порошковый антифрикционный материал на основе железа

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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