ПОРОШКОВЫЙ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Российский патент 2011 года по МПК C22C33/02 C22C1/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым коррозионно-стойким материалам на основе железа, используемым для изготовления узлов трения, работающих в агрессивных средах, например, в нефтедобывающей, химической промышленности.

Известен антифрикционный коррозионно-стойкий материал - легированный чугун типа нирезист (Машиностроение: Энциклопедия. М.: Машиностроение, 2001). Недостатком этого материала является низкая коррозионная стойкость.

Наиболее близким к заявляемому является порошковый коррозионно-стойкий материал на основе железа, содержащий 0,1-0,3% углерода, 10-15% никеля, 2-3% молибдена, 16-20% хрома, 15-30% меди (патент РФ №2302477, C22C 33/02, опубл. 10.07.2007).

Недостатком этого материала являются его низкие триботехнические свойства в условиях водной смазки, что ограничивает область его применения.

Настоящее изобретение решает задачу повышения триботехнических свойств порошковых нержавеющих сталей в условиях водной смазки.

Поставленная задача достигается тем, что порошковый коррозионно-стойкий материал на основе железа содержит хром, никель, молибден, углерод и медь при следующем соотношении, мас.%:

Хром 7-15 Никель 4-9 Молибден до 1,8 Углерод до 2,0 Медь 15-25 Железо остальное

Медь в материал вводят методом инфильтрации.

Возможность осуществления изобретения может быть показана на примере получения материалов Х12Н9М1,5Д20-пр, 100Х12Н9М1,5Д20-пр, 200Х12Н9М1,5Д20-пр, Х8Н6М1Д20-пр, 100Х8Н6М1Д20-пр и 200Х8Н6М1Д20-пр с оптимальным содержанием компонентов в заявляемых пределах.

Для получения материала порошки исходных компонентов смешивают с сухой смазкой, полученную смесь прессуют при давлении 400-600 МПа. Пористость образцов после прессования составляет 15-18%.

Спекание проводят в восстановительной атмосфере или вакууме при температуре 1150±10°С, совмещая с инфильтрацией медью.

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 от 10 до 200 Н, скорость вращения двигателя составляла 2910 об/мин. Время испытаний при каждой нагрузке 60 мин. 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. За максимальную нагрузку принято значение, при котором наблюдается катастрофический износ пары.

Коррозионные испытания материалов проводили в соответствии с ГОСТ 9.506-87 весовым методом при температурах от 20±2°С до 80±3°С 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 ASTM B117-97;

2) синтетическая пластовая вода (состав по ГОСТ 9.506-87, в г/л: CaCl₂·6H₂O 34; MgCl₂·6H₂O 17; NaCl 163; CuSO₄·2H₂O 0,14) с добавлением 20 г/л H₂S.

В таблице 1 приведены триботехнические свойства заявляемого материала, а также прототипа и аналога в условиях смазки водой, в таблицах 2 и 3 - скорость коррозии в различных водных средах.

Согласно данным триботехнических испытаний (таблица 1) новое соотношение компонентов дает возможность повысить нагрузку на пару трения и позволяет обеспечить работоспособность пар трения в широком диапазоне нагрузок (до 200 Н) при сохранении коррозионной стойкости материалов.

Как следует из данных, приведенных в таблицах 2 и 3, предлагаемые материалы имеют скорость коррозии в неперемешиваемой (статические условия) солянокислой среде ниже аналога, в перемешиваемой (динамические условия) ниже аналога и прототипа. Скорость коррозии в синтетической пластовой жидкости, содержащей сервоводород, ниже аналога и на уровне прототипа.

Кроме того, снижение содержания дорогостоящих легирующих элементов, таких как никель, хром и молибден, приведет к снижению стоимости заявляемого материала.

Таблица 1 Скорость износа и средний конечный коэффициент трения пар трения в условиях водной смазки Материал пары трения Нагрузка, Н Коэффициент трения Скорость износа V, мг/ч 0 мин 30 мин 60 мин Нирезист (аналог) 30 - - - 15,00 50 0,51 0,27 0,19 1460,0 Х18Н12М2,5Д25-пр (прототип) 5 Схватывание Х12Н9М1,5Д20-пр 30 0,93 0,70 0,61 10,00 50 0,66 0,56 0,50 31,85 80 0,60 0,44 0,38 43,20 100 0,55 0,39 0,38 76,15 130 0,49 0,34 0,37 104,15 160 0,53 0,46 0,44 166,10 100Х12Н9М1.5Д20-пр 30 0.66 0.35 0.28 4.10 50 0.33 0.15 0.18 14.00 80 0.54 0.41 0.34 14.60 100 0.57 0.32 0.33 26.40 130 0.57 0.32 0.31 34.50 160 0.50 0.46 0.40 62.45 200 0.54 0.40 0.45 82.95 200Х12Н9М1,5Д20-пр 30 0,61 0,55 0,57 4,50 50 0,50 0,49 0,48 12,55 80 0,50 0,50 0,49 26,15 100 0,49 0,36 0,38 35,20 130 0,39 0,44 0,46 39,25 160 0,44 0,46 0,49 44,10 200 0,43 0,40 0,43 52,65 Х8Н6М1Д20-пр 30 0,89 0,52 0,44 14,9 50 0,56 0,32 0,36 112,2 80 0,61 0,39 0,38 211,85 100 0,61 0,44 0,30 263,75 130 0,49 0,36 0,35 291,15 160 0,55 0,35 0,31 322,75 100Х8Н6М1Д20-пр 30 0.73 0.49 0.34 0 50 0.70 0.38 0.35 4.15 80 0.53 0.25 0.22 12.35 100 0.48 0.25 0.23 19.15 130 0.51 0.22 0.16 34.05 160 0.57 0.39 0.35 126.00 200Х8Н6М1Д20-пр 30 0,74 0,44 0,36 13,55 50 0,69 0,48 0,41 45,9 80 0,49 0,44 0,34 65,25 100 0,49 0,39 0,34 103,45 130 0,49 0,45 0,41 132,5 160 0,53 0,37 0,36 154,05

Таблица 2 Скорость коррозии материалов в водном растворе 5% NaCl + 3% HCl Марка материала Скорость коррозии, г/м²·ч Статические условия Динамические условия 20±2°С 80±3°С 20±2°С 80±3°С Нирезист (аналог) ПК20Х11Н8М1,5Д20-пр (прототип) 0,2 3,5 1,9 9,5 0,14 1,3 1,68 8,7 Х12Н9М1,5Д20-пр - - 0,19 5,30 100Х12Н9М1,5Д20-пр 0,10 3,16 0,25 6,18 200Х12Н9М1,5Д20-пр 0,12 3,21 0,32 6,21 Х8Н6М1Д20-пр 0,03 1,17 0,15 3,45 100Х8Н6М1Д20-пр 0,01 0,22 0,10 1,43 200Х8Н6М1Д20-пр 0,01 0,23 0,10 1,37

Таблица 3 Скорость коррозии материалов в синтетической пластовой воде с добавкой 20 мг/л H₂S при 20°С в динамических условиях Марка материала Скорость коррозии, г/м²·ч Нирезист (аналог) 0,23 ПК20Х18Н12М2Д25-пр (прототип) 0,16 Х12Н9М1,5Д20-пр 0,14 100Х12Н9М1,5Д20-пр 0,14 200Х12Н9М1,5Д20-пр - Х8Н6М1Д20-пр 0,16 100Х8Н6М1Д20-пр 0,16 200Х8Н6М1Д20-пр -

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым коррозионно-стойким материалам на основе железа. Может применяться для изготовления узлов трения, работающих в агрессивных средах, например, в нефтедобывающей, химической промышленности. Порошковый коррозионно-стойкий материал содержит, мас.%: хром 7-15; никель 4-9; молибден до 1,8; углерод до 2,0; медь 15-25; железо - остальное. Полученный материал обладает высокими триботехническими свойствами в условиях водной смазки. 3 табл.

Порошковый коррозионно-стойкий материал на основе железа, содержащий хром, никель, молибден, углерод и введенную методом инфильтрации медь, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:
хром 7-15 никель 4-9 молибден до 1,8 углерод до 2,0 медь 15-25 железо остальное