,5 |
| Никель | 0,5-15 |
| Медь | 10-20 |
| Молибден | 0,5-2,5 |
| Сульфид марганца | 2,5-7,0 |
| Железо | Остальное |
