專(zhuān)利名稱(chēng)：一種經(jīng)表面氮化處理的螺桿鉆具轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油地質(zhì)鉆井設(shè)備。
目前，國(guó)內(nèi)外螺桿鉆具轉(zhuǎn)子，在生產(chǎn)加工工藝上多采用表面鍍硬鉻技術(shù)。美國(guó)納維和迪納兩種螺桿鉆具轉(zhuǎn)子，其表面是鍍硬鉻。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家也皆為轉(zhuǎn)子表面鍍硬鉻。日本JP-49-47406A《有耐磨性金剛石鉆頭及其制造方法》只是在金剛石鉆頭上進(jìn)行了表面氮化處理。
現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子表面鍍硬鉻處理，其表面鍍層厚度在0.1-0.25毫米之間，硬度是HRC58-62。其缺點(diǎn)為，在使用過(guò)程中磨損較快，在鉆井液的作用下腐蝕嚴(yán)重。并有鍍層局部脫落現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p傷與其嚙合的橡膠定子，影響螺桿鉆具的馬達(dá)使用壽命。造成工作效率低、要經(jīng)常調(diào)換轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)表面氮化處理的高硬度、耐磨損、抗腐蝕的螺桿鉆具轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，用38CrMoAL材料制成的轉(zhuǎn)子成品，放入氮化爐內(nèi)，以氨水為介質(zhì)，升溫隨著爐溫升高，氨水氣化，當(dāng)爐溫升至450-600度時(shí)，經(jīng)72-80小時(shí)，氨分解率趨向全部分解。
利用氮與鋁較容易結(jié)合，鋁滲透性好，鉻鋁易與氮結(jié)合，達(dá)到氮化鉆具轉(zhuǎn)子表面目的，使鉆具表面氮化層厚度達(dá)到0.4-0.6毫米。硬度大于1000，脆性達(dá)到1-2級(jí)。
氮化處理鉆具轉(zhuǎn)子的過(guò)程是，使用無(wú)水氨作為供氮介質(zhì)，氨的分解率隨溫度的升高而增大。溫度在450-600度范圍內(nèi)，氨趨向全部分解，其分解反應(yīng)如下2NH3＝2[N]+3H2轉(zhuǎn)子表面吸收氮原子，活性氮原子滲入鐵素體中，形成含氮量較高的鐵素體，過(guò)飽合后形成氮化物。轉(zhuǎn)子表面吸收氮原子時(shí)，在表面和里層存在氮濃度梯度，促使原子從表面向里擴(kuò)散，形成厚度為0.4-0.6毫米的氮化層。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、硬度高、耐磨性強(qiáng)。由于采用38CrMoAl氮化鋼制造，氮化后轉(zhuǎn)子的表層硬度提高HV1000-1200，相當(dāng)于HRC65-75。
2、硬層較厚，可達(dá)0.4-0.6毫米，不存在表面脫落現(xiàn)象。
3、有較強(qiáng)的抗腐蝕性，氮化后的轉(zhuǎn)子表面形成了一層致密的化學(xué)穩(wěn)定性較高的氮化物層，有效的抵抗來(lái)自鉆井液的酸堿性浸蝕，表面不生銹無(wú)蝕點(diǎn)。
4、轉(zhuǎn)子使用壽命長(zhǎng)，比鍍硬鉻的轉(zhuǎn)子壽命提高2-3倍。
以下將結(jié)合


本發(fā)明圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子軸向剖面圖。1-轉(zhuǎn)子、2-氮化層。
轉(zhuǎn)子1是用38CrMoAl材料制成的，放入氮化爐內(nèi)，以氨水為介質(zhì)，升溫，當(dāng)爐溫升到450-600度時(shí)，氨水氣化，經(jīng)72-80小時(shí)，氨分解，轉(zhuǎn)子表面吸收氮原子并從表面向里擴(kuò)散，形成0.4-0.6毫米氮化層2。
實(shí)施例，將長(zhǎng)度為3-3.5米長(zhǎng)或更長(zhǎng)，直徑為60-180毫米的轉(zhuǎn)子成品，放入氮化爐內(nèi)，加氨水升溫，隨著爐溫升高氨水氣化，當(dāng)爐溫升到500-520度時(shí)經(jīng)20小時(shí)氨分解率達(dá)18-25%，50小時(shí)后氨分解率達(dá)30-40%，氨分解率隨溫度的升高而增大。溫度在520-600度時(shí)，氨趨向全部分解。隨著溫度的升高，鉆具表面吸收氮原子，活性氮原子滲入鐵素體中，形成含氮量較高的鐵素體，過(guò)飽合后形成氮化層。轉(zhuǎn)子表面吸收氮原子后，其表面和里層存在著氮濃度梯度，促使氮原子從轉(zhuǎn)子表面向里擴(kuò)散，形成大于0.4-0.6毫米氮化層。保溫50-80小時(shí)，關(guān)爐，爐溫冷卻至180-200度時(shí)空冷出爐。轉(zhuǎn)子表面硬度達(dá)到HV大于1000，脆性達(dá)1-2級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種石油鉆進(jìn)用的螺桿鉆具轉(zhuǎn)子，其特征在于，轉(zhuǎn)子表面進(jìn)行氮化處理，工藝流程是用38CrMoAl材料制成的轉(zhuǎn)子，放入氮化爐內(nèi)，以氨水為介質(zhì)，升溫，隨爐溫升高，氨水氣化，經(jīng)70-80小時(shí)，爐溫升至450-600度時(shí)，氨分解成氮原子，轉(zhuǎn)子表面吸收氮原子并從表面向里擴(kuò)散，形成氮化層。
2.按權(quán)利要求1所述的螺桿鉆具轉(zhuǎn)子，其特征在于，轉(zhuǎn)子表面氮化層厚度為0.4-0.6毫米。
全文摘要
一種石油鉆井用的經(jīng)表面氮化處理的螺桿鉆具轉(zhuǎn)子，選用38CrMoAl材料制成的轉(zhuǎn)子成品，經(jīng)氮化爐處理，轉(zhuǎn)子表面吸收氮原子，形成0.4-0.6毫米的氮化層，硬度達(dá)到HV1000—1200。具有較強(qiáng)的抗腐蝕性、韌性，有效的抵抗鉆進(jìn)液的浸蝕，表面不生銹無(wú)蝕點(diǎn)。使用壽命長(zhǎng)，比鍍硬鉻轉(zhuǎn)子的壽命提高2—3倍。
文檔編號(hào)E21B4/02GK1069791SQ9210551
公開(kāi)日1993年3月10日 申請(qǐng)日期1992年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月15日
發(fā)明者何寶豐 申請(qǐng)人:地質(zhì)礦產(chǎn)部石油鉆探機(jī)械廠