Износостойкие материалы для шламовых насосов: A05, A07, A49, полиуретан

Опубликовано 10 августа 2026 г. · Автор: Coolair Group Engineering · 16 мин чтения

Насос выходит из строя не из-за того, что «плохой производитель». В 70% случаев причина — неправильно подобранный материал рабочего колеса или вкладыша. Это не вопрос бренда, это вопрос физики: что выдержит абразивный износ в конкретных условиях, а что нет.

В горнодобывающей отрасли для шламовых насосов применяют четыре основных группы материалов: высокохромистые чугуны (A05, A07), мартенситные стали (A49), натуральный и синтетический каучук, полиуретан. У каждого свои границы применимости. Ниже — детальный разбор, который поможет инженеру выбрать материал под конкретный режим и не переплатить.

1. Основы: что изнашивает рабочее колесо

В шламовом насосе работают три вида износа. Они действуют одновременно, но вклад каждого зависит от режима.

Абразивный износ

Это основной механизм разрушения. Твёрдые частицы пульпы (кварц, полевой шпат, сульфиды) царапают поверхность металла и вырывают микрообъёмы. Скорость абразивного износа пропорциональна концентрации твёрдого, скорости потока, твёрдости частиц и углу атаки. Для шламовых насосов типичная скорость потока на входной кромке колеса — 18–25 м/с. При скорости выше 30 м/с износ растёт лавинообразно.

Эрозионный износ

Возникает при кавитации и при ударе крупных частиц о металл. В отличие от абразивного, эрозия разрушает поверхность неравномерно — ямками, кавернами, локальными вымываниями. Кавитация в насосе — это всегда проблема материала: если её нет, эрозия слабая, и металл служит долго. Если она есть, никакой материал не спасёт.

Коррозионный износ

Химическое разрушение поверхности при контакте с агрессивной средой. В горнодобыче это щёлочи (pH 10–13 при цианировании и известковании) и кислоты (pH 1–3 при выщелачивании). Коррозия усиливает абразивный износ, потому что разрушает упрочнённый слой и открывает доступ к мягкой основе.

Грамотный подбор материала это ответ на вопрос: какой из трёх механизмов доминирует в нашем режиме. Если доминирует абразивный, нужен твёрдый сплав (A05, A07). Если ударный, нужен вязкий (A49, каучук). Если коррозионный, нужна коррозионная стойкость (нержавеющая сталь, полиуретан, специальные сплавы).

2. A05: стандартный выбор для средних условий

A05 — это высокохромистый белый чугун с содержанием хрома 26–28%. Это самый распространённый материал для шламовых насосов в мире. Его применяют на 60–70% фабрик в стандартных условиях.

Химический состав A05

Механические свойства A05

Твёрдость 58–62 HRC. Ударная вязкость 4–6 Дж/см² (по Шарпи без надреза). Предел текучести 700–850 МПа. Это означает, что A05 твёрдый, но хрупкий: при ударе может треснуть. По этой причине A05 не применяют для насосов с крупными фракциями (d₉₅ > 3 мм).

Где A05 работает хорошо

• Разгрузка мельниц самоизмельчения (d₉₅ до 1–2 мм).
• Песковые насосы в цикле сгущения (d₉₅ до 0,5 мм).
• Хвостовые насосы на железистых кварцитах (d₉₅ до 1 мм).
• Флотационные насосы для руд с тонким помолом.

Где A05 не подходит

• Крупные фракции (d₉₅ > 3 мм) — риск скола лопастей.
• Сильнощелочная среда (pH >12) — ускоренная коррозия.
• Кислая среда (pH <4) — то же самое.
• Ударные нагрузки при пуске (камни в зумпфе).

Ресурс A05 в типичных условиях: рабочее колесо мельничного насоса — 2 000–2 800 часов, вкладыш — 3 500–4 500 часов. Это средние значения по выборке 78 фабрик за 2024–2025 годы.

3. A07: улучшенный сплав для тяжёлых условий

A07 — это следующая ступень после A05. Содержание хрома повышено до 28–32%, добавлены молибден (1,0–1,5%) и никель (0,8–1,2%). За счёт этого твёрдость выше (60–65 HRC), а коррозионная стойкость лучше.

Что даёт добавка молибдена и никеля

Молибден в составе A07 решает две задачи. Первая — повышение ударной вязкости. Молибден связывает углерод в карбиды типа Mo₂C, которые мельче и равномернее распределены, чем карбиды хрома. За счёт этого A07 лучше сопротивляется ударным нагрузкам, чем A05. Вторая — повышение коррозионной стойкости в щелочных средах.

Никель добавляют для стабилизации аустенитной фазы и повышения коррозионной стойкости в кислых средах. В чисто щелочном режиме никель даёт меньше пользы, и производители иногда выпускают A07 без никеля для экономии.

Сравнение ресурса A05 и A07 в одинаковых условиях

Для мельничного насоса Warman 6/4D-AH на разгрузке МШЦ 3,6х4,5 (медно-порфировая руда, pH 8,5, плотность 1,38 т/м³) статистика по 24 фабрикам Казахстана и Узбекистана показывает:

• Рабочее колесо A05 — 2 100 часов до замены (медиана).
• Рабочее колесо A07 — 3 200 часов до замены (медиана).
• Вкладыш A05 — 3 800 часов.
• Вкладыш A07 — 5 600 часов.

Разница в ресурсе 50%. Цена A07 выше на 30–35%. Экономика зависит от стоимости простоя. На крупных фабриках с дорогим часом простоя A07 выгоднее с первого года эксплуатации. На малых — проще менять A05 чаще.

Где A07 обязателен

• Железорудные фабрики с гематит-магнетитовым концентратом (высокая абразивность).
• Золотоизвлекающие фабрики с цианированием (pH 10–11).
• Хвостовые насосы на дальнее расстояние (повышенный износ).
• Насосы с крупностью d₉₅ до 2,5 мм.

Что важно при заказе A07

На рынке много сплавов, которые называются A07, но не соответствуют требованиям. Типичные подмены: заниженное содержание хрома (22–24% вместо 28–32%), отсутствие молибдена, неправильная термообработка. Без сертификата химического состава плавки и сертификата механических свойств покупка — лотерея.

Coolair Group требует от производителей совместимых деталей полный пакет документов: OES-анализ плавки, протокол твёрдости в трёх точках, протокол ударной вязкости. Это занимает 5–7 дней при производстве, но снимает все вопросы при эксплуатации.

4. A49: мартенситная сталь для ударных нагрузок

A49 — это не чугун, а мартенситная хромистая сталь с содержанием хрома 12–14% и углерода 0,3–0,5%. Твёрдость после термообработки — 50–55 HRC, ударная вязкость — 30–50 Дж/см². Это в 6–8 раз выше, чем у A05.

Зачем нужна сталь при наличии чугуна

Сталь выигрывает у чугуна в трёх ситуациях. Первая это крупные фракции. Камень размером 30–50 мм, попадая на входную кромку A05, вызывает скол. На A49 этот же камень оставляет вмятину или царапину, но не разрушает лопасть. Вторая это необходимость ремонта. Сталь можно сваривать и наплавлять, чугун только менять. На удалённых фабриках, где логистика запчастей занимает 6–10 недель, ремонтопригодность A49 критична. Третья это агрессивная среда. Коррозионная стойкость A49 в щелочах и кислотах выше, чем у чугуна.

Недостатки A49

Сталь A49 дороже. Рабочее колесо из A49 стоит в 1,8–2,2 раза дороже, чем A05. Твёрдость ниже, поэтому в чисто абразивном режиме без ударов A49 проигрывает A05 по ресурсу. На тонком кварцевом песке без крупных фракций колесо A49 изнашивается быстрее, чем A05, при прочих равных.

Ещё один минус — масса. Сталь плотнее чугуна, поэтому рабочее колесо A49 тяжелее. Для крупных насосов это означает повышенную нагрузку на вал и подшипники. Не все насосы допускают замену A05 на A49 без пересчёта механической прочности.

Где A49 — стандартное решение

• Первая стадия измельчения (мельницы ММС, дробилки).
• Песковые насосы с гравитационной крупностью (обогащение россыпей).
• Угольные фабрики с крупными фракциями (d₉₅ до 5 мм).
• Насосы для перекачки кека (плотность >1,70 т/м³).

На практике A49 занимает 10–15% рынка шламовых насосов в горнодобыче. Это ниша для условий, где A05 и A07 не выдерживают.

5. Полиуретан: альтернатива для тонких продуктов

Полиуретан для шламовых насосов — это не один материал, а семейство составов. Базовая полиуретановая футеровка имеет твёрдость 80–95 Shore A, предел прочности на разрыв 40–55 МПа, относительное удлинение 400–600%. Это эластомер, а не металл.

Почему полиуретан вообще применяют

Полиуретан устойчив к абразивному износу в условиях тонкого продукта (d₉₅ до 0,3 мм) лучше, чем A05. Это контринтуитивно — металл твёрже полиуретана, но вязкость эластомера позволяет ему «поглощать» удары мелких частиц без разрушения. Металл в этом режиме подвергается микрорезанию, и поверхность покрывается сеткой царапин.

Вторая причина — коррозионная стойкость. Полиуретан инертен к кислотам и щелочам в широком диапазоне pH. Там, где A05 за год корродирует и теряет 2–3 мм толщины, полиуретан сохраняет размеры.

Границы применимости полиуретана

Полиуретан плохо переносит крупные частицы. Частица >0,5 мм режет полиуретан, как нож. Поэтому для разгрузки мельниц полиуретан не применяют. Для флотации и сгущения — да, и часто это лучший выбор.

Второе ограничение — температура. Полиуретан сохраняет свойства до 70–80 °C. Выше начинается деградация. В горячих процессах (автоклавное выщелачивание, некоторые пирометаллургические стадии) полиуретан не применяют.

Третье — ремонтопригодность. Полиуретановую футеровку нельзя сваривать. При повреждении — только замена. Это ограничивает применение на удалённых объектах.

Конкретные применения

• Флотационные насосы на медных и цинковых фабриках.
• Кислотные процессы (кучное выщелачивание, подземное выщелачивание урана).
• Насосы для перекачки тонких хвостов (d₉₅ до 0,2 мм).
• Песковые насосы сгустителей с тонким продуктом.

6. Резина: где она ещё работает

Натуральная и синтетическая резина — старейший материал для футеровки шламовых насосов. Сегодня её доля сократилась до 15–20% рынка, но в некоторых нишах резина остаётся стандартом.

Преимущества резины

Резина лучше полиуретана по эластичности. Она выдерживает многократные деформации без разрушения. На тонких продуктах с низкой абразивностью резина работает 8 000–12 000 часов, что в 3–4 раза больше A05. Причина — резина изнашивается только в зоне контакта с частицами, а металл изнашивается и в зоне контакта, и в зоне кавитации, и в зоне коррозии.

Вторая сильная сторона резины — стойкость к гидроударам. При пуске насоса на пустой трубопровод металл испытывает ударные нагрузки, которые могут вызвать трещины. Резина эти нагрузки демпфирует.

Где резина уже не применяется

При температуре выше 80 °C резина разрушается. При крупности >1 мм резина режется частицами. В щелочной среде (pH >12) некоторые сорта резины набухают и теряют свойства. В нефтесодержащих средах резина набухает от углеводородов.

Где резина остаётся стандартом

• Углеобогащение (крупность до 0,5 мм, нейтральная среда).
• Песковые насосы в цикле гидроклассификации.
• Насосы для перекачки тонких хвостов на дальние расстояния.

7. Как выбрать материал: чек-лист инженера

Этот раздел — практическое руководство. Проходите по пунктам сверху вниз, и в конце будет конкретная рекомендация.

Шаг 1. Определите крупность продукта (d₉₅)

• До 0,3 мм — подходит полиуретан, резина, A05.
• 0,3–1,0 мм — A05, A07, резина.
• 1,0–3,0 мм — A07, A49.
• Свыше 3 мм — только A49.

Шаг 2. Определите абразивность по минералогии

• Низкая (известняк, гипс, каменная соль) — A05 достаточно.
• Средняя (кварцевые пески, полевой шпат, силикатные руды) — A05 или A07.
• Высокая (железистые кварциты, гематит, магнетит, сульфиды) — A07.
• Очень высокая (хромиты, некоторые редкоземельные руды) — A07 или A49.

Шаг 3. Определите pH среды

• pH 6–9 — любой материал, включая A05.
• pH 9–11 — A05 ещё работает, но A07 лучше.
• pH 11–13 — A07 обязательно, A49 ещё лучше.
• pH <4 — полиуретан или специальные нержавеющие стали.

Шаг 4. Учтите температуру

• До 60 °C — любой материал.
• 60–80 °C — A05, A07, A49, полиуретан (с оговорками).
• 80–100 °C — только металлы.
• Выше 100 °C — только специальные сплавы.

Шаг 5. Оцените стоимость простоя

Если час простоя линии стоит больше 50 000 руб., всегда выбирайте A07 вместо A05. Разница в цене окупается за 2–3 месяца. Это правило не абсолютно, но работает в 80% случаев.

Шаг 6. Проверьте поставщика

Какой бы материал вы ни выбрали, без сертификата химического состава и протокола механических свойств вы покупаете не материал, а обещание. Coolair Group требует от производителей совместимых деталей полный пакет документов. Это правило, от которого мы не отступаем.

Coolair Group поставляет рабочие колёса, вкладыши, крышки и корпуса из A05, A07 и A49 для насосов Warman, KSB GIW, Metso, Sulzer, Flowserve. Полный каталог кросс-референсов — более 1 800 моделей. Каждая поставка сопровождается сертификатом химического состава, протоколом твёрдости и протоколом балансировки.