автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Процессы и технологии получения триботехнических материалов на основе порошков нержавеющих сталей

На правах рукописи

ОЩЕПКОВ Денис Алексеевич

ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

05.16.06. - Порошковая металлургия и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь 2006

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете и Закрытом акционерном обществе «Новомет-Пермь»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

академик РАН Анциферов Владимир Никитович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Спивак Лев Волькович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Куимов Сергей Дмитриевич

Ведущее предприятие: ОАО «Пермский научно-исследовательский

технологический институт» (г. Пермь)

Защита состоится «29» июня 2006 г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.188.02. при Пермском государственном техническом университете по адресу:

614000, г. Пермь, Комсомольский проспект, д.29, ауд. 212 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан "20" мая 2006 г.

Ученый секретарь У

диссертационного совета Д 212.188.02 доктор физико-математических наук, Л

профессор / }--Ташкинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди проблем, связанных с эксплуатацией оборудования в машиностроительной, добывающей и перерабатывающей отраслях промышленности, задача повышения срока службы износостойких изделий является одной из важнейших. Опыт использования нефтедобывающего оборудования показал, что основными причинами выхода из строя является коррозионное разрушение деталей узлов, контактирующих с агрессивными средами, износ в парах трения, эрозия рабочих поверхностей под воздействием жидкости и песка.

Основными материалами, применяемыми в настоящее время для изготовления деталей, сочетающих антифрикционные и коррозионные свойства, являются чугуны, латуни, бронзографиты, пластмассы. Наилучшему сочетанию требуемых характеристик отвечают высоколегированные чугуны, широко применяемые зарубежными фирмами. Однако, технологии их изготовления высокозатратны, учитывая стоимость легирующих элементов, повышенные по сравнению с другими чугунами температуры разливки, чувствительность свойств к химическому составу и режимам термообработки, характеристикам песчано-глинистых форм.

Технология изготовления машиностроительных деталей методом порошковой металлургии позволяет сократить количество отходов до 2-5 %, значительно уменьшить затраты на их изготовление, а также повысить надежность за счет улучшения требуемых эксплуатационных характеристик износостойких деталей. Другим существенным преимуществом порошковой металлургии является возможность создания композиционных материалов, сочетающих в себе различные, порой взаимоисключающие свойства. Например, псевдосплавы типа «сталь-медь», обладают твердостью и прочностью стали и антифрикционными свойствами бронзы, а износостойкие материалы, содержащие твердые смазки в структуре, сочетают твердость инструментальных сталей и могут работать без смазки.

Исследования, направленные на изучение процессов получения одно- и двухфазных порошковых нержавеющих сталей (ПНС) являются актуальными и отвечают приоритетному направлению развития науки и техники РФ «Новые материалы и химические технологии», соответствуют перечню критических технологий РФ «Металлы и сплавы со специальными свойствами».

Цель работы. Целью данной работы была разработка триботехнических материалов, обладающих коррозионной стойкостью в средах нефтедобычи не ниже компактной стали 12Х18Н9Т и износостойкостью не хуже легированного коррозионностойкого чугуна типа «нирезист»; проведение исследований процессов формирования структуры и фазового состава порошковых материалов на основе нержавеющих сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов; изучения влияния их структурно-фазового состава на физико-механические, триботехнические и коррозионные свойства.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: • изучить процессы структурообразования при спекании с инфильтрацией медью высоколегированных порошков нержавеющих сталей, выяснить влияние

легирующих элементов, меди и способа инфильтрации на формирование структурно-фазового состава порошкового материала;

• исследовать триботехнические характеристики разработанных материалов, установить механизмы износа пар трения в абразивной и водной средах;

• исследовать влияние твердых смазок на структуру, триботехнические и коррозионные свойства сталей,

• изучить влияние основных факторов, определяющих коррозионные свойства разработанных сталей с различными структурно-фазовыми составами и установить механизм коррозии в солянокислой и сероводородсодержащей средах;

• оптимизировать структурно-фазовый состав стали, обеспечивающий формирование двухфазной структуры с высокими физико-механическими, коррозионными и технологическими характеристиками;

• оценить работоспособность радиальных пар трения выполненных на основе двухфазных нержавеющих сталей аустенито-ферритного класса.

Научная новизна работы заключается в следующем.

Установлено влияние меди, легирующих элементов, углерода на закономерности формирования структурно-фазового состава нержавеющих сталей при спекании с инфильтрацией, определено влияние структуры на их физико-механические, триботехнические и коррозионные свойства.

Впервые определены механизмы разрушения в условиях коррозионного и механического износа в нефтяных скважинах порошковых композиционных материалов на основе нержавеющих сталей и роль твердых смазок. Практическая значимость работы.

Разработана технология получения порошковых инфильтрированных сталей для работы в условиях коррозионно-механического износа.

Впервые получены материалы на основе порошков нержавеющих сталей с высоким комплексом триботехнических и коррозионных свойств, превосходящие по износостойкости и функциональным характеристикам свойства высоколегированного чугуна «нирезист».

Изготовлены изделия для нефтедобывающего оборудования, обладающие высокими коррозионной и износостойкостью.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Результаты экспериментальных исследований влияния легирующих элементов порошков нержавеющих сталей, меди и углерода на закономерности формирования структурно-фазового состава при спекании сталей с инфильтрацией.

2. Экспериментальные исследования коррозии и механизм коррозионного разрушения разработанных материалов в условиях, имитирующих агрессивную среду нефтяной скважины.

3. Результаты исследований физико-механических и триботехнических свойств нержавеющих инфильтрированных порошковых сталей.

4. Закономерности, связывающие свойства материалов на основе порошков нержавеющих сталей и их структурно-фазовый состав.

5. Разработанная автором технология изготовления изделий из коррозионно- и износостойких порошковых материалов для работы в нефтяной скважине.

Личный вклад автора. Проведение экспериментальных и исследовательских работ, основные положения, интерпретация и обобщение полученных результатов, выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору, который совместно с руководителем и научным консультантом работы выбрал научно-техническое направление и определил задачи исследования.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

- 5-я Международная конференция «Новые материалы и технологии». Минск, 2000;

- IV международная школа-семинар «Современные методы исследования и предупреждения коррозионных разрушений». Ижевск, 2003;

- «Международный конгресс по порошковой металлургии», Испания, Валенсия, 2003 г.

Работа выполнялась в рамках НИР Минобразования «Процессы взаимодействия и фазовые превращения при получении и сложнонапряженном нагружении самоорганизующихся структурно-неоднородных порошковых сталей» на 2000/04 гг., номер государственной регистрации 012000058391 и гранта 2004 года для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию «Исследование структуры и свойств триботехнических материалов на основе нержавеющих аустенитных и аустенитно-мартенситных сталей», код ГРНТИ 53.39.29, руководитель академик В.Н.Анциферов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов по работе и списка использованной литературы из 80 наименований. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка, и 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи работы, показана научная новизна.

В первой главе представлен анализ современного состояния в области технологий изготовления порошковых износо- и коррозионностойких материалов.

Показано, что разработано значительное количество нержавеющих порошковых сталей для различных областей применения. Однако, коррозионные свойства этого класса сталей изучены мало, а прочностные и триботехнические свойства этих сталей не удовлетворяют требованиям эксплуатации оборудования.

Анализ литературы показал, что свойства порошковых нержавеющих сталей существенно зависят от способа получения порошков, условий прессования и спекания. Одним из главных условий достижения высоких

механических, и особенно коррозионных свойств является высокая плотность, которая обеспечивается высокой плотностью прессовки (например, теплым прессованием) или активацией спекания (например, жидкофазное спекание или применение дисперсных порошков). Значительные требования предъявляются и к атмосфере спекания. Показано, что большинство антифрикционных нержавеющих сталей работоспособны в условиях масляной смазки, тогда как при реальной эксплуатации погружного оборудования в большинстве случаев подшипники работают в водной среде и подвергаются коррозионно-механическому износу. Еще одним существенным требованием к материалам является их технологичность и экономичность в условиях массового производства. Показана перспективность методов порошковой металлургии при получении многофазных материалов.

Во второй главе сформулированы цели и задачи исследований. Показано, что наиболее целесообразным для изготовления порошковых нержавеющих сталей можно считать метод инфильтрации прессовок медным расплавом, обеспечивающий высокую плотность порошковым сталям, снижение температуры спекания и чувствительности к защитной атмосфере, а также возможность введения различных твердых смазок на этапе приготовления шихты.

В третьей главе приведены материалы, оборудование и методики исследований. В качестве исходных компонентов использовались порошок нержавеющей стали 316L (производство фирмы Hoganas, Швеция); порошок железа распыленный АНС 100.29 (производства фирмы H6ganSs); для инфильтрации порошок меди электролитический ПМС-1 (ГОСТ 4960-75); порошок графита ГК-1 (ГОСТ 4404-78); порошок сульфида марганца MnS-E (производство фирмы H6gan3.s); смазка для прессования - порошок Acrawax С Powdered (производство фирмы Lonza Group, Германия). Смешивание компонентов проводили в двухконусном смесителе в течение 4 часов всухую. Образцы для определения механических свойств прессовали на пресс-автомате КБ 8124. Спекание спрессованных образцов производили в проходной печи СТЮН-3,5.66.1/12,5 в среде диссоциированного аммиака при температуре 1160 ± 10 °С. Медь в образцы вводили путем пропитки во время спекания из сплава состава Си + 5 % Fe + 1 % С. Металлографический анализ шлифов с образцов проводили на микроскопе МЕТАМ РВ-21 в диапазоне увеличения 300-800 с использованием программы анализа изображения «ВидеоТесТ-Мастер. Структура 4.0». Для выявления микроструктуры в качестве травителя использовали 4 %-ный раствор азотной кислоты в спирте и реактив Обергоффера. Содержание свободного углерода определяли по ГОСТ 22536.188. Гомогенность структуры оценивали по коэффициенту вариации концентрации и локальным анализом содержания хрома, никеля, молибдена на установке МАР-2. Фазовый состав и субструктуру исследовали методами рентгеноструктурного анализа на дифрактометрах ДРОН-4-13, ДРОН-ЗМ с использованием X - излучения кобальтового анода с графитовым монохроматором. Механические свойства (твердость, микротвердость, прочность на растяжение) определяли в соответствии с ГОСТ 9012-59, 9450-76,

18227-85. Износостойкость радиальных пар трения ступени ЭЦН (ступица направляющего аппарата (СНА) - втулка защитная вала (ВЗВ)) определяли на экспериментальной установке с узлом трения, имитирующим работу радиальной опоры при одностороннем нагружении, рисунок 1.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки ускоренных испытаний радиальной опоры ступени ЭЦН при одностороннем нагружении, где: 1 - электродвигатель; 2 - резиновая соединительная муфта; 3 - опорный подшипник; 4 — горизонтально расположенный вал; 5 -сбалансированный маховик; 6 - сменная нагрузка; 7 - ВЗВ, 8 -СНА; 9 - блок подачи воды; 10-блок измерения момента (силы) трения (мотор - вссы).

Одностороннюю нагрузку на радиальную пару задавали сменным грузиком массой от 30 до 200 Н, частота вращения вала составляла 3000 об/мин, время испытаний при каждой нагрузке 60 минут с водной смазкой и 360 минут с абразивной смазкой (смесь литола и 5 % кварцевого песка). Скорость износа определяли путем замера массы ВЗВ в процессе трения. Коэффициент трения

f PL г, г

рассчитывали по уравнению: /=~-, где Р - сила трения; L — длина плеча

"радГ

«мотор-весы», Ррад - радиальная нагрузка на пару; г — средний радиус пары.

Испытания коррозионной стойкости проводили прямым наблюдением за образованием и ростом питтингов в 3 %-ном водном растворе NaCl и синтетической пластовой воде состава: СаСЬ-бЩО - 34 г/л, MgCl2-6H20 -17 г/л, NaCl - 163 г/л, CaS04-2H20 - 0,14 г/л (по ГОСТ 9.506-87) при комнатной температуре в статических условиях при естественной аэрации растворов, а также весовым (ГОСТ 9.506-87) и потенциостатическим методами. Коррозионные испытания весовым методом проводили в статических (без перемешивания) и динамических (с перемешиванием) условиях в ультратермостате MWL UH-16 при температуре от 20 ± 2 до 80 ± 3 °С. В качестве рабочих сред применяли водный раствор 5 % NaCl + 3 % НС1 (РН = 1,3) и водный раствор по стандарту NACE ТМ 01-77, содержащий 5 % NaCl + 0,5 % CHjCOOH + H2S 2400-3000 мг/л (РН = 3,4).

В четвертой главе установлены закономерности формирования структуры и определены физико-механические свойства порошковых материалов для работы в коррозионно-активных средах.

Экспериментально исследовали структуру и свойства материалов Х18Н12М2 на основе порошка нержавеющей стали марки 316Ь с различным содержанием меди - от 0 до 15 мае. %. После спекания в сталях сформировалась аустенитная структура с микротвердостью НУо.оз 209-254. Образование твердого раствора при растворении меди сопровождается ростом брикета и компенсирует усадку при концентрации меди 7 %, таблица 1.

Таблица 1 - Физико-механические свойства ПНС с различным содержанием меди

Марка стали Содержание меди, % Линейная усадка, % Пористость, % Механические свойства

НИВ ст., МПа 8,% КС, КДж/. м2

Х18Н12М2 0 1,0 18,3 97±3 420±20 8±4 120110

Х18Н12М2Д5 5 0,3 17,0 6б±7 360±40 9±4 110±10

Х18Н12М2Д7 7 -0,3 18,3 65±5 290±б0 3+2 40±10

Х18Н12М2Д10 10 0,5 18,8 4б±3 300+10 5±1 40110

Х18Н12М2Д15 15 1,5 19,3 63±8 270110 5±1 50110

При исследовании влияния меди на структуру и свойства порошковых нержавеющих сталей Х18Н12М2 установлено, что медь в количестве до 7 % растворяется в железной основе и способствует повышению физико-механических свойств, в сталях с содержанием меди более 7 % медь присутствует и в твердом растворе, и в свободном состоянии, физико-механические характеристики при этом понижаются, что вызвано ростом зерна, рис. 2, и выделением по границам зерен избыточной меди, хрупких дисперсных фаз.

в в 10 ■•"Спекание без пропитки ступнечагая пропитка "♦"2-х ступенчатая пропитка

Рисунок 2 - Средний размер зерна аустенита в зависимости от содержания меди в прессовке Х18Н12М2

В порошковые материалы на основе нержавеющих сталей с содержанием меди до 15 % дополнительно вводили медь методом инфильтрации. Установлено', что одноступенчатая пропитка (пропитка прессовки при спекании) способствовала росту образцов из ПНС с увеличением содержания меди в прессовке. При двухступенчатой пропитке (пропитка при спекании предварительно спеченных прессовок) структура инфильтрированных материалов представляла собой аустенитную основу и включения свободной меди, микротвердость основы при одноступенчатой и двухступенчатой пропитке составляла НУо,о5 220-260. Двухступенчатая пропитка медью была менее технологична, но способствовала формированию более высоких физико-механических характеристик, чем одноступенчатая, таблица 2, так как предварительное спекание прессовки позволяло формировать стальной каркас.

Таблица 2 - Механические свойства ПНС с различным содержанием меди

Способ Механические свойства

Марка стали введения меди Н1Ш ст„ МПа 6,% КС, КДж/ :м2

Х18Н12М2 86 ±3 380±30 4±1 80±10

Х18Н12М2Д5 Односту- 78±3 340±30 4±1 50±20

Х18Н12М2Д7 пенчатая 76+6 330±10 4±1 60±20

Х18Н12М2Д10 пропитка 60+3 320±20 4±1 40±20

Х18Н12М2Д15 72±3 280±10 3,1+0,3 60±Ю

Х18Н12М2 85±2 400±60 4±2 70+10

Х18Н12М2Д5 Двухсту- 84±3 410±30 б±2 90±20

Х18Н12М2Д7 пенчатая 88+3 400±40 6±2 70±20

Х18Н12М2Д10 пропитка 76±3 360±80 6±3 60±2

Х18Н12М2Д15 72±3 380±60 6±2 60+6

Для оптимизации технологии и улучшения триботехнических свойств исследована возможность получения двухфазных нержавеющих сталей за счет изменения химического состава нержавеющей стали марки 316Ь (17% Сг, 13% N1, 2,2% Мо, 0,8 % 81, Ре-основа) путем добавления в шихту железного порошка в количестве 20 - 50 %, а меди - инфильтрацией, таблица 3. Материалы, полученные смешиванием порошков, с содержанием железа до 50 % имели аустенито-трооститную структуру и участки аустенита с включениями карбидов, расположенные на месте частиц порошка нержавеющей стали, рис. 3. Таблица 3 - Характеристики сталей после спекания

Марка стали Содержание порошка Ре, % Пористость, % Линейная усадка, % НЯВ Ов, МПа 5,% КС, кДж/^м2

Х13Н10М1.6Д20 20 16 -1,1 75±2 328+24 4Д±0,8 75±8

Х12Н9М1.5Д20 25 15 -1,2 77±1 368±22 2,2±0,4 74±8

Х11Н8М1.5Д20 30 И -1,1 78±5 332+15 1,5±0,2 78±5

Х9Н7М1.2Д20 40 11 -0,9 74±1 300±20 1,2±0,2 70±5

Х8Н6М1Д20 50 и -0,9 * 75±3 413±25 3,2±0,4 157±10

Х18Н12М2.5Д25 - 11 -0,8 76±3 355±76 6,1±2,8 210±60

(316Ь)

Формирование троостита связано с взаимодействием углерода и добавок железного порошка в исследуемых материалах. Образование карбидов обусловлено наличием карбидообразующих элементов - молибдена и хрома, количество карбидных областей уменьшалось по мере увеличения содержания порошка железа. Повышение содержания железа до 50 % приводит к формированию в структуре нижнего бейнита. В областях троостита и бейнита, образованных преимущественно на месте частиц железа, обнаружено пониженное содержание легирующих элементов, так как в процессе спекания происходила диффузия легирующих элементов из порошка нержавеющей стали в частицы железа и участки меди, табл. 4.

Таблица 4 - Содержание легирующих элементов в различных фазах спеченных сталей (локальный МРСА)___

Марка стали Никель, % Хром, % Молибден %

аустенит троостит (бейнит) медь Аустенит троостит (бейнит) аустенит троостит (бейнит)

Х12Н9М1.5Д20 5,75 1,79 8,99 11,68 4,02 1,45 0,1

Х8Н6М1Д20 3,81 0,53 5,74 7,88 1,52 1,08 нет

Х7Н5М1Д20 2,68 0,18 3 6,36 2,3 0,15 Нет

В стали Х8Н6М1Д20 карбидных участков не обнаружили, однако наблюдали бейнитные участки после распада метастабильного аустенита, рис. 4. С увеличением содержания железа растет микротвсрдость структурных составляющих, рис. 5, а также уровень механических свойств за счет формирования в структуре бейнита; при увеличении содержания железа в шихте с 20 до 40 % происходит снижение ударной вязкости при практически равных значениях предела прочности, рис. 6.

Исследовано влияние твердых смазок на структуру и физико-механические свойства порошковых нержавеющих сталей. Установлено, что сульфид марганца понижает прочность и ударную вязкость сталей, табл. 5, так как, располагаясь по границам частиц, рис. 7, он ослабляет межчастичное сцепление и уменьшает «живое» сечение материала.

Рисунок 3 ■ нержавеющей (75%316Ь+20%Ре+5%Си), медью при спекании

Структура порошковой стали Х13Н10М1.6Д20 пропитанной

Рисунок 4 - Структура порошковой нержавеющей стали Х8Н6М1Д20 (45 %316Ь+5 0%Ре+5 %+Си), пропитанной медью при спекании

1Л о

о > 500

X

л* 400

н

и

о ег 300

о.

си

а н 200

о

а.

* 100

г

С ] Е ]

С

■ч^»Карбидные области □ Аустенит

15 20 25 30 35 40 45 Содержание порошка железа, %

50

55

Рисунок 5 - Зависимость микротвердости структурных составляющих от содержания порошка железа в шихте

0 20 40 60

Содержание порошка железа, %

Содержание порошка железа, %

б

Рисунок 6 - Механические свойства сталей, а - предел прочности, б - ударная вязкость

Материалы Микротвердость, МПа Твердость, НИВ ст„ МПа Д,% КС, кДж/м2

Х12Н9М1.5Д20 3500 7711 368±22 2,2 ±0,4 74+8

100Х12Н9М1.5Д20 3000 78±б 389118 3,4±0,4 155111

200Х12Н9М1.5Д520 3200 8017 416+24 3,2±0,7 138110

Х12Н9М1.5Д20 + 1 % МпЭ 3500 72±2 292115 2,б±0,б 3914

Х12Н9М1.5Д20 + 3 % МпБ 3500 79±1 298±13 2,2±0,7 2617

Установлено, что углерод (1 %) способствует образованию дисперсных карбидов в аустените, рис. 8, а не в бейните. Микротвердость основы при этом снижается, а пластические характеристики и прочность материала растут, табл. 5.

В пятой главе изучено влияние добавок углерода и сульфида марганца на износостойкость и противозадирные свойства радиальной пары трения ступени ЭЦН, состоящей из втулки защитной вала (ВЗВ) и ступицы направляющего аппарата (СНА) в абразивной и водной средах. Все пары трения, табл. б,

Рисунок 7 - Структура порошковой Рисунок 8 - Структура порошковой нержавеющей стали Х12Н9М1.5Д20 +3 % нержавеющей стали 100Х12Н9М1,5Д20, \1riS, травлено травлено

Таблица б - Влияние односторонней нагрузки на скорость износа и средний

конечный коэффициент трения в водной среде

Материал пары трения ВЗВ - СНА N. Н Коэффициент трения, f Скорость износа V, мг/ч

0 мин 30 мин 60 мин

30 1.40 1.17 1.08 93

50 0,94 0,84 0,78 131.85

Х12Н9М1ДД20 80 100 0,75 0,69 0,68 0,63 0,62 0,68 43.20 76.15

130 0,59 0,54 0,48 104.15

160 0,63 0,55 0,53 166.10

30 1.38 1.00 0.94 7.95

50 1,12 0,71 0,66 17.45

80 0,69 0,57 0,56 24.10

100X12Н9М1,5Д20 100 0,70 0,42 0,48 39.40

130 0,66 0,60 0,54 41.10

160 0,60 0,58 0,56 43.70

200 0,58 0,48 0,48 56.85

30 1.05 1.01 1.03 4.50

50 0,78 0,77 0,76 12.55

80 0,67 0,58 0,49 26.15

200Х12Н9М1ДД20 100 0,50 0,49 0,46 35.20

130 0,50 0,49 0,48 39.25

160 0,53 0,54 0,57 44.10

200 0,51 0,47 0,50 52.65

Х12Н9М1,5Д20+1% \-InS 30 50 1.38 0,93 1.51 1,14 1.60 1,13 1448.2 2752.1

XI2Н9М1,5Д20+3% МпБ 30 1.24 1.56 1.58 2231.6

Нирезист 30 50 1.03 0.69 0.85 0,54 0.76 0.56 15 28

подвергались окислительному изнашиванию в воде. При этом наблюдались зависимости уменьшения коэффициента трения f от времени работы г и величины нагрузки N. а также увеличение скорости износа V при увеличении

нагрузки трибосопряжения ВЗВ - СНА. Процесс износа сопровождался образованием окисных пленок. Испытания в условиях смазки водой композиций,, содержащих в своем составе МпБ, даже при невысоких нагрузках (30-50 Н) характеризовались процессами заедания, что приводило к выкрашиванию элементов структуры и катастрофическим износом, рисунок 9. В парах трения, содержащих добавку углерода, работоспособность увеличивается до 200 Н, повышение нагрузки сопровождалось увеличением скорости изнашивания, не зависящей от количества углерода, но в 3 раза меньшей, чем у исходной, во всем диапазоне нагрузок, а изнашивание сопровождалось только процессами царапания, переходящими при высоких нагрузках в задир, рисунок 10. Пары трения с добавками углерода имеют рельеф поверхности, что вызвано образованием бороздок, а трибосопряжения с сульфидом марганца характеризуются намазыванием материала неподвижной втулки (ступицы) на подвижную втулку.

Испытания в условиях абразивного изнашивания показали, что добавка углерода приводит к повышению износостойкости материалов за счет увеличения количества карбидной фазы, а введение сульфида марганца - к значительному снижению абразивной стойкости, вызванной разупрочнением композиционного материала с МпБ, таблица 7.

ш Р'Фч-^ ■ „.. Л

Рисунок 9 — Микроструктура контактной поверхности втулки из Х12Н9М1.5Д20 + 3 % МпЭ при испытании с водной смазкой при нагрузке 30 Н

Таблица 7 - Скорость износа и коэффициент трения при абразивном износе

Коэффициент трения, / Скорость

Материал пары трения 0 180 360 износа V,

мин мин Мин мг/ч

Х12Н9М1.5Д20 0,64 0,63 0,63 13,95

100Х12Н9М1,5Д20 0,62 0,61 0,63 10,74

200Х12Н9М1.5Д20 0,55 0,56 0,57 8,51

Х12Н9М1,5Д20+1% МпБ 0,72 0,66 0,68 48,30

XI2Н9М1,5Д20+3% МпЭ 0,63 0,62 0,63 80,10

Нирезист литой 0,50 0,48 0,50 68,0

Рисунок 10 - Микроструктура контактной поверхности трения стали

200Х12Н9М1.5Д20 при испытании с водной смазкой

Сравнение полученных триботехнических характеристик исследуемых материалов пар трения с материалом нирезист показало, что разработанные материалы на основе порошка нержавеющей стали, с добавлением углерода выдерживают нагрузку до схватывания в 4 раза больше и скорость их износа в 2 раза меньше. Скорость износа пар трения в абразивной среде из стали Х12Н9М1.5Д20 в 5 раз, а композиций с углеродом в 7 раз ниже, чем у нирезиста.

Рисунок 12- Зависимость среднего числа питтингов на 1 см3 (а), их среднего диаметра (б) и глубины (в) для стали XI 1Н8М1,5Д5-пр (грубая обработка поверхности) в 3% -ном растворе №С1

(+ - значение для тонкой обработки поверхности через 50 суток)

Рисунок 11- Поверхность стали Х11Н8М1,5Д20 (инфильтрированной) после выдержки в 3 %-ном растворе ЫаС1 в течение 20 суток

В

главе

исследована стойкость порошковых сталей. Характерной коррозии стали

коррозионная нержавеющих

особенностью локальной инфильтрированной XI 1Н8М1,5Д20, рис. 11, было образование питтингов в сердцевине частиц порошка спеченного материала, устья питтингов по форме повторяли форму сечения частиц. Количество питтингов на единице поверхности за время испытаний увеличивается, рис. 12, а средние диаметр и глубина питтингов через 20-30 суток достигают предельных значений 60 ± 10. Питтинги в процессе роста не пересекали границы частиц, очевидно, границы частиц являются барьерами для роста питтингов как в ширину, так и в глубину. При более тонкой шлифовке поверхности величины N. с! и А уменьшаются по сравнению с

более грубой обработкой. Электрохимические измерения показывают, что устойчивость стали Х11Н8М1.5Д20 к питтинговой коррозии несколько повышается. в динамических условиях, но снижается при повышении температуры раствора, рис. 13. Несмотря на некоторые изменения величины Ерп • Екар она остается отрицательной, т.е. в динамических условиях и при повышенной температуре образование питтингов на стали Х11Н8М1,5Д20 также возможно при потенциале коррозии.

При исследовании коррозии весовым методом установлено, что порошковые нержавеющие стали, пропитанные медью имеют коррозионную стойкость на уровне нирезиста, добавки углерода несколько снижают коррозионную стойкость в сероводородсодержашей среде, а добавление сульфида марганца значительно снижает коррозионную стойкость как в сероводородсодержащей, так и в среде NACE, табл. 8, 9.

Таблица 8 - Скорость коррозии материалов в среде, содержащей сероводород при температуре 20°С

Материал Скорость коррозии, г/м*ч

Х12Н9М1.5Д20 0,05

1ООХ12Н9М1,5 Д20 0,07

200Х 12Н9М1.5Д520 0,08

Х12Н9М1.5Д20+ 1 % MnS 0,10

Х12Н9М1.5Д20 + 3 % MnS 0,16

Нирезист литой 0,08

12Х18Н9Т, компактная 0,08

Исследовано влияние добавок сульфида марганца и углерода на коррозионную стойкость стали Х12Н6М1.5Д20 в различных средах, таблица 9. Установлено, что добавки углерода и сульфида марганца в количестве 1 % практически не изменяют коррозионной активности стали Х12Н9М1.5Д20 в солянокислом электролите, а введение 3 % MnS снижает коррозионную стойкость в 210 раз. Металлографический анализ образцов после коррозионных испытаний в среде NACE показал, что коррозионное разрушение сталей, независимо от добавок, происходит на границе раздела фаз по механизму электрохимической коррозии, т.е. с образованием гальванического

элемента. В сталях, содержащих

Рисунок 13 - Анодные поляризационные кривые (V = 0.2 мВ/с) порошковых сталей в 3% КаС1. 1 - 316Ь-инф.; 2-4 -XI Ш8М1.5Д20. Температура, °С: 1-3 -20, 4 - 80. Гидродинамические условия: 1,2, 4 - статические, 3 - динамические

Таблица 9 - Скорость коррозии материалов с среде NACE

Материал Скорость коррозии в статических условиях, г/м2ч Скорость коррозии в динамических условиях, г/м2ч

20°С 80°С 20°С 80°С

Х12Н9М1.5Д20 0,14 3,11 0,43 9,12

100Х12Н9М1,5Д20 0,15 3,12 0,45 9,18

200Х12Н9М1,5Д20 0,14 3,67 0,47 9,87

Х12Н9М1.5Д20 + 1 % Мпв 0,15 3,83 0,43 10,5

Х12Н9М1.5Д20 + 3 % МпБ 0,27 29,41 0,76 44,10

Нирезист литой 0,20 3,50 1,90 9,60

12X18Н9Т (компактная) - - 1,90 9,30

углерод, это металлическая основа-карбидные участки-медные включения и металлическая основа - сульфид-медные включения в сталях, содержащих сульфид марганца. Чем выше содержание было МпЙ, тем больше образовывалось границ раздела и тем быстрее проходил процесс коррозионного разрушения материала с образованием окислов менее легированных участков.

Исследованы коррозионные потенциалы в растворах КаС1 основных структурных составляющих " сталей. Показано, что растворение инфильтрирующей меди в железе и нержавеющей стали сдвигает потенциал коррозии в положительном направлении. Аналогичное действие оказывает растворение никеля в медной фазе.

В седьмой главе представлены исследования работоспособности материала в секции электрического центробежного насоса и протокол стендовых испытаний, из которого следует, что все технические характеристики насоса соответствуют требованиям технических условий, а энергопотребление несколько ниже средних значений для данной секции, что говорит о низких потерях в узлах трения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено влияние меди, легирующих элементов и углерода на закономерности формирования структурно-фазового состава материалов на основе порошков нержавеющих сталей при спекании с инфильтрацией. Инфильтрация материалов, независимо от способа введения меди, не изменила их прочностных свойств, но существенным образом снизила пластические и ударные характеристики за счет увеличения размера зерна аустенита и выделения по границам зерен структурно-свободной меди. Наиболее высоким комплексом механических свойств при оптимальных технологических свойствах обладают инфильтрированные порошковые нержавеющие стали с содержанием в смеси 5 % меди. Добавление порошка железа до 50 % приводит к формированию двухфазной структуры и повышению комплекса механических свойств за счет формирования в структуре бейнита.

2. Впервые определены механизмы разрушения в условиях коррозионного и механического износа в нефтяных скважинах порошковых композиционных материалов на основе нержавеющих сталей с добавлением твердых смазок:

коррозионное разрушение сталей, независимо от добавок, происходит на границе раздела фаз по механизму электрохимической коррозии, сопровождающейся образованием питтингов. Показано, что растворение инфильтрирующей меди в железе и нержавеющей стати сдвигает потенциал коррозии в положительном направлении. Увеличение концентрации меди в стали Х18Н12М2 до 15 % позволяет повысить коррозионную стойкость материалов в статических условиях в 3 раза. Пропитка медью снизила скорость коррозии сталей в перемешиваемых растворах в 2 раза при комнатной температуре и в 10 раз при 80 °С. Питтинги образуются в средней части частиц порошка спеченного материала, а границы частиц являются барьером для роста питтингов. Повышение чистоты обработки поверхности уменьшает скорость образования и роста питтингов. Разработанные инфильтрированные стали в солянокислых средах имеют меньшую скорость коррозии, чем компактная сталь 12X18Н9Т и коррозионностойкий чуг^н - нирезист

3. Исследованы триботехнические свойства и механизмы изнашивания разработанных материалов в водной и абразивной средах. Все испытанные в воде материалы подвергались окислительному изнашиванию. Испытания в условиях абразивного изнашивания показали, что добавка углерода в количестве до 2 % увеличивает абразивную износостойкость в 1,5-2 раза за счет увеличения количества карбидной фазы, а введение сульфида марганца - к значительному снижению абразивной стойкости, вызванной разупрочнением композиционного материала с МпБ. Радиальный подшипниковый узел, выполненный из инфильтрированной стали 100Х12Н9М1,5Д20 обладает высокой абразивной стойкостью, превосходящей в 4-7 раз распространенные компактные и порошковые материалы ступеней погружных насосов. При испытании в водной среде, износостойкость данного подшипникового узла в 2 раза превосходит износостойкость нирезиста.

4. Разработана технология получения порошковых инфильтрированных сталей для работы в условиях коррозионно-механического износа. Впервые получены материалы на основе порошков нержавеющих сталей с высоким комплексом триботехнических и коррозионных свойств, превосходящие по износостойкости и функциональным характеристикам свойства высоколегированного чугуна «нирезист», а по коррозионной стойкости в солянокислых и сероводородсодержащей средах - компактную сталь 12Х18Н9Т. Изготовлены изделия для нефтедобывающего оборудования, обладающие высокой коррозионной и износостойкостью. Сравнение полученных характеристик исследуемых пар трения с материалом нирезист показало, что разрабатываемые материалы на основе порошковой нержавеющей стали имеют прочность в 3-4 раза выше. Скорость износа пар трения в абразивной среде из стали Х12Н9М1.5Д20 в 5 раз, а композиций с углеродом в 7 раз ниже, чем у нирезиста. На основании проведенных исследований, при производстве ступеней насосов для добычи нефти в агрессивных средах можно рекомендовать материал на основе порошковой нержавеющей стали Х18Н12М2Д20 инфильтрированный медью методом двухступенчатой пропитки, либо сталь Х12Н9М1.5Д20, содержащую в своем

составе 20-30 % порошка железа. В качестве материала для изготовления радиальных подшипников может быть использована сталь 100Х12Н9М1.5Д20.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1) Порошковые коррозионностойкие инфильтрованные нержавеющие стали/ Ощепков Д. А., Перельман О. М., Рабинович А. И., Безматерных Н. В.// Новые материалы и технологии. Сб. докл. 5-й Международной конференции. Минск. 2000. С.21-22.

2) Исследование коррозии порошковой стали 316L в растворах хлорида натрия/ Кичигин В. И., Кощеев О. П., Рабинович А. И., Перельман О. М., Полякова М. В, Ощепков Д. А. // Современные методы исследования и предупреждения коррозионных разрушений. Сб. докл. четвертой международной школы-семинара. Ижевск: Изд. Дом. «Удмуртский университет». 2003. С.31-34.

3) Imprégnation Modeling of Complex Shape PM Parts. Rabinovich A., Oschepkov D. Technical Programme of the European Powder Metallurgy Conference Euro PM 2003. Valencia, Spain 2003, p. 5, EPMA Electronic publication.

4) Структура и свойства двухфазных коррозионностойких порошковых сталей/ Ощепков Д. А. // Вестник ПГТУ. Проблемы порошковых материалов и технологий. Вып. 10, Пермь, 2004, с. 137-142.

5) Пат. 2193115 РФ, MI1K7F04D13/08. Ступень погружного насоса/ А.И.Рабинович, О.М.Перельман, Н.В.Безматерных, Т.А.Сюр, С.Д.Слепченко, М.Ю.Мельников, Г.Л.Дорогокупец, П.Б.Куприн, О.Е.Иванов, С.А.Рабинович, Д.А.Ощепков, В.И.Артамонов; Рабинович А.И.; ЗАО «Новомет-Пермь» (РФ). № 2000125737/06 (027346); Заявл.12.10.2000; Опубл. 20.10.2002, БИ№32. 4с.

6) Заявка № 2004130540/02 РФ, МПК7 С22С 33/02. Порошковый антифрикционный материал на основе железа: / О.М.Перельман, А.И.Рабинович, М.Ю.Мельников, П.Б.Куприн, Г.Л.Дорогокупец, О.Е.Иванов, Н.В.Безматерных, О.П.Кощеев, Н.А.Кичигина, В.Й.Артамонов, Д.А.Ощепков, И.В.Горохов; ЗАО «Новомет-Пермъ»(РФ). Заявл. 18.10.04; Опубл. 27.04.2006. Решение о выдаче патента от 27.04.2006.

Лицензия ПД-11-0002 от 15.12.99

Подписано в печать 19.05,2006. Набор компьютерный. Бумага ВХИ. Формат 60X90/16. Усл. печ. л. 1,0. Заказ № 39к/2006. Тираж 100 экз.

Отпечатано на ризографе в отделе Электронных издательских систем ОЦНИТ Пермского государственного технического университета 614000, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к.113, т.(342) 219-80-33

ВВЕДЕНИЕ.

1 ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ.

1.1 Классификация порошковых нержавеющих сталей.

1.2 Способы получения порошковых нержавеющих сталей.

1.2.1 Получение порошков нержавеющих сталей.

1.2.2 Прессование нержавеющих сталей.

1.2.3 Спекание нержавеющих сталей

1.3 Физико-механические свойства порошковых нержавеющих сталей

1.4 Антифрикционные материалы на основе порошковых нержавеющих сталей.

1.5 Особенности коррозии и коррозионные свойства пористых порошковых материалов.

1.5.1 Факторы, влияющие на коррозионную стойкость порошковых сталей.

1.5.2 Методы исследования коррозии пористых материалов.

1.5.3 Коррозионные свойства порошковых нержавеющих сталей.

2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 Методика получения образцов.

3.2 Методика измерения плотности.

3.3 Металлографический анализ.

3.4 Методики определения механических свойств.

3.5 Методики определения содержания углерода и меди в образцах.

3.6 Статистический микрорентгеноспектральный анализ.

3.7 Определение количества остаточного аустенита.

3.8 Методика определения износостойкости.

3.9 Методика испытаний на коррозионную стойкость.

3.10 Статистическая обработка результатов исследований.

4 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ.

4.1 Исследование структуры и свойств материалов на основе порошковых нержавеющих сталей с различным содержанием меди

4.2 Исследование способа введения меди на структуру и механические свойства порошковых нержавеющих сталей.

4.3 Исследование структуры и свойств материалов на основе порошковых нержавеющих сталей с добавками порошка железа.

4.4 Исследование структуры и свойств нержавеющей стали Х12Н9М1,5Д20 с антифрикционными добавками.

5 ИЗУЧЕНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАР ТРЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ.

5.1 Изучение триботехнических характеристик стали Х12Н9М1,5Д20 с антифрикционными добавками.

6 КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ПОРОШКОВЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ.

6.1 Исследование питтинговой коррозии порошковых нержавеющих сталей микроскопическим методом.

6.2 Исследование коррозионной стойкости порошковых нержавеющих сталей потенциостатическим методом.

6.3 Исследование коррозионной стойкости порошковых нержавеющих сталей весовым методом.

6.4 Изучение коррозионной стойкости стали Х12Н9М1,5Д20 с антифрикционными добавками.

6.5 Исследование влияния легирующих элементов на коррозионное поведение различных фаз порошковых инфильтрированных сталей

7 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТАЛИ 100Х12Н9М1,5Д20 В СЕКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА.

7.1 Стендовые испытания.

ВЫВОДЫ.

Среди проблем, связанных с эксплуатацией оборудования в машиностроительной, добывающей и перерабатывающей отраслях промышленности, задача повышения срока службы износостойких изделий является одной из важнейших. Опыт использования добывающего оборудования показал, что основными причинами выхода из строя является коррозионное разрушение деталей узлов, контактирующих с агрессивными средами, износ в парах трения, эрозия рабочих поверхностей под воздействием жидкости и песка.

Высокие эксплуатационные свойства изделий подразумевают коррозионную- и износостойкость в сочетании с высокими прочностными и триботехническими характеристиками. Основными материалами, применяемыми в настоящее время для изготовления деталей, сочетающих антифрикционные и коррозионные свойства, являются чугуны, латуни, бронзографиты, пластмассы. Наилучшему сочетанию требуемых характеристик отвечают высоколегированные чугуны, широко применяемые зарубежными фирмами. Однако, технологии их изготовления высокозатратны, учитывая стоимость легирующих элементов, повышенные по сравнению с другими чугунами температуры разливки, чувствительность свойств к химическому составу и режимам термообработки, характеристикам песчано-глинистых форм.

Технология изготовления машиностроительных деталей методом порошковой металлургии позволяет сократить количество отходов до 2-5 %, значительно уменьшить затраты на их изготовление, а также повысить надежность за счет улучшения требуемых эксплуатационных характеристик износостойких деталей, например, наличие пор в порошковых материалах позволяет придавать антифрикционные свойства материалам, которые в литом состоянии ими не обладают (хорошо известно, что порошковое пористое железо или материалы на его основе успешно работают в различных узлах трения). Поры изменяют механизм прирабатываемости трущихся поверхностей - вследствие изменения и перераспределения объёма пор происходит необратимая пластическая деформация в поверхностном и прилегающем к нему приповерхностном слое (до нескольких миллиметров), тогда как у литых материалов хорошая прирабатываемость обеспечивается только в поверхностном слое толщиной всего в несколько микрометров вследствие уменьшения шероховатости путем его износа. Хорошая прирабатываемость порошкового материала повышает качество поверхности, улучшая антифрикционные и эксплуатационные свойства изделий из него.

Кроме экономичности, другим существенным преимуществом порошковой металлургии является возможность создания композиционных материалов, сочетающих в себе различные, порой взаимоисключающие свойства. Например, псевдосплавовы типа «сталь-медь», обладают твердостью и прочностью стали и антифрикционными свойствами бронзы, а износостойкие материалы, содержащие твердые смазки в структуре, сочетают твердость инструментальных сталей и могут работать без смазки.

Принципиальная новизна предлагаемых решений состоит в применении взамен литых материалов концентрационно-неоднородных инфильтрированных порошковых сталей, обеспечивающих сочетание высоких физико-механических, триботехнических и специальных свойств.

ВЫВОДЫ

1. Установлено влияние меди, легирующих элементов и углерода на закономерности формирования структурно-фазового состава материалов на основе порошков нержавеющих сталей при спекании с инфильтрацией. Инфильтрация материалов, независимо от способа введения меди, не изменила их прочностных свойств, но существенным образом снизила пластические и ударные характеристики за счет увеличения размера зерна аустенита и выделения по границам зерен структурно-свободной меди. Наиболее высоким комплексом механических свойств при оптимальных технологических свойствах обладают инфильтрированные порошковые нержавеющие стали с содержанием в смеси 5 % меди. Добавление порошка железа до 50 % приводит к формированию двухфазной структуры и повышению комплекса механических свойств за счет формирования в структуре бейнита.

2. Впервые определены механизмы разрушения в условиях коррозионного и механического износа в нефтяных скважинах порошковых композиционных материалов на основе нержавеющих сталей с добавлением твердых смазок: коррозионное разрушение сталей, независимо от добавок, происходит на границе раздела фаз по механизму электрохимической коррозии, сопровождающейся образованием питтингов. Показано, что растворение инфильтрирующей меди в железе и нержавеющей стали сдвигает потенциал коррозии в положительном направлении. Увеличение концентрации меди в стали Х18Н12М2 до 15 % позволяет повысить коррозионную стойкость материалов в статических условиях в 3 раза. Пропитка медью снизила скорость коррозии сталей в перемешиваемых растворах в 2 раза при комнатной температуре и в 10 раз при 80 °С. Питгинги образуются в средней части частиц порошка спеченного материала, а границы частиц являются барьером для роста питтингов. Повышение чистоты обработки поверхности уменьшает скорость образования и роста питтингов. Разработанные инфильтрированные стали в солянокислых средах имеют меньшую скорость коррозии, чем компактная сталь 12X18Н9Т и коррозионностойкий чугун -нирезист

3. Исследованы триботехнические свойства и механизмы изнашивания разработанных материалов в водной и абразивной средах. Все испытанные в воде материалы подвергались окислительному изнашиванию. Испытания в условиях абразивного изнашивания показали, что добавка углерода в количестве до 2 % увеличивает абразивную износостойкость в 1,5-2 раза за счет увеличения количества карбидной фазы, а введение сульфида марганца — к значительному снижению абразивной стойкости, вызванной разупрочнением композиционного материала с МпБ. Радиальный подшипниковый узел, выполненный из инфильтрированной стали 100Х12Н9М1,5Д20 обладает высокой абразивной стойкостью, превосходящей в 4-7 раз распространенные компактные и порошковые материалы ступеней погружных насосов. При испытании в водной среде, износостойкость данного подшипникового узла в 2 раза превосходит износостойкость нирезиста.

4. Разработана технология получения порошковых инфильтрированных сталей для работы в условиях коррозионно-механического износа. Впервые получены материалы на основе порошков нержавеющих сталей с высоким комплексом триботехнических и коррозионных свойств, превосходящие по износостойкости и функциональным характеристикам свойства высоколегированного чугуна «нирезист», а по коррозионной стойкости в солянокислых и сероводородсодержащей средах -компактную сталь 12X18Н9Т. Изготовлены изделия для нефтедобывающего оборудования, обладающие высокой коррозионной и износостойкостью. Сравнение полученных характеристик исследуемых пар трения с материалом нирезист показало, что разрабатываемые материалы на основе порошковой нержавеющей стали имеют прочность в 3-4 раза выше. Скорость износа пар трения в абразивной среде из стали Х12Н9М1,5Д20 в 5 раз, а композиций с углеродом в 7 раз ниже, чем у нирезиста. На основании проведенных исследований, при производстве ступеней насосов для добычи нефти в агрессивных средах можно рекомендовать материал на основе порошковой нержавеющей стали Х18Н12М2Д20 инфильтрированный медью методом двухступенчатой пропитки, либо сталь Х12Н9М1,5Д20, содержащую в своем составе 20-30 % порошка железа. В качестве материала для изготовления радиальных подшипников может быть использована сталь 100Х12Н9М1,5Д20.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Не годен Напор: -7.3% (О« 108)

Рисунок 7.2 Протокол испытаний опытной секции насоса 2ВННП 5-125ГЗ а, б - втулка рабочего колеса в, г - ступица направляющего аппарата

Рисунок 7.3 Внешний вид поверхностей трения ступени после испытания в условиях реальной секции насоса. Л ■ ■а . .

НИННн а б а - втулка рабочего колеса б - ступица направляющего аппарата

Рисунок 7.4 Приповерхностная зона элементов пары трения после стендовых испытаний, не травлено

1. Шведков Е. JL, Денисенко Э. Т., Ковенский И. И. Словарь-справочник по порошковой металлургии. Киев: Наукова думка, 1982. 269 с.

2. Сокол И. Я., Ульянин Е. А., Фельдгандлер Э. Г. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас. Справ. Изд. и др. М: Металлургия, 1989. 400с.

3. Гуляев А. П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986.

4. Гудремон Э. Специальные стали. Т. I, II: Пер. с нем. М.: Металлургиздат, 0959. 1638 с.

5. Конструкционные порошковые материалы и изделия / Дорофеев Ю.Г. Мариненко Л.Г., Устименко В.И. Металлургия 1986 г. 144 с.

6. Анциферов В. Н., Акименко В.Б., Гревнов JL М. Порошковые легированные стали М.: Металлургия, 1991. 318 с.

7. Давыденков В. А., Радомысельский И. Д., Напара-Волгина С. Г. Технология получения и свойства спеченных нержавеющих сталей для деталей машин. // Порошковая металлургия. 1978. №5. С. 51-60.

8. Федорченко И. М., Францевич И. Н., Радомысельский И. Д. И др., Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения, Справочник ; Киев: Наук. Думка, 1985. 624 с.

9. Anders Bergkvist, РМ Stainless Steels For High Temperature Application, Presented at PM2TEC 2000 MPIF, New York, USA, 2000.

10. Малинов JI. С. Перспективные направления создания марганцевых и хромомарганцевых сплавов, а также способов повышения их свойств. //

11. Металл и литье Украины. 2000. №9-10. С. 46-49.

12. P. Engdel and М. Lesser. ColdDX // Hoganas, Sweden, 2000.

13. Materials Data Sheet. Metso Powdermet AB // Surahammar, Sweden, 2002.

14. Ермаков Н. Ф., Вязников С. С. Порошковые стали и изделия. JL: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1990. 319 с.

15. Гуляев А. П. Основы металловедения порошковых сплавов. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1988. №11. С. 25-33.

16. Радомысельский И.Д., Напара-Волгина С.Г. Получение легированных порошков диффузионным методом. Киев: Наук. Думка, 1988. 136 с.

17. Радомысельский И. Д., Напара-Волгина С. Г., Деймонтович В. Б. и др. Свойства порошков железохромистых сталей, получаемых методом дифузионного насыщения из точечных источников. // Порошковая металлургия. 1971. №11. С. 1-6.

18. Радомысельский И. Д., Напара-Волгина С. Г., Венгловская Е. В. Свойства порошков нержавеющих сталей аустенитного класса, получаемых различными методами. // Порошковая металлургия. 1985. №6. С. 1-5.

19. Hoganas Iron And Steel Powders For Sintered Components, Hoganas AB, Sweden, 1998.

20. Ricardo Canto Leyton, Olof Andersson. High Density Sintered Stainless Steel with Close Tolerances., Powder Metallurgy World Congress 2002, Orlando, USA, 2002

21. Bergvist A. Warm compaction of stainless steels powders. Powder Metallurgy World Congress, Spain, Granada, 1998.

22. Paul Skogland, Mikael Kejzelman, Ingrid Hauer. High Density PM Components by High Velocity Compaction., Proceedings of the 2002 World Congress on Powder Metallurgy and Particulate Materials, Orlando, USA, 2002

23. Hoganas Handbook For Sintered Components, Sintering, Hoganas AB, Sweden,1999.

24. Радомысельский И. Д., Напара-Волгина С. Г., Орлова JI. Н. И др. Структура, механические и коррозионные свойства порошковой нержавеющей стали марки XI3. // Порошковая металлургия. 1982. №6. С. 43-47.

25. Андриевский Р. А., Солонин С.М. Исследование спекания порошков хромоникелевых сталей. // Порошковая металлургия. 1964. №3. С. 32-39.

26. Morandi О., Rosso М. Application of infiltration to stainless steels., Powder Metallurgy World Congress, Spain, Granada, 1998.

27. Beiss P. Et al. Thermal conductivity of sintered stainless steels. // Metal powder reports. April 2000. №3. P.37.

28. Радомысельский И. Д., Напара-Волгина С. Г., Орлова JI. Н. Структура , механические и коррозионные свойства порошковой нержавеющей стали марки Х23Н18. // Порошковая металлургия. 1983. №1. С. 43-49.

29. Радомысельский И. Д., Напара-Волгина С. Г., Довыденков В. А. и др. Механические, теплофизические и коррозионные свойства плотных порошковых нержавеющих сталей марок СП20Х13 и СПХ25. // Порошковая металлургия. 1986. №1. С. 99-103.

30. Слысь И.Г., Перепелкин A.B., Федорченко И.М. Исследование структуры и свойств спеченной нержавеющей стали, содержащей дисульфид молибдена. // Порошковая металлургия. 1973. №9. С. 24.

31. Федорченко И.М., Слысь И.Г., Пугина Л.И., Ермакова E.H., авт. свид. СССР №276425, Бюлл. Изобр. № 23, 1970.

32. Федорченко И.М., Слысь И.Г.,Пугина Л.И. и др. Исследование процесса сульфидирования металлокерамических нержавеющих сталей. Сообщ.1. // Порошковая металлургия. 1971. №7. С.39.

33. Слысь И.Г., Федорченко И.М., Ермакова E.H., Пугина Л.И. Исследование процесса сульфидирования металлокерамических нержавеющих сталей. // Порошковая металлургия. 1973. №4. С. 37

34. Федорченко И.М., Пугина Л.И., Слысь И.Г., ПономаренкоН.Е. Подшипниковые сульфидированные металлокерамические материалы на основе нержавеющих сталей. — В кн.: Трение и изнашивание при высоких температурах. М.: Наука, 1973. 115-120 с.

35. Федорченко И.М., Слысь И.Г., Сосновский Л.А. Выбор технологии борирования пористой нержавеющей стали. // Порошковая металлургия. 1977. №6. С.70-72.

36. Слысь И.Г., Федорченко И.М., Пугина Л.И., Богомолов В.П. Борирующее спекание порошков нержавеющих сталей. // Порошковая металлургия. 1975. №10. С.16-23.

37. Федорченко И.М., Слысь И.Г., Фролова Т.П. Насыщение пористой нержавеющей стали серой и углеродом во время спекания в контейнерах с плавким затвором. Химико-термическая обработка металлов и сплавов, Минск, 22-23 мая, 1974. Минск, 1974. С.112-113.

38. Ворошнин ЛГ, Ляхович Л С, Ловшенко ФГ, Протасевич Г.Ф Химико-термическая обработка металлокерамических материалов Минск. Наука и техника, 1977 272с.

39. Leisner Р , Leu R С , Moller P. Electroplating of porous РМ compacts // Powder Metallurgy 1997 V40. N3.P.207-210.

40. Чукаловская T В , Каричев 3 Р , Барановская Т.С Питтинговая коррозия пористого никеля в слаоо щелочных растворах в присутствии хлор-иона // Защита металлов 1AS1Т 17 .№4 С 455-459

41. Шибряев Б ф К вопросу оценки коррозионной стойкости и жаростойкости метал-керамическях фильтрующих материалов // Металлокерамические материалы и изделия Ереван, 1969 С.200-204

42. Карпинос Д.М., Чеховский А.А., Рутковский А.Е., Подсосонный В.И., Иванчук А.А. Коррозионная стойкость пористых волокнистых материалов // Порошк. металлургия 1981 №5.С.54-57.

43. Радомысельский И.Д., Напара-Волгина С.Г., Орлова Л.Н., Апининская Л.М., Грабчак А К Вергелес Н.М. Структура, механические и коррозионные свойства порошковой нержавеющей стали марки Х23Н18 // Порошк. металлургия. 1983. № 1. С.43-49.

44. Кюбарсепп Я П., Вальдма Л.Э., Калласт В А. Коррозионная стойкость порошковых сплавов TiC сталь // Порошк металлургия. 1980. №4. С.99-101.

45. Калласт В.А., Кюбарсепп Я.П Коррозионная стойкость спеченных твердых сплавов TiC-Fe-Cr и ее влияние на коррозионно-абразивное изнашивание // Защита металов 1989.Т.25.№1.С.107-Ш.

46. Кайдаш О.Н., Маринич М.А., Кузенкова М.А., Манжелеев И.В. Коррозионная стойкость керметов на основе нитрида титана // Порошк. металлургия. 1991. № 1.С. 77-81

47. Кислый П.С , Маринич М.А., Геворкян Э С. Коррозионная стойкость композиционных материалов на основе оксида хрома в серной кислоте // Порошк. металлургия. 1991 № 10 С.42-44.

48. Шибряев Б Ф Об оценке коррозионной стойкости металлокерамических пористых материалов // Заводск лаборатория. 1964 № 3. С.313-314.

49. Пугина JI И , Корх JI М., Богатыренко Н П., Апининская Л.М. Коррозионная стойкость металлокерамических сульфидированных материалов на основе железа // Порошковая металлургия 1968 №4. С 41-46.

50. Чуприна В И , Рябухин А Г, Гаврилов Б А , Гришаенков Б Г Экспресс-метод опред-еления эффективности коррозионной защиты пористых никелевых электродов // Зашита металлов 1976 Т 12 № 2 С 249-250

51. Витязь П А, Капцевич В М., Шелег В.К. Пористые порошковые материалы и изделия из них Минск. Вышэйшая школа, 1987. 164 с

52. Андриевский Р. А , Копылова В П Исследование коррозионной стойкости пористых хромоникелевых сталей // Порошк. металлургия 1963 №2 С 49-54

53. Томашов Н Д, Чернова Г П, Майский Е Г Электрохимические и коррозионные свойства металлокерамических сплавов титана с палладием в растворах соляной кислоты//Защита металлов 1974 Т 10 №6 С 643-647

54. Павловская Е И , Шибряев Б Ф. Металлокерамические фильтры М., 1967.

55. Рыбаков К В , Розанова Л.М., Коваленко В.П. Изменение механических и фильтра-нных свойств металлокерамических элементов при очистке азотной кислоты // ХИМи нефт. машиностроение. 1972. № 10. С.20-21.

56. Андриевский Р А Пористые металлокерамические материалы М , 1964

57. Золотовицкий Я М , Загривный В Н, Литманович И С Защита от коррозии спеченного порошкового железа ингибированными маслами // Защита металлов 1984 Т 20 № 2 С 276-278

58. Золотовицкий Я М , Литманович И С , Загривный В Н Кремнийорганические противокоррозионные составы для порошковых металлических изделий // Защита металлов 1986 Т 22 №2 С 276-279

59. Золотовицкий Я М , Загривный В Н , Литманович И С Защита от коррозии пористого порошкового железа маслорастворимыми ингибиторами // Порошк металлургия 1984 № 12 С 5 8-61

60. Гуляев А. П., Толмачева Г. А., Кануткина И. И. и др. Сравнительные исследования литой и порошковой нержавеющей стали Х18Н15. В кн.: Процессы и материалы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1985. С.63-67.

61. Морова Н. А. Спеченные мартенситостареющие нержавеющие стали. // Порошковая металлургия. Межвузовский сборник научных трудов №183. Пермь: Изд. Пермского ун-та, 1976. С. 59-61.

62. Сюр Т. А., Безматерных Н. В., Рабинович А. И. Коррозионная стойкость порошковых материалов нефтепромыслового оборудования в солянокислых средах. / Защита металлов. 1999, том 35, №2.

63. Хохлова И. М., Лукьяненко Н. А., Кузуб В. С. Влияние ванадия на механические свойства ферритной нержавеющей стали 02X18. // Физико-химическая механика материалов. 1988. №2. С. 99-100.

64. Витязь П. А., Капцевич В. М., Шелег В. К. и др. Структурные, гидродинамические и прочностные свойства пористых материалов из коррозионно-стойких сталей.//Порошковая металлургия. 1990. №3. С. 85-89.

65. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. Изд.- 3-е изд. В з т. Т 1. Методы испытания и исследования/Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983. 352 с.

66. Анциферов В.Н., Пещеренко С.Н., Курилов К.П. Взаимная диффузия и гомогенизация в порошковых материалах. М: Металлургия, 1988. 152 с. Ахназарова C.JL, Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М. Высшая школа, 1978. 319 с.

67. Миркин Л.И. Справочник по рентгеновскому анализу поликристаллов. М.: Физматиздат, 1960. 863 с.

68. Фрейман Л.И., Флис Я., Пражак М. И др. Об унификации методов ускоренных испытаний нержавеющих сталей на стойкость против питтинговой коррозии. Электрохимические испытания // Защита металлов. 1986. Т.22. № 2. С.179-195.

69. Фрейман Л.И., Пражак М., Кристаль М.М. и др. Об унификации методов ускоренных испытаний нержавеющих сталей на стойкость против питтинговой коррозии. Основная концепция. Химические испытания // Защита металлов. 1984. Т.20. № 5. С.698-710.

70. ASTM G48-76. Examination and évaluation of pitting corrosion.

71. Ильин В.A. Химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат. М., 1994.

72. Реформатская И.И., Рыженков В.А., Родионова И.Г. и др Коррозия поверхностей нагрева котельного оборудования . электрических станций, изготовленного из стали 12Х18Н10Т // Защита металлов. 2003. Т.39. № 6. С.599-605.