一種螺桿鉆具徑向軸承的制造方法技術(shù)

一種螺桿鉆具徑向軸承的制造方法屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。在徑向軸承的內(nèi)軸套外圓表面激光熔覆厚度為1.5-2.5mm的Fe基復(fù)合材料耐磨層，在徑向軸承的外軸套內(nèi)孔表面激光熔覆厚度為1.5-2.5mm的Ni基超硬耐磨合金涂層。所述的Ni基合金化學(xué)成分為C：0.8-1.2wt％，B：1.5-2.5wt％，Mn：5-8wt％，Cr：10-15wt％，Si：2.0-3.0wt％，Al：1.0-3.0wt％，Nb：1.0-2.0wt％，N：0.2-0.6wt％，余量Ni。所述的Fe基復(fù)合材料化學(xué)成分為Cr3C2：20-40wt％，WC：15-30wt％，Mo：2.0-5.0wt％，Cr：3-6wt％，Ni：2.0-3.0wt％，Si：0.4-0.8wt％，Mn：0.3-0.6wt％，Ti：0.5-1.5wt％，余量Fe。本發(fā)明專利技術(shù)采用不同工藝在內(nèi)軸套外圓和外軸套內(nèi)孔熔覆兩種不同材料，簡(jiǎn)化工藝，降低成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及螺桿鉆具徑向軸承以及激光熔覆表面技術(shù)，屬于激光加工
。
技術(shù)介紹
螺桿鉆具是石油鉆井中應(yīng)用最廣泛的井下動(dòng)力工具之一。螺桿鉆具徑向軸承位于其傳動(dòng)部分，是影響螺桿鉆具壽命的關(guān)鍵部件。螺桿鉆具徑向軸承分為內(nèi)、外軸承套，內(nèi)軸套與傳動(dòng)軸配合并鎖緊，外的軸套與井下動(dòng)力鉆具殼體裝配一起，二者配合形成工作面，主要功能是將馬達(dá)的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給鉆頭。工作過程中受到萬向軸承和鉆頭的軸向和徑向力，內(nèi)軸套有繞外軸套偏心運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。螺桿鉆具徑向軸承正常失效形式是圓筒形層磨損。由于長(zhǎng)期承受含砂井液的沖蝕，因此要求具有好的耐磨耐蝕性。目前普遍采用的制備方法是在徑向內(nèi)外軸承表面鑲嵌硬質(zhì)合金塊與焊料、填加物經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。存在主要問題是基體和硬質(zhì)塊硬度差別大、磨損不均勻、硬質(zhì)塊剝落，造成大量的TC軸承報(bào)廢。中國(guó)專利CN103032028A提供一種高Ni含量的N1-Mn復(fù)合釬料，采用釬焊方式制備徑向軸承耐磨層。中國(guó)專利CN202108868U提供在徑向軸承表面鑲嵌長(zhǎng)方形YG8硬質(zhì)合金塊的方式制備耐磨層。中國(guó)專利CN202628826U提供用浸潰高溫?zé)Y(jié)的方法制備徑向軸承耐磨層，基體用一定粒徑的硬質(zhì)合金微球增強(qiáng)，但工藝復(fù)雜，成本較高。以上對(duì)制造螺桿鉆具徑向軸承制備技術(shù)存在的主要問題是硬質(zhì)合金塊之間間隙的釬料較軟，極易磨損，造成硬質(zhì)合金塊的邊緣開裂，甚至脫落。激光熔覆是一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)。采用激光熔覆技術(shù)不僅可以簡(jiǎn)化制備工藝，而且獲得組織細(xì)密、冶金質(zhì)量好、磨損均勻的涂層。針對(duì)內(nèi)外軸套摩擦工作的特點(diǎn)，采用不同工藝在內(nèi)軸套外圓和外軸套內(nèi)孔熔覆兩種不同材料，達(dá)到簡(jiǎn)化工藝，降低生產(chǎn)成本作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決螺桿鉆具徑向軸承磨損不均及硬質(zhì)塊剝落問題，提高螺桿鉆具徑向軸承使用壽命并簡(jiǎn)化工藝降低成本，提供一種螺桿鉆具徑向軸承制備方法。，其特征在于:在徑向軸承的內(nèi)軸套外圓表面激光熔覆厚度為1.5-2.5mm的Fe基復(fù)合材料耐磨層，在徑向軸承的外軸套內(nèi)孔表面激光熔覆厚度為1.5-2.5mm的Ni基超硬耐磨合金涂層；所述的Ni基合金化學(xué)成分為 C:0.8-1.2wt %, B:1.5-2.5wt%, Mn:5-8wt %, Cr:10-15wt %, S1:2.0-3.0wt %, Al:1.0-3.0wt%, Nb:1.0-2.0wt%, N:0.2-0.6wt%，余量 Ni ；所述的Fe基復(fù)合材料化學(xué)成分為Cr3C2:20_40wt %，WC:15_30wt %, Mo:2.0-5.0wt %, Cr:3-6wt %, N1:2.0-3.0wt %, S1:0.4-0.8wt %, Mn:0.3-0.6wt %, Ti:0.5-1.5wt%，余量 Fe ；(I)對(duì)經(jīng)過熱處理和機(jī)械加工的內(nèi)軸套外圓進(jìn)行激光熔覆耐磨材料，所用粉末材料為Fe基復(fù)合粉末，化學(xué)成分如上。激光工藝參數(shù)為:功率2.0-4.0KW，光束掃描線速度200-600mm/min,光斑尺寸范圍在3_6mm,送粉量20_40g/min，IS氣流量范圍在10_20L/min,搭接率為30-50%，激光熔覆結(jié)束后進(jìn)行去應(yīng)力退火和機(jī)械加工。(2)對(duì)經(jīng)過熱處理和機(jī)械加工的外軸套內(nèi)孔進(jìn)行激光熔覆耐磨材料，所用粉末為Ni基合金粉末，化學(xué)成分如上。激光工藝參數(shù)為:功率1.5-3.0KW，光束掃描線速度180-500mm/min，光斑尺寸為2_4mm，送粉量20_40g/min，激光熔覆過程采用流量為8-15L/min氬氣保護(hù)，搭接率為30-50%，激光熔覆結(jié)束后進(jìn)行去應(yīng)力退火和磨削加工。(3)將精加工之后的內(nèi)軸套、外軸套進(jìn)行裝配。本專利技術(shù)的效果體現(xiàn)在激光熔覆所用材料不同于常規(guī)燒結(jié)硬質(zhì)合金的粉末，要求粉末具有一定的自熔性，適合于激光熔覆工藝。通過在徑向軸承的內(nèi)外軸套熔覆兩種不同合金材料，可以獲得冶金結(jié)合好、成分均勻的耐磨層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外軸承工作面的均勻磨損，大大提聞徑向軸承的使用壽命。【附圖說明】圖1是徑向軸承的內(nèi)外軸套裝配圖圖2是激光熔覆內(nèi)軸套外圓示意圖圖3是激光熔覆外軸套內(nèi)孔示意圖1.殼體2.內(nèi)軸套3.外軸套4.傳動(dòng)軸5.Fe基復(fù)合材料耐磨層6.Ni基超硬耐磨合金涂層7.激光束8.Fe基復(fù)合材料粉末束流9.Ni基超硬耐磨合金粉末束流【具體實(shí)施方式】實(shí)施例1(I)選用42CrMo圓柱鋼體下料呈剛體胚體，對(duì)剛體胚體進(jìn)行熱鍛，完成剛體坯件的兩端面、外徑、內(nèi)徑及倒角的粗加工。加工完后，對(duì)軸承鋼體熱處理。(2)激光熔覆設(shè)備為Trumpf6000瓦CO2激光器(波長(zhǎng)10.6 μ m)。內(nèi)軸套外圓所用材料為 Fe 基復(fù)合材料，化學(xué)成分為 Cr3C2:20wt%, WC:15wt%, Mo:2.0wt%, Cr:3wt%, Ni:2.0wt %, S1:0.4wt%, Mn:0.3wt%, T1:0.5wt%,余量 Fe。內(nèi)軸套外圓激光熔覆輸出功率為4.0KW，光束掃描速度為600mm/min，光斑尺寸范圍在3mm，送粉量20g/min，氬氣流量范圍在20L/min，搭接率為50%。得到熔覆層的厚度為1.5mm。外軸套內(nèi)孔所用材料為Ni基超硬耐磨材料，化學(xué)成分為C:0.8wt%, B:1.5wt%,Mn:5wt%, Cr:10wt%, S1:2.0wt %, Al: 1.0wt %, Nb:1.0wt %, N:0.2wt%,余量 Ni。外軸套內(nèi)孔激光熔覆輸出功率為3.0KW，光束掃描速度為500mm/min，光斑尺寸為2mm，送粉量20g/min，激光熔覆過程采用流量為15L/min氬氣保護(hù)，搭接率為50%。得到熔覆層的厚度為1.5mm。(3)將熔覆后的零件放入加熱爐內(nèi)，以50°C /h的速率加熱到600°C，并保溫4h，之后隨爐冷卻至室溫。(4)精加工， 加工過程中用百分表進(jìn)行尺寸控制，用輪廓儀和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行圓度、直線度等形狀和位置公差的控制。最后用刀具回程完成零件表面的一次修光切削。(5)磨削端面-外徑-內(nèi)徑至所需精度尺寸。最后完成內(nèi)外軸套裝配。實(shí)際使用效果表明，與傳統(tǒng)高溫?zé)Y(jié)制備螺桿鉆具徑向軸承相比，激光熔覆制造的雙合金螺桿鉆具徑向軸承的使用壽命顯著提高，達(dá)到300h以上，內(nèi)外軸套磨損均勻，無超硬熔覆層無脫落或崩落現(xiàn)象。實(shí)施例2(I)選用45鋼圓柱鋼體下料呈剛體胚體，對(duì)剛體胚體進(jìn)行精密熱輾擴(kuò)，完成剛體坯件的兩端面、外徑、內(nèi)徑及倒角的粗加工。加工完后，對(duì)軸承鋼體熱處理。(2)激光熔覆設(shè)備為3000瓦光纖輸出半導(dǎo)體激光器(波長(zhǎng)808_975nm)。內(nèi)軸套外圓所用材料為Fe基復(fù)合材料，化學(xué)成分為Cr3C2:40wt%, WC:30wt%, Mo:5.0wt %, Cr:6wt%, Ni:3.0wt %, Si:0.8wt%, Mn:0.6wt% , Ti: 1.5wt%,余量 Fe。內(nèi)軸套外圓激光熔覆輸出功率為2.0KW，光束掃描速度為200mm/min，光斑尺寸范圍在6mm，送粉量40g/min，氬氣流量范圍在10L/min，搭接率為30%。得到熔覆層的厚度為2.5mmο外軸套內(nèi)孔所用材料為Ni基超硬耐磨材料，化學(xué)成分為C:1.2wt%, B:2.5wt%,Mn:8wt%, Cr:15wt%, S1:3.0wt %, Al:3.0wt %, Nb:2.0wt %, N:0本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種螺桿鉆具徑向軸承的制造方法，其特征在于：在徑向軸承的內(nèi)軸套外圓表面激光熔覆厚度為1.5?2.5mm的Fe基復(fù)合材料耐磨層，在徑向軸承的外軸套內(nèi)孔表面激光熔覆厚度為1.5?2.5mm的Ni基超硬耐磨合金涂層；所述的Ni基合金化學(xué)成分為C：0.8?1.2wt％，B：1.5?2.5wt％，Mn：5?8wt％，Cr：10?15wt％，Si：2.0?3.0wt％，Al：1.0?3.0wt％，Nb：1.0?2.0wt％，N：0.2?0.6wt％，余量Ni；所述的Fe基復(fù)合材料化學(xué)成分為Cr3C2：20?40wt％，WC：15?30wt％，Mo：2.0?5.0wt％，Cr：3?6wt％，Ni：2.0?3.0wt％，Si：0.4?0.8wt％，Mn：0.3?0.6wt％，Ti：0.5?1.5wt％，余量Fe；制備步驟具體如下：(1)對(duì)經(jīng)過熱處理和機(jī)械加工的內(nèi)軸套外圓進(jìn)行激光熔覆耐磨材料，所用粉末材料為Fe基復(fù)合粉末，化學(xué)成分如上；激光工藝參數(shù)為：功率2.0?4.0KW，光束掃描線速度200?600mm/min，光斑尺寸范圍在3?6mm，送粉量20?40g/min,氬氣流量范圍在10?20L/min，搭接率為30?50％，激光熔覆結(jié)束后進(jìn)行去應(yīng)力退火和機(jī)械加工；(2)對(duì)經(jīng)過熱處理和機(jī)械加工的外軸套內(nèi)孔進(jìn)行激光熔覆耐磨材料，所用粉末為Ni基合金粉末，化學(xué)成分如上；激光工藝參數(shù)為：功率1.5?3.0KW，光束掃描線速度180?500mm/min，光斑尺寸為2?4mm，送粉量20?40g/min，激光熔覆過程采用流量為8?15L/min氬氣保護(hù)，搭接率為30?50％，激光熔覆結(jié)束后進(jìn)行去應(yīng)力退火和磨削加工。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種螺桿鉆具徑向軸承的制造方法，其特征在于:在徑向軸承的內(nèi)軸套外圓表面激光熔覆厚度為1.5-2.5mm的Fe基復(fù)合材料耐磨層，在徑向軸承的外軸套內(nèi)孔表面激光熔覆厚度為1.5-2.5mm的Ni基超硬耐磨合金涂層；所述的Ni基合金化學(xué)成分為 C:0.8-1.2wt %, B:1.5-2.5wt%, Mn:5-8wt %, Cr:10-15wt %, S1:2.0-3.0wt %, Al:。1.0-3.0wt %, Nb:1.0-2.0wt %, N:0.2-0.6wt%,余量 Ni ;所述的 Fe 基復(fù)合材料化學(xué)成分為 Cr3C2:20-40wt%, WC:15-30wt%, Mo:2.0-5.0wt%, Cr:3-6wt%, N1:2.0-3.0wt%, Si:。0.4-0.8wt %, Mn:0.3-0.6wt %, T1:0.5-1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊膠溪，胡星，王艷芳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11