RU2597452C2 - Антифрикционные материалы на основе железа - Google Patents
Антифрикционные материалы на основе железа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597452C2 RU2597452C2 RU2014136950/02A RU2014136950A RU2597452C2 RU 2597452 C2 RU2597452 C2 RU 2597452C2 RU 2014136950/02 A RU2014136950/02 A RU 2014136950/02A RU 2014136950 A RU2014136950 A RU 2014136950A RU 2597452 C2 RU2597452 C2 RU 2597452C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- calcium fluoride
- copper
- molybdenum
- nickel
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 24
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 17
- CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemanganese Chemical compound [Mn]=S CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Lubricants (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антифрикционным материалам на основе железа для изготовления узлов трения, работающих в тяжелонагруженных условиях. Антифрикционный материал по варианту 1 содержит 0,3÷1,5 мас.% углерода, 1÷9 мас.% никеля, 0,5÷2,5 мас.% молибдена, 10÷25 мас.% меди, 0,5÷5,0 мас.% фторида кальция и остальное железо. Антифрикционный материал по варианту 2 содержит 0,3÷1,5 мас.% углерода, 1÷9 мас.% никеля, 0,5÷2,5 мас.% молибдена, 10÷25 мас.% меди, 0,6÷8,0 мас.% смеси фторида кальция и сульфида марганца и остальное железо. Материал имеет высокие антифрикционные свойства, обеспечивающие возможность длительной работы в условиях сухого трения и высоких температур. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретения относятся 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 износо- и коррозионно-стойкий материал, содержащий 0-1,5% углерода, 0,5-15,0% никеля, 0-2,5% молибдена и 10-20% меди, введенной методом инфильтрации [пат. РФ №2193115, 2002 г.]. Этот материал используется для изготовления рабочих органов погружных центробежных и центробежно-вихревых насосов.
Недостатками данного материала являются низкие антифрикционные свойства и высокая скорость износа в водной среде.
Наиболее близким к заявляемым по технической сущности и достигаемому эффекту является антифрикционный материал на основе железа, содержащий графит, никель, медь, молибден и твердую смазку [пат. РФ №2283890, 2006 г.]. В соответствии с ним материал 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.
Данный материал имеет более высокие антифрикционные свойства и износостойкость, чем аналог.
Несмотря на достаточно высокие антифрикционные свойства, материал не обеспечивает возможность работы в условиях сухого трения, которое может кратковременно возникать при работе оборудования в скважинах с высоким газовым фактором. Тем более его нельзя применять в условиях сухого трения при высоких (до 400-600°C) температурах. Кроме того, материал имеет недостаточную коррозионную стойкость. В конечном итоге это приводит к снижению надежности и ресурса работы деталей в тяжелонагруженных условиях эксплуатации при наличии коррозионной среды и невозможности эксплуатации деталей при высоких температурах (400-600°C).
Задачей изобретений является повышение надежности и ресурса работы деталей в тяжелонагруженных условиях эксплуатации при наличии коррозионной среды, а также обеспечение возможности работы при высоких температурах (до 400-600°C).
Поставленная задача решается за счет того, что антифрикционный материал на основе железа, содержащий углерод, никель, медь, молибден и твердую смазку, в соответствии с заявляемым техническим решением в качестве последней содержит фторид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод - 0,3÷1,5
никель - 1÷9
молибден - 0,5÷2,5
медь - 10÷25.
фторид кальция - 0,5÷5,0
железо - остальное.
Поставленная задача решается также за счет того, что антифрикционный материал на основе железа, содержащий углерод, никель, медь, молибден и твердую смазку, в соответствии с заявляемым техническим решением в качестве последней содержит смесь фторида кальция и сульфида марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод - 0,3÷1,5
никель - 1÷9
молибден - 0,5÷2,5
медь - 10÷25.
смесь фторида кальция и сульфида марганца - 0,6÷8,0 при следующем их содержании:
фторид кальция - 0,3÷5,0
сульфид марганца - до 3,0
железо - остальное.
Данные технические решения связаны единым изобретательским замыслом и направлены на достижение одной и той же задачи. Поэтому единство изобретений не нарушается.
Замена в материале сульфида марганца, компонента, выполняющего при работе детали роль твердой смазки, на фторид кальция (в соответствии с 1-м техническим решением) или смесь фторида кальция с сульфидом марганца (в соответствии со 2-м техническим решением) при их содержании, а также содержании остальных компонентов заявляемых материалов, в заявляемых пределах, обеспечивает возможность дополнительного снижения коэффициента трения в условиях водной смазки, а также в условиях сухого трения, в том числе при высоких (до 400-600°C) температурах. При этом не уменьшается, а даже немного увеличивается, коррозионная стойкость материалов (в наибольшей степени это проявляется при содержании меди 20-25%), сохраняется их хорошая обрабатываемость, а также несколько увеличивается их прочность.
Обусловлено это достаточно высокой химической и термической стабильностью фторида кальция, в результате чего при введении в материал он хорошо сохраняет свои исходные свойства, а, самое главное, в присутствии фторида кальция в материале при трении на трущихся поверхностях образуются стабильные плотные разделительные пленки толщиной до 40-70 мкм (такие пленки обладают высокой адгезией к материалу основы и хорошо предохраняют трущиеся поверхности от непосредственного контакта металла с металлом, выдерживая высокие нагрузки).
Указанные разделительные пленки сохраняются с увеличением нагрузки и ростом температуры. Экспериментально установлено, что с повышением содержания фторида кальция (до определенного предела) прочность материала при сжатии повышается, в том числе при нагреве до высоких температур (см. табл. 3). При этом наличие в материале молибдена приводит к дополнительному повышению ударной вязкости материала, содержащего фториды. Сравнительно небольшое содержание в материале сульфида марганца в смеси с фторидом кальция также вызывает повышение прочности материала. Повышение обрабатываемости заявляемых материалов обусловлено, видимо, снижением пластичности при введении в материал фторида кальция или смеси его с небольшим количеством сульфида марганца.
Экспериментально установлено, что при нагреве на воздухе фторид кальция имеет достаточно высокое сопротивление окислению.
При содержании в материалах фторида кальция (или его смеси с сульфидом марганца) ниже заявляемых пределов эффект снижения коэффициента трения и скорости износа материалов деталей, а также повышения прочностных характеристик, не проявляется (см. табл. 1).
При содержании в материалах фторида кальция (или его смеси с сульфидом марганца) выше заявляемых пределов наблюдается катастрофический износ материалов деталей из-за недостаточной прочности металлической матрицы (см. табл. 1).
Обусловлено это, вероятно, тем, что при высоком содержании фторида кальция, или его смеси с сульфидом марганца, они обволакивают зерна металлической матрицы, в результате чего ослабевает связь между ними.
Кроме того, обнаружено, что при содержании фторида кальция более 5% резко снижается прессуемость материала.
В новой совокупности существенных признаков у объектов изобретений появляется новое свойство: способность придать материалам более высокие триботехнические характеристики, как в условиях жидкой смазки, так и в условиях сухого трения, в том числе и при высоких (до 400-600°C) температурах, а также более высокую прочность, в том числе при высоких температурах, без снижения их коррозионной стойкости.
Следует отметить, что для материалов, предназначенных для работы при трении без смазки, повышенных нагрузках и температурах, такое сочетание свойств является исключительно ценным.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: повышение надежности и ресурса работы деталей в тяжелонагруженных условиях эксплуатации при наличии коррозионной среды. Кроме того, обеспечивается возможность работы деталей при высоких температурах (до 400-600°C) в условиях сухого трения.
В качестве примера использования заявляемых материалов в деталях, работающих в условиях водной смазки, можно привести радиальные опоры ступеней экспериментального насоса, представляющие собой пару трения: втулка рабочего колеса - ступица направляющего аппарата (СНА).
В качестве примера использования заявляемых материалов в деталях, работающих в условиях сухого трения при высоких температурах, можно привести ролики конвейерных цепей, используемых в металлургическом производстве.
Для получения материала порошки исходных компонентов смешивают в любом смесителе для порошковой металлургии. Полученную смесь прессуют при давлении 600-800 МПа и спекают в защитной атмосфере при температуре 1150±30°C. Во время спекания проводят инфильтрацию материала медью. При содержании меди свыше 18% до 25% часть меди вводится в состав исходной шихты.
Для проведения сравнительных триботехнических испытаний были изготовлены детали в виде втулок из заявляемых материалов в соответствии с заявляемыми пределами содержания компонентов и с отклонением от них, а также из материала-прототипа.
Триботехнические испытания проводили по схеме втулка-ступица на стенде в условиях односторонней нагрузки на вал. Одностороннюю нагрузку на радиальную пару, работающую в режиме водной смазки (5-7 л/ч), задавали сменными грузиками массой 50 и 200 Н, скорость вращения двигателя составляла 2910 об/мин. Время испытаний при каждой нагрузке 180 и 360 минут. Скорость износа определяли путем замера изменения массы втулки. В процессе испытаний фиксировали изменение момента на валу двигателя. Исходя из полученных значений, рассчитывали коэффициент трения в разные периоды времени.
Коррозионные испытания материалов проводили электрохимическим методом при температуре 80±3°C в статических (без перемешивания раствора) и динамических (перемешивание раствора с помощью магнитной мешалки) условиях в следующих средах:
1. среда NACE (водный раствор 5% NaCl+3% HCl) в соответствии с ASTMВ117-97
2. синтетическая пластовая вода (состав ГОСТ 9.506-87, в г/л: CaCl2×6H2O-34, MgCl2×6H2O-17, NaCl-163, CaSO4×2H2O-0,14) без добавления и с добавлением 20 г/л H2S.
В таблице 1 приведены триботехнические свойства материалов в условиях водной смазки, где примеры 1-6 соответствуют материалам с заявляемыми пределами, примеры 7-13 соответствуют материалам с пределами ниже нижних и выше верхних заявляемых пределов, а примеры 14 и 15 соответствуют материалу-прототипу. Здесь же приведены прочностные свойства указанных материалов. В таблице 2 приведена скорость коррозии материалов в различных средах.
В таблице 3 приведены триботехнические свойства и прочность заявляемых материалов при высоких температурах в сравнении с материалом-прототипом.
Результаты таблицы 2 свидетельствуют о том, что заявляемые материалы имеют скорость коррозии ниже материала-прототипа. О высоких триботехнических свойствах заявляемых материалов свидетельствует также тот факт, что изготовленные из них втулки рабочего колеса и ступицы направляющего аппарата при их контакте между собой обеспечили длительную работу в режиме сухого трения. Обусловлено это тем, что триботехнические свойства заявляемых материалов при повышении температуры (вызываемой работой в условиях сухого трения) увеличиваются (см. табл. 3).
Claims (2)
1. Антифрикционный материал на основе железа, содержащий углерод, никель, молибден, медь и твердую смазку, отличающийся тем, что в качестве твердой смазки он содержит фторид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,3÷1,5
никель 1÷9
молибден 0,5÷2,5
медь 10÷25
фторид кальция 0,5÷5,0
железо остальное
2. Антифрикционный материал на основе железа, содержащий углерод, никель, молибден, медь и твердую смазку, отличающийся тем, что в качестве твердой смазки он содержит смесь фторида кальция с сульфидом марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,3÷1,5
никель 1÷9
молибден 0,5÷2,5
медь 10÷25
смесь фторида кальция и сульфида марганца 0,6÷8,0 при следующем их содержании:
фторид кальция 0,3÷5,0
сульфид марганца до 3,0
железо остальное
смесь фторида кальция и сульфида марганца 0,6÷8,0 при следующем их содержании:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014136950/02A RU2597452C2 (ru) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | Антифрикционные материалы на основе железа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014136950/02A RU2597452C2 (ru) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | Антифрикционные материалы на основе железа |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014136950A RU2014136950A (ru) | 2016-03-27 |
| RU2597452C2 true RU2597452C2 (ru) | 2016-09-10 |
Family
ID=55638622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014136950/02A RU2597452C2 (ru) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | Антифрикционные материалы на основе железа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2597452C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU912767A1 (ru) * | 1980-04-07 | 1982-03-15 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Усср | Антифрикционный композиционный материал на основе железа |
| WO1998016666A1 (en) * | 1996-10-11 | 1998-04-23 | Federal-Mogul Sintered Products Limited | Iron based metal powder mixture and component made therefrom |
| RU2193115C2 (ru) * | 2000-10-12 | 2002-11-20 | Рабинович Александр Исаакович | Ступень погружного насоса |
| RU2283890C2 (ru) * | 2004-10-18 | 2006-09-20 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Порошковый антифрикционный материал на основе железа |
| RU2008130146A (ru) * | 2008-07-21 | 2010-01-27 | Открытое Акционерное общество "АВТОВАЗ" (RU) | Порошковый материал для изготовления втулок направляющих клапанов двс |
| EP2258501A2 (en) * | 2004-09-27 | 2010-12-08 | JFE Steel Corporation | Iron-based powder mixture for powder metallurgy and sintered body made of the composition |
-
2014
- 2014-09-11 RU RU2014136950/02A patent/RU2597452C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU912767A1 (ru) * | 1980-04-07 | 1982-03-15 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Усср | Антифрикционный композиционный материал на основе железа |
| WO1998016666A1 (en) * | 1996-10-11 | 1998-04-23 | Federal-Mogul Sintered Products Limited | Iron based metal powder mixture and component made therefrom |
| RU2193115C2 (ru) * | 2000-10-12 | 2002-11-20 | Рабинович Александр Исаакович | Ступень погружного насоса |
| EP2258501A2 (en) * | 2004-09-27 | 2010-12-08 | JFE Steel Corporation | Iron-based powder mixture for powder metallurgy and sintered body made of the composition |
| EP2258501A3 (en) * | 2004-09-27 | 2011-12-28 | JFE Steel Corporation | Iron-based powder mixture for powder metallurgy and sintered body made of the composition |
| RU2283890C2 (ru) * | 2004-10-18 | 2006-09-20 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Порошковый антифрикционный материал на основе железа |
| RU2008130146A (ru) * | 2008-07-21 | 2010-01-27 | Открытое Акционерное общество "АВТОВАЗ" (RU) | Порошковый материал для изготовления втулок направляющих клапанов двс |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ФЕДОРЧЕНКО И.М. и др., Композиционные спеченные антифрикционные материалы, Киев, Наукова Думка, 1980, с.42, 112-113, 140, 145-149. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014136950A (ru) | 2016-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9631263B2 (en) | Sliding bearing with improved wear resistance and method of manufacturing same | |
| JP5841607B2 (ja) | しゅう動部材及びしゅう動材料組成物 | |
| JP2005505688A (ja) | 鉛を含有しない軸受 | |
| WO2008001789A1 (fr) | Alliage fritté à base de cuivre cu-ni-sn doté d'une excellente résistance à l'usure et élément de pallier d'arbre fait à partir de l'alliage | |
| CN109702199A (zh) | 一种高熵合金基自润滑含油轴承材料 | |
| JPH02107731A (ja) | 耐摩耗性銅系焼結含油軸受材料 | |
| RU2597452C2 (ru) | Антифрикционные материалы на основе железа | |
| EP2710273B1 (en) | Sliding layer for multilayer bearing material | |
| JP2007527953A (ja) | 焼結された滑り軸受け材料、滑り軸受け複合体材料並びにその用途 | |
| JP6764397B2 (ja) | 高温耐摩耗性アルミニウム青銅系材料 | |
| WO2018216675A1 (ja) | 摺動部材用樹脂材料及び摺動部材 | |
| RU2283890C2 (ru) | Порошковый антифрикционный материал на основе железа | |
| JP2015200339A (ja) | 摺動部材 | |
| JP2018194152A (ja) | 摺動部材用樹脂材料及び摺動部材 | |
| JP5566394B2 (ja) | 軸受材料 | |
| RU2506335C1 (ru) | Металломатричный композит | |
| RU2584832C2 (ru) | Спечённые коррозионностойкие материалы на основе железа | |
| JP2011137528A (ja) | 複層軸受 | |
| JP6246648B2 (ja) | 摺動部材および製造方法 | |
| JP2015113457A (ja) | 潤滑被膜および滑り軸受 | |
| JP2008297361A (ja) | 銅系含油焼結摺動部材 | |
| JP2008249129A (ja) | カーボン摺動材 | |
| KR20100088540A (ko) | 소결 함유 베어링 | |
| Kulkarni et al. | Mechanical and Tribological properties of the Lead-Free Composite-A review | |
| KR100940117B1 (ko) | 자기윤활 베어링용 Ｆｅ 합금, 그 제조방법 및 이로부터 제조된 자기윤활 베어링 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160912 |