專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沉積于鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，它可進(jìn)一步提高鋼件表面的潤(rùn)滑耐磨性能。本發(fā)明還涉及該復(fù)合層在牙輪鉆頭各軸承中的應(yīng)用。
在鋼件表面進(jìn)行滲硼處理可使其具備良好的紅硬性及耐磨性，并且滲硼操作工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本低，因而已被廣泛應(yīng)用。牙輪鉆頭用于石油、礦產(chǎn)的地質(zhì)鉆探，由于牙輪鉆頭是在高強(qiáng)、高壓、高沖擊的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要牙輪鉆頭的軸承面具有很好的潤(rùn)滑耐磨性能。目前，國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)鉆頭生產(chǎn)廠家都采用在牙輪鉆頭的軸承軸頸表面進(jìn)行滲硼處理的方式來(lái)增加軸承耐磨性。然而，由于滲硼層較薄，滲硼后的零件表面無(wú)法進(jìn)行磨削加工，因此滲硼鋼件表面的粗糙度較高，由于軸承處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，在高速高壓工況下，軸承表面愈粗糙，磨損愈嚴(yán)重，摩擦生熱愈大，軸承愈易咬合，甚至咬死。所以?xún)H在牙輪鉆頭的軸承軸頸面上滲硼處理，難以適應(yīng)以高轉(zhuǎn)速、高鉆壓為特征的現(xiàn)代鉆井工藝技術(shù)的要求。為此，國(guó)內(nèi)外鉆頭制造廠家已開(kāi)始采用軸承軸頸堆焊高碳鈷鉻鎢工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于堆焊層可磨削加工，表面粗糙度低，但該方式存在操作工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、成本高的缺點(diǎn)。上述情況，也存在于機(jī)械制造的其它領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中鋼件滲硼表面潤(rùn)滑性和抗咬合性較差的缺陷，利用金屬硫化層具有固體潤(rùn)滑劑的特性，提供一種可形成于鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，該復(fù)合層不僅耐磨，而且具有良好的潤(rùn)滑性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案為具有預(yù)加工后的鋼件，在鋼件的一個(gè)或多個(gè)表面存在有滲硼層，其不同之處在于在滲硼層上滲有滲硫?qū)?，由此形成一個(gè)滲硼滲硫復(fù)合層。
本發(fā)明的鋼件可以是各種形狀的機(jī)械零部件，如軸、軸承、齒輪、牙輪鉆頭零件等。鋼件表面的滲硼層可采用常規(guī)的金屬表面滲硼工藝技術(shù)進(jìn)行處理，滲硫?qū)涌捎傻蜏仉x子滲硫表面工藝技術(shù)處理而成，通常滲硼層的厚度為0.01-0.2mm，滲硫?qū)拥暮穸葹?.001-0.30mm，滲層的濃度從表到內(nèi)呈逐步降低的梯度層，通常對(duì)低碳合金鋼的工件滲硼滲硫復(fù)合層下可存在有滲碳層。本發(fā)明滲硫?qū)又饕煞轂榻饘偬蓟铮部梢杂猩倭拷饘傺趸铩?br> 本發(fā)明通過(guò)采用低溫離子滲硫表面工藝技術(shù)對(duì)滲硼鋼件表面進(jìn)行處理，使鋼件表面形成金屬硼化物和金屬硫化物的復(fù)合層，該復(fù)合層與鋼件表面具有良好的結(jié)合強(qiáng)度，并且由于滲硫?qū)訉?duì)滲硼層的摻合作用以及滲硫?qū)铀邆涞墓腆w潤(rùn)滑劑的作用，使本發(fā)明不僅具有較強(qiáng)的耐磨性，而且具備良好的潤(rùn)滑性和抗咬合性。將本發(fā)明用于牙輪鉆頭軸承軸頸表面，可使其承載能力、使用壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)速度有較大的提高，可適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、高鉆壓的現(xiàn)代鉆井工藝技術(shù)的要求。本發(fā)明還具有加工操作方法簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高、制作成本低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明表面滲層結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。(a)表示鋼件基體，(b)表示滲硼層，(c)表示滲硫?qū)訄D2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的復(fù)合層分布圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
鋼件為牙輪鉆頭中的牙掌軸頸1，材料為低碳合金鋼，經(jīng)表面滲碳和精加工，牙掌軸頸表面包括大軸頸2表面、小軸頸3表面、軸頸鎖緊槽4表面、軸頸一道止推面6、軸頸二道止推面5，可對(duì)上述表面的任意一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行滲硼處理，滲硼層厚度為0.05-0.1mm，在滲硼并淬火回火處理后進(jìn)行清洗，然后進(jìn)行低溫離子滲硫處理，處理溫度為180-190℃，滲硫介質(zhì)為H2S和CS2或者為純硫蒸氣，處理時(shí)間為6-8小時(shí)，在滲硼層上形成一層滲硫?qū)樱瑵B硫?qū)拥暮穸葹?.02-0.03mm，可在構(gòu)成滲硫?qū)拥慕饘倭蚧镏泻猩倭康慕饘傺趸铮撗勒戚S頸的整個(gè)表面經(jīng)滲硼滲硫處理后，與未經(jīng)滲硫處理的同類(lèi)產(chǎn)品相比，其抗咬合性能有明顯提高，與堆焊高碳鈷鉻鎢相比，其加工過(guò)程簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，使用的各種性能接近或超過(guò)，應(yīng)用前景十分良好，解決了生產(chǎn)高速高壓牙輪鉆頭中長(zhǎng)期存在的一個(gè)難題，可以使牙輪鉆頭的鉆探生產(chǎn)效率得到明顯的提高。
權(quán)利要求
1.一種鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，具有預(yù)加工后的鋼件，在鋼件的一個(gè)或多個(gè)表面存在有滲硼層，其特征在于在滲硼層上滲有滲硫?qū)?，由此形成一個(gè)滲硼滲硫復(fù)合層。
2.按權(quán)利要求1所述的鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，其特征在于滲硼層的厚度為0.01-0.2mm，滲硫?qū)拥暮穸葹?.001-0.30mm，滲層的濃度從表到內(nèi)呈逐步降低的梯度層。
3.按權(quán)利要求1或2所述的鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，其特征在于在構(gòu)成滲硫?qū)拥慕饘倭蚧镏泻猩倭拷饘傺趸铩?br> 4.按權(quán)利要求3所述的鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，其特征在于所述鋼件為牙輪鉆頭中的牙掌軸頸，所述的滲硼滲硫復(fù)合層存在于牙掌軸頸的大軸頸表面、小軸頸表面、軸頸鎖緊槽表面、軸頸一道止推面、軸頸二道止推面中的任意一個(gè)或多個(gè)表面。
5.按權(quán)利要求4所述的鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，其特征在于滲硼層厚度為0.05-0.1mm，滲硫?qū)拥暮穸葹?.02-0.03mm。
6.按權(quán)利要求2或4所述的鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層，其特征在于鋼件中的材料為低碳合金鋼，在滲硼滲硫復(fù)合層下存在有滲碳層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沉積于鋼件表面的滲硼滲硫復(fù)合層,它可進(jìn)一步提高鋼件表面的潤(rùn)滑耐磨性能。它包括經(jīng)預(yù)加工后的鋼件,在鋼件的一個(gè)或多個(gè)表面存在有滲硼層,在滲硼層上滲有一滲硫?qū)?由此形成一個(gè)滲硼滲硫復(fù)合層。本發(fā)明的鋼件可以是各種形狀的機(jī)械零部件。本發(fā)明通過(guò)滲硫滲硼處理使鋼件表面形成金屬硼化物和金屬硫化物的復(fù)合層,該復(fù)合層具有結(jié)合強(qiáng)度高,耐磨性強(qiáng),潤(rùn)滑和抗咬合性好以及加工簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C8/00GK1274019SQ0011451
公開(kāi)日2000年11月22日 申請(qǐng)日期2000年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月24日
發(fā)明者毛紅兵 申請(qǐng)人:江漢石油鉆頭股份有限公司