牙轮轴承的渗碳缺陷和失效分析

钎焊在牙轮轴承上的减磨材料Ag 1 5Mn合金 ,在井式炉渗碳时发生了熔化 ,在钻井使用过程中发生块状剥落。经分析 ,防渗碳涂料中的铜元素在高温下挥发沉积在Ag 1 5Mn合金上 ,形成了低熔点的Ag Cu共晶相 ,导致了减磨合金在渗碳过程中的熔化。渗碳又使Ag 1 5Mn合金形成Ag Mn C三元相 ,降低了减磨合金的润滑减磨性以及造成块状剥落。渗碳前取消钎焊工序 ,渗碳后改用镶嵌减磨合金的方法 ,解决了Ag 1 5Mn合金的熔化和块状剥落问题。

井底压力下牙轮钻头浮动套轴承性能分析

为了探究井底压力下215.9 mm牙轮钻头浮动套轴承的平衡转速比、摩擦学性能、油膜压力分布随内外间隙比的变化规律,修正了考虑浮动套轴承实际井下环境压力和牙轮钻头密封压差的Reynolds边界条件,利用MATLAB中的PDE Toolbox对浮动套轴承Reynolds方程进行数值求解,分析内外间隙比对浮动套轴承平衡转速比、油膜压力及摩擦因数的影响规律,结果表明:当环境压力为60 MPa、密封压差为20 MPa时,随内外间隙比增加,浮动套平衡转速比呈现先增大后减小的趋势;以轴承的摩擦因数和油膜压力作为综合评价指标,钻头浮动套轴承内外间隙比为2.0时,轴承的摩擦因数较小,油膜压力较高,其轴承综合性能较优;而当浮动套轴承内外间隙比为2.0时,随着环境压力的升高,浮动套轴承的摩擦扭矩和摩擦因数增加,从而加剧轴承的磨损。该研究为牙轮钻头浮动套轴承的结构参数优化及性能提升提供了基础理论支撑。

牙轮钻头轴承单元试件的摩擦磨损性能

由于牙轮钻头轴承的结构尺寸小、工作载荷大、温度高、润滑条件差等,导致其失效主要为摩擦磨损。为了提高轴承的润滑性能和使用寿命,模拟牙轮钻头轴承单元工况,建立其流体润滑的数学模型;分别以牙轮钻头轴承单元材料20CrNiMo和铍青铜为销和盘,在MMW-1型万能摩擦磨损试验机上研究不同工况下试件的摩擦因数、磨损量及温度变化。结果表明:在牙轮钻头轴承模拟工况下,当转速一定时,试件的摩擦因数随载荷的增大而增大,当载荷一定时,摩擦因数随着转速升高而逐渐降低;试件及润滑脂的温度随载荷和转速的升高而升高,当载荷为120～200 N、转速为60～192 r/min时,试件的温度保持在40℃左右较低的温度,即润滑性能较好。磨损表面形貌分析表明,牙轮钻头轴承的失效形式为黏着磨损。

牙轮钻头轴承表面织构三种加工方法对比分析

目的研究牙轮钻头轴承上润滑减磨的有效织构加工方法,从而进一步深入牙轮钻头轴承上仿生表面织构的研究。方法开展精密雕刻、纳秒激光和飞秒激光三种加工方式在牙轮钻头轴承上加工织构的实验,观察加工织构底部形貌,从织构加工尺寸、加工精度、加工对象三个方面对比分析三种织构加工方式的优缺点。结果精密雕刻技术可获得较规则的织构三维形貌,但不适用加工熔点高的材料,且仅适用于直径大于400?m的织构。纳秒激光由于金属熔融堆积效应,织构加工质量较差。飞秒激光技术的加工质量高且不受材料限制,能获得较好的织构轮廓,合理织构直径应小于300μm。结论为织构化牙轮钻头滑动轴承的加工方法提供依据。综合织构加工尺寸范围、加工对象和加工精度,飞秒激光加工技术在牙轮钻头轴承上具有良好的应用前景,精密雕刻技术仅在织构尺寸较大时可采用。

18CrNiMo7-6钢牙轮钻头轴承渗碳工艺的优化

为了确定18CrNiMo7-6钢牙轮钻头轴承的最优渗碳面和最优扩散系数,通过建立数值计算模型、扩散系数模型和物理模型,对两种可选择的渗碳面以及不同扩散系数的渗碳结果分别进行对比研究,并对最优结果进行验证。结果表明:牙轮钻头轴承最优的渗碳面是外表面,最优的扩散系数为1.5×10^(-6)m^2/s,满足了牙轮钻头轴承表面耐磨、芯部具有韧性的要求,为制定合格的渗碳工艺提供理论支撑。

钻头滑动轴承表面织构的激光加工工艺研究

基于仿生表面织构改善摩擦学性能的显著效果,如何将优选润滑减磨性能较好的凹槽型织构合理地布置于牙轮钻头滑动轴承轴颈表面是目前亟待解决的难题之一。本文通过纳秒激光微加工和非接触式三维光学表征方法,开展纳秒激光功率、扫描次数和扫描速度对钻头滑动轴承轴颈表面烧蚀凹槽织构几何尺寸和加工精度影响规律的实验研究,结果表明,纳秒激光烧蚀工况下,凹槽织构深度随激光扫描次数增加逐渐增加,而凹槽宽度基本保持不变;凹槽织构宽度随扫描速度的增加逐渐减小。宽度为478μm,深度为30μm凹槽织构初步优选的激光烧蚀参数为:功率35 W,扫面次数3次,扫描速度100 mm/s。该研究为优选凹槽织构布置于牙轮钻头轴承摩擦副表面提供了纳秒激光加工工艺与表征方法,其将推动仿生表面织构纳秒激光微加工技术在钻头滑动轴承减磨抗摩领域的工业化应用。

深冷处理对20Ni3Mo渗碳钢耐磨性的影响

研究了深冷处理工艺对20Ni3Mo渗碳钢耐磨性的影响。试验结果表明，深冷处理可细化组织，析出微细碳化物，促使残余奥氏体转变，提高其硬度及耐磨性。

42CrMo钢牙轮钻头球面固定套轴承激光淬火数值模拟

为了确定42Cr Mo钢牙轮钻头球面固定套轴承激光淬火工艺的最优参数,考虑牙轮钻头轴承的实际工况,通过建立数值计算模型,利用SYSWELD软件,对不同扫描速度、激光功率和光斑尺寸下的激光淬火数值模拟结果进行对比研究。结果表明,球面固定套轴承激光淬火的最优扫描速度为55 mm/s、最优的激光功率为1000 W、最优的光斑尺寸为3.5 mm;在最优参数下,轴承经激光处理后,硬化层深度约为0.9 mm,硬化层硬度约为632 HV,心部硬度约为400 HV,符合牙轮钻头轴承的使用性能要求。