•  

13807316549

 
   
您现在的位置:首页 >> 新闻中心 >> 行业资讯 >> 深孔大口径潜孔钻头的选材与热处理
新闻中心

深孔大口径潜孔钻头的选材与热处理

作者:师明辉,张果来源:长沙天和钻具机械有限公司 日期:2017年8月28日 13:49

    随着社会主义现代化建设事业的高速发展,大口径钻探用途日趋广泛,诸如用团谈施工特种水利水电工程、建筑桩基、机井工程、国防建设、矿山以及石油采掘等。镶齿钻头通过气动或液动冲击器实现孔低破碎岩层,采用正循环或反循环排渣的方式,以其高效率低成本的特点受到市场的广泛认可。
  大口径钻头直径一般大于300mm,更多的为500、800、1000mm,有的甚至达到1500~3000不等。大口径钻孔深度视用途的不同而异,所遇岩层也有很大差异,大部分情况下要求甚为严苛。大口径深孔潜孔钻头本身造价十分昂贵,所以,防止早期失效、保证钻头的使用寿命是该类钻头生产的首要质量控制目标,而其选材与热处理工艺尤为关键重要。本文对比研究了不同钎具用钢的性能特点,以及采用不同热处理后的组织差异,最终确定了最优的选材与热处理工艺过程。


1、深孔大口径潜孔钻头的材料性能要求
  恶劣的工作环境对钻头体的硬度、强度、韧性、抗冲击性、耐磨性、抗疲劳性等都提出了极高的要求,综合考虑各部分性能要求,可认为钻头体材料选择应满足以下几个方面要求:
  ①表面硬度要求较高以增强耐磨性,心部韧性较好以增强抗冲击能力,为避免出现脆性断裂和疲劳断裂,材料需有良好的断裂韧性、疲劳强度和断裂强度。
  ②具有高淬透性。以满足钻头体各部分对性能的不同要求,有利于提高表明屈服强度,改善齿孔对合金齿的固紧力,而且还可提高心部的屈服强度和韧性。
  ③在遇到井下燕策气液时能具备一定的抗腐蚀能力。
  ④一定高温下,材料的组织和硬度高的稳定性、不易软化变形等。
  ⑤工艺性能好,如具备良好的锻造性能、热处理性能等。
  ⑥冶金质量高,组织均匀性好、纯净度高等。


2、常用钎具用钢的成分及性能对比
  目前国内常用的钻头体用钢主要有:42CrMo、23CrNi3Mo、FF710、XGQ25等

表1、常用钎具用钢主成分对比

 

牌 号

C

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

V

42CrMo

0.38~0.45

0.17~0.37

0.50~0.80

0.90~1.20

\

0.15~0.25

\

23CrNi3Mo

0.20~0.26

0.17~0.37

0.50~0.80

1.15~1.45

2.45~3.05

0.20~0.40

\

FF710

0.19~0.25

1.3~1.7

1.2~1.5

0.2~0.4

1.6~2.0

0.35~0.45

\

XGQ25

0.22~0.27

1.15~1.35

1.15~1.5

0.35~0.45

1.75~2.15

0.45~0.55

0.15~0.25

表2、常用钎具用钢热处理后的力学性能对比

 

牌 号

屈服点N/mm²

抗拉强度N/mm²

伸长率%

面缩率%

冲击功J

42CrMo

1092

1230

14

56

93

23CrNi3Mo

1163

1545

15

54

104

FF710

1205

1595

12

43

82

XGQ25

1261

1605

10

42

69

  从上表1中可以看出,钎具用钢最主要合金元素包括Cr、Ni、Mo,其中铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用,可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆,铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度,降低伸长率和断面收缩率;镍在提高钢强度的同时,对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小;钼在钢中能提高淬透性和热强性,防止回火脆性、增加质中的抗蚀性;
  而硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比,以及疲劳强度和疲劳比,提高钢在高温时的抗氧化性,且极大的提高了钢的回火稳定性;锰可以提高钢的耐磨性与淬透性,其与硅结合可以增强钢的弹性极限。
  从表2中可以看出由以Si、Mn、Cr、Ni、Mo为主要合金元素的XGQ25,具备更高的屈服与抗拉强度,且有高的淬透性、高的耐高温性能与稳定性,而其韧塑性相对而言稍差。所以,兼备有高强度、高弹性与高稳定性的XGQ25钢材,是满足大口径深孔钻头钻体使用需求的钢种,具备达到高强度、高耐磨、高稳定性与耐高温性的加工潜力。我公司在大口径深孔潜孔钻头上大量使用该种钢材,得到了客户和市场的高度认可。


图1、我公司生产的大口径深孔潜孔钻头

 

3、XGQ25大口径深孔潜孔钻头的热处理
  一种大口径深孔潜孔钻头的热处理工艺路线:在900℃保温足够时间后出炉空冷正火,待冷却后再进行在680℃高温回火后进行机械加工。然后再在920℃下在1.2C%的渗碳气氛中进行强渗,然后在0.8C%的碳势气氛下进行扩散,再降温至840℃下保温一段时间后下油淬火。再进行高温回火后,在820℃下进行二次淬火。下图为热处理工艺路线图:

  经过该热处理工艺后,使用线切割技术取样,白用自动式砂轮机对式样进行粗磨,再用8号金相砂纸进行精磨,置于绒布上进行抛光。采用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀,并置于100X与400X电子光学显微镜下进行观察。
  其表层组织为隐针马氏体+极少量残余奥氏体,过渡层为马氏体与贝氏体混合组织,基体为贝氏体组织,渗碳层深度约为1.5mm。该组织结构具备表明高硬度耐磨,心部具有高强度与高韧性,且由于经过二次淬火,组织结构细密均匀,可使得钻头体获得高强度、高疲劳与高耐磨的使用性能。
  产品经热处理后的硬度检测结果:
  表面硬度达到59~60HRC,心部硬度42~43HRC,有效硬化层深度达到1.5mm


图1经热处理后的金相显微组织

 

4、结论
  深孔大口径潜孔钻头选用XGQ25此种材料最为适合,且经过渗碳及二次淬火后,可获得细密均匀的贝氏体与马氏体的混合组织,使该材料的性能潜力能得到充分发挥,能够很好的满足该类钻头的使用要求,得到高强度、高耐磨、高疲劳及高稳定性。

所属类别: 行业资讯

该资讯的关键词为:深孔大口径潜孔钻头,大孔径钻头