一種螺桿鉆具用硬質(zhì)合金徑向軸承體及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種硬質(zhì)合金徑向軸承體及其生產(chǎn)方法，其特征是：生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條時，鈷粉質(zhì)量占比為8-10%，加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；所述內(nèi)部鋼體上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條之間的長度距離不小于45mm；所述硬質(zhì)合金條之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉的晶粒度不大于1.0μm；向所述蓋板上方的襯套內(nèi)放入粘結(jié)合金；其成分及重量百分比如下：Ni13～16%，Zn9～11%，Mn25-27%，余量為Cu，且雜質(zhì)總量不大于0.5%；并同時放入硼砂5-8克；然后在罩式爐內(nèi)加熱到1150℃，保溫1.5小時后出爐；立即風冷，2個小時內(nèi)降溫到830-860℃之間，然后在空氣中自然冷卻至室溫；機加工步驟。該方法在不增加工藝復雜性的條件下改變軸承體抗沖擊強度，能避免裂紋的產(chǎn)生。
【專利說明】一種螺桿鉆具用硬質(zhì)合金徑向軸承體及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺桿鉆具【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是螺桿鉆具用的硬質(zhì)合金徑向軸承體及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在石油和天然氣鉆井中，經(jīng)常要用到螺桿鉆具，在螺桿鉆具傳動軸總成中有兩組徑向軸承，上面的一組徑向軸承起扶正與限流作用，下面的一組徑向軸承起到扶正作用，由于鉆井過程中所受的側(cè)向力比較大，且方向復雜，需要徑向軸承要有一定的強度與耐磨性。
[0003]傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的徑向軸承體很難滿足螺桿鉆具上對徑向軸承的要求。所以導致徑向軸承使用時易變形，壽命短，經(jīng)常需要更換，而更換徑向軸承又非常復雜，且降低工作效率。
[0004]申請?zhí)?01210332936.5的發(fā)明專利申請公開了一種硬質(zhì)合金徑向軸承體及其生產(chǎn)工藝，其要解決的問題是增加耐磨時間，是通過改變硬質(zhì)合金的形狀和排列方式以減小硬質(zhì)合金間的間隙而實現(xiàn)的，硬質(zhì)合金的菱形形狀和螺旋形排列方式，大大增加了工藝的復雜性；而且間隙變小后，會影響硬質(zhì)合金與粘結(jié)合金的粘結(jié)效果，如果應用在螺桿鉆具上，其耐磨性還是無法滿足要求。
[0005]所以需要一種生產(chǎn)方法既能提高硬質(zhì)合金徑向軸承體的耐磨性，滿足螺桿鉆具對所用硬質(zhì)合金徑向軸承體耐磨性的要求，又能不增加工藝的復雜性，不增加生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明提供了一種螺桿鉆具用硬質(zhì)合金徑向軸承體的生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法改變了軸承體抗沖擊強度，能避免裂紋的產(chǎn)生，而且能使內(nèi)部鋼體的硬度達到HB300以上，滿足螺桿鉆具對徑向軸承的技術(shù)要求，降低更換徑向軸承的頻率，而且不改變硬質(zhì)合金條的形狀及排列方式即可實現(xiàn)，不增加工藝的復雜性。
[0007]公知的現(xiàn)有技術(shù)為:軸承體包括內(nèi)部鋼體、若干個硬質(zhì)合金條、襯套，還包括位于所述硬質(zhì)合金條之間的間隙內(nèi)的填充物，填充物包括碳化鎢粉、粘結(jié)合金。
[0008]本發(fā)明提供的一種硬質(zhì)合金徑向軸承體的生產(chǎn)方法，包括的步驟如下:
[0009]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條時,鈷粉質(zhì)量占比為8-10%，加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；
[0010]b)制作所述內(nèi)部鋼體的步驟；
[0011]C )制作襯套的步驟；
[0012]d)在所述內(nèi)部鋼體的頂端焊接蓋板的步驟；
[0013]e)所述內(nèi)部鋼體表面粘接硬質(zhì)合金條的步驟；硬質(zhì)合金條之間設有間隙；
[0014]f)將焊接了蓋板并粘接了硬質(zhì)合金條的內(nèi)部鋼體裝入襯套的步驟；
[0015]所述內(nèi)部鋼體上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條之間的長度距離不小于45mm ；[0016]g)所述硬質(zhì)合金條之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉的步驟；該步驟中，碳化鎢粉的晶粒度不大于1.0 μ m ;
[0017]h)向所述蓋板上方的襯套內(nèi)放入粘結(jié)合金的步驟；所述粘結(jié)合金包括的成分及重量百分比如下:Nil3~16%，Zn9~11%，Mn25_27%，余量為Cu，且雜質(zhì)總量不大于0.5% ；
[0018]放入粘結(jié)合金的同時，放入硼砂5-8克；
[0019]i)燒結(jié)的步驟；
[0020]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；
[0021]j)冷卻的步驟；
[0022]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到830_860°C之間，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0023]k)機加工步驟。
[0024]基于上述生產(chǎn)方法的一種硬質(zhì)合金徑向軸承體，包括內(nèi)部鋼體、硬質(zhì)合金條、襯套，還包括位于所述硬質(zhì)合金條之間間隙內(nèi)的填充物，填充物包括碳化鎢粉、粘結(jié)合金；其特征是:硬質(zhì)合金條中， 鈷粉質(zhì)量占比為8-10%,加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或銀稀有金屬；其余是鎢粉；粘結(jié)合金包括的成分及重量百分比為=Ni 13~16%，Zn9~11%，Μη25_27%，余量為Cu,且雜質(zhì)總量不大于0.5%。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在不改變硬質(zhì)合金條的形狀及排列方式、不增加工藝的復雜性的前提下，改變了軸承體抗沖擊強度。硬質(zhì)合金條在降溫比較快的情況下不會產(chǎn)生裂紋；而且提高硬質(zhì)合金條抗沖擊的強度，使抗沖擊強度TRS ^ 2000N.mm2 ;此外硬質(zhì)合金條在快速冷卻過程中可耐更大的因內(nèi)部鋼體熱脹冷縮變形所產(chǎn)生的應力；改變了降溫梯度，加快了降溫速度，使軸承體的硬度能達到HB300以上。滿足螺桿鉆具用硬質(zhì)合金徑向軸承體的強度和耐磨性的要求，降低更換徑向軸承的頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0027]圖1為本發(fā)明實施例中硬質(zhì)合金徑向軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為附圖1的剖視示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例中內(nèi)部鋼體與襯套組裝后裝入碳化鎢粉后裝入粘結(jié)合金的示意圖；
[0030]圖中:1內(nèi)部鋼體，2硬質(zhì)合金條，3填充物，4蓋板，5襯套，6粘結(jié)合金，7冒口，8碳化鎢粉。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，公知的現(xiàn)有技術(shù)為:軸承體包括內(nèi)部鋼體1、若干個硬質(zhì)合金條2、襯套5，還包括位于所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)的填充物3，填充物3包括碳化鎢粉8、粘結(jié)合金6。
[0032]一種硬質(zhì)合金徑向軸承體的生產(chǎn)方法，包括的步驟如下:
[0033]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2時，鈷粉質(zhì)量占比為8-10%，加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；其中的“/”是代表或的關(guān)系;
[0034]b)制作所述內(nèi)部鋼體I的步驟；
[0035]c )制作襯套5的步驟；
[0036]d)在所述內(nèi)部鋼體I的頂端焊接蓋板4的步驟；
[0037]e)所述內(nèi)部鋼體I表面粘接硬質(zhì)合金條2的步驟；硬質(zhì)合金條2之間設有間隙；
[0038]f)將焊接了蓋板4并粘接了硬質(zhì)合金條2的內(nèi)部鋼體I裝入襯套5的步驟；
[0039]所述內(nèi)部鋼體I上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條2之間的長度距離L不小于45mm ；
[0040]該段距離L，是徑向軸承冷卻過程中，內(nèi)部鋼體產(chǎn)生應力最大的部位，此段沒有合金，并在日后的加工過程中去掉該段，既不影響成品尺寸，又使變形力最大部位位于有合金處外部，減小合金所受應力；
[0041]g)所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉8的步驟；該步驟中，碳化鎢粉8的晶粒度不大于Ι.Ομ--;
[0042]h)向所述蓋板4上方的襯套5內(nèi)放入粘結(jié)合金6的步驟；所述粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比如下=Ni 13~16%，Zn9~11%，Mn25_27%，余量為Cu，且雜質(zhì)總量不大于0.5% ；
[0043]放入粘結(jié)合金6的同時，放入硼砂5-8克；
[0044]i)燒結(jié)的步驟；`
[0045]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；
[0046]j)冷卻的步驟；
[0047]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到830_860°C之間，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0048]k)機加工步驟。
[0049]該方法具體的舉例如下:
[0050]實施例一:包括的步驟如下:
[0051]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2時，鈷粉質(zhì)量占比為8%，加質(zhì)量比0.2%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；
[0052]b)制作所述內(nèi)部鋼體I的步驟；
[0053]c)制作襯套5的步驟；
[0054]d)在所述內(nèi)部鋼體I的頂端焊接蓋板4的步驟；
[0055]e)所述內(nèi)部鋼體I表面粘接硬質(zhì)合金條2的步驟；硬質(zhì)合金條2之間設有間隙；
[0056]f)將焊接了蓋板4并粘接了硬質(zhì)合金條2的內(nèi)部鋼體I裝入襯套5的步驟；
[0057]所述內(nèi)部鋼體I上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條2之間的長度距離L為45mm ；
[0058]g)所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉8的步驟；該步驟中，碳化鎢粉8的晶粒度為Ι.Ομ--;
[0059]h)向所述蓋板4上方的襯套5內(nèi)放入粘結(jié)合金6的步驟；所述粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比如下:Nil3%，Zn9%，Mn25%，Cu52.5%，雜質(zhì)總量為0.5% ；
[0060]放入粘結(jié)合金6的同時，放入硼砂5克；
[0061]i)燒結(jié)的步驟；
[0062]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；[0063]j)冷卻的步驟；
[0064]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到830°C，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0065]k)機加工步驟。
[0066]實施例二:包括的步驟如下:
[0067]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2時，鈷粉質(zhì)量占比為10%，加質(zhì)量比0.3%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；
[0068]b)制作所述內(nèi)部鋼體I的步驟；
[0069]c)制作襯套5的步驟；
[0070]d)在所述內(nèi)部鋼體I的頂端焊接蓋板4的步驟；
[0071]e)所述內(nèi)部鋼體I表面粘接硬質(zhì)合金條2的步驟；硬質(zhì)合金條2之間設有間隙；
[0072]f)將焊接了蓋板4并粘接了硬質(zhì)合金條2的內(nèi)部鋼體I裝入襯套5的步驟；
[0073]所述內(nèi)部鋼體I上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條2之間的長度距離L為50mm ；
[0074]g)所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉8的步驟；該步驟中，碳化鎢粉8的晶粒度0.9 μ m ；
[0075]h)向所述蓋板4上方的襯套5內(nèi)放入粘結(jié)合金6的步驟；所述粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比如下:Nil6%，Znl 1%, Mn27%，Cu45.6%，且雜質(zhì)總量為0.4% ；
[0076]放入粘結(jié)合金6的同時，放入硼砂8克；
[0077]i)燒結(jié)的步驟；
[0078]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；
[0079]j)冷卻的步驟；
[0080]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到860°C，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0081]k)機加工步驟。
[0082]實施例三:包括的步驟如下:
[0083]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2時，鈷粉質(zhì)量占比為
8.5%，加質(zhì)量比0.23%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；其中的“/”是代表或的關(guān)系；
[0084]b)制作所述內(nèi)部鋼體I的步驟；
[0085]c)制作襯套5的步驟；
[0086]d)在所述內(nèi)部鋼體I的頂端焊接蓋板4的步驟；
[0087]e)所述內(nèi)部鋼體I表面粘接硬質(zhì)合金條2的步驟；硬質(zhì)合金條2之間設有間隙；
[0088]f)將焊接了蓋板4并粘接了硬質(zhì)合金條2的內(nèi)部鋼體I裝入襯套5的步驟；
[0089]所述內(nèi)部鋼體I上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條2之間的長度距離L為53mm ；
[0090]g)所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉8的步驟；該步驟中，碳化鎢粉8的晶粒度為0.9μπι;
[0091]h)向所述蓋板4上方的襯套5內(nèi)放入粘結(jié)合金6的步驟；所述粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比如下:Nil4%，Zn9.5%，Mn25.5%，余量為Cu50.7%，且雜質(zhì)總量為0.3% ；
[0092]放入粘結(jié)合金6的同時，放入硼砂6克；
[0093]i)燒結(jié)的步驟；[0094]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；
[0095]j)冷卻的步驟；
[0096]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到835°C，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0097]k)機加工步驟。
[0098]實施例四:包括的步驟如下:
[0099]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2時，鈷粉質(zhì)量占比為9%，加質(zhì)量比0.25%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；其中的“/”是代表或的關(guān)系；
[0100]b)制作所述內(nèi)部鋼體I的步驟；
[0101]C)制作襯套5的步驟；
[0102]d)在所述內(nèi)部鋼體I的頂端焊接蓋板4的步驟；
[0103]e)所述內(nèi)部鋼體I表面粘接硬質(zhì)合金條2的步驟；硬質(zhì)合金條2之間設有間隙；
[0104]f)將焊接了蓋板4并粘接了硬質(zhì)合金條2的內(nèi)部鋼體I裝入襯套5的步驟；
[0105]所述內(nèi)部鋼體I上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條2之間的長度距離L為55mm ；
[0106]g)所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉8的步驟；該步驟中，碳化鎢粉8的晶粒度為0.8μπι;
[0107]h)向所述蓋板4上方的襯套5內(nèi)放入粘結(jié)合金6的步驟；所述粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比如下:Nil5%，Znl0%, Mn26%，Cu48.6%，且雜質(zhì)總量為0.4% ；
[0108]放入粘結(jié)合金6的同時，放入硼砂7克；
[0109]i)燒結(jié)的步驟；
[0110]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；
[0111]j)冷卻的步驟；
[0112]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到842°C，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0113]k)機加工步驟。
[0114]實施例五:包括的步驟如下:
[0115]a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條2時，鈷粉質(zhì)量占比為
9.5%，加質(zhì)量比0.27%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；其中的“/”是代表或的關(guān)系；
[0116]b)制作所述內(nèi)部鋼體I的步驟；
[0117]c )制作襯套5的步驟；
[0118]d)在所述內(nèi)部鋼體I的頂端焊接蓋板4的步驟；
[0119]e)所述內(nèi)部鋼體I表面粘接硬質(zhì)合金條2的步驟；硬質(zhì)合金條2之間設有間隙；
[0120]f)將焊接了蓋板4并粘接了硬質(zhì)合金條2的內(nèi)部鋼體I裝入襯套5的步驟；
[0121]所述內(nèi)部鋼體I上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條2之間的長度距離L為60mm ；
[0122]g)所述硬質(zhì)合金條2之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉8的步驟；該步驟中，碳化鎢粉8的晶粒度0.8 μ m ；
[0123]h)向所述蓋板4上方的襯套5內(nèi)放入粘結(jié)合金6的步驟；所述粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比如下:Nil5.5%，Znl0.3%，Μη26.5%，Cu47.25%，且雜質(zhì)總量為0.45% ；
[0124]放入粘結(jié)合金6的同時，放入硼砂6.3克；[0125]i)燒結(jié)的步驟；
[0126]在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐；
[0127]j)冷卻的步驟；
[0128]在步驟i)中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到850°C，然后在空氣中自然冷卻至室溫。
[0129]k)機加工步驟。
[0130]基于上述生產(chǎn)方法的一種硬質(zhì)合金徑向軸承體，包括內(nèi)部鋼體1、硬質(zhì)合金條2、襯套5，還包括位于所述硬質(zhì)合金條2之間間隙內(nèi)的填充物，填充物包括碳化鎢粉8、粘結(jié)合金6 ;其特征是:硬質(zhì)合金條2中，鈷粉質(zhì)量占比為8-10%，加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉；粘結(jié)合金6包括的成分及重量百分比為:Nil3~16%，Zn9~11%，Mn25-27%，余量為Cu，且雜質(zhì)總量不大于0.5%。
[0131]下表1是改變前、后，硬質(zhì)合金條的晶粒度、孔隙度、抗沖擊強度和硬度的對比關(guān)系，表2是改變工藝后軸承內(nèi)部鋼體的硬度，由表中可以明顯的直接的得出徑向軸承在上述方法下的內(nèi)部鋼體硬度既得到了提高，合金又避免了裂紋的產(chǎn)生。
[0132]表1
【權(quán)利要求】
1.一種硬質(zhì)合金徑向軸承體的生產(chǎn)方法，所述的軸承體包括內(nèi)部鋼體、硬質(zhì)合金條、襯套，還包括位于所述硬質(zhì)合金條之間間隙內(nèi)的填充物，填充物包括碳化鎢粉、粘結(jié)合金；其特征是:該生產(chǎn)方法包括的步驟如下: a)生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條的步驟；生產(chǎn)所述硬質(zhì)合金條時,鈷粉質(zhì)量占比為8-10%，加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或鈮稀有金屬；其余是鎢粉； b)制作所述內(nèi)部鋼體的步驟； c)制作襯套的步驟； d)在所述內(nèi)部鋼體的頂端焊接蓋板的步驟； e)所述內(nèi)部鋼體表面粘接硬質(zhì)合金條的步驟；硬質(zhì)合金條之間設有間隙； f)將焊接了蓋板并粘接了硬質(zhì)合金條的內(nèi)部鋼體裝入襯套的步驟； 所述內(nèi)部鋼體上頂面與最上端的硬質(zhì)合金條之間的長度距離不小于45mm ； g)所述硬質(zhì)合金條之間的間隙內(nèi)填充碳化鎢粉的步驟；該步驟中，碳化鎢粉的晶粒度不大于1.0 μ m ; h)向所述蓋板上方的襯套內(nèi)放入粘結(jié)合金的步驟；所述粘結(jié)合金包括的成分及重量百分比如下:Nil3?16%，Zn9?11%，Mn25_27%，余量為Cu，且雜質(zhì)總量不大于0.5% ； 放入粘結(jié)合金的同時，放入硼砂5-8克； i)燒結(jié)的步驟； 在罩式爐內(nèi)加熱到1150°C，保溫1.5小時后出爐； j)冷卻的步驟； 在步驟i )中所述的出爐后立即風冷，使軸承體2個小時內(nèi)降溫到830-860°C之間，然后在空氣中自然冷卻至室溫。 k)機加工步驟。
2.基于權(quán)利要求1所述生產(chǎn)方法的一種硬質(zhì)合金徑向軸承體，包括內(nèi)部鋼體、硬質(zhì)合金條、襯套，還包括位于所述硬質(zhì)合金條之間間隙內(nèi)的填充物，填充物包括碳化鎢粉、粘結(jié)合金；其特征是:硬質(zhì)合金條中，鈷粉質(zhì)量占比為8-10%,加質(zhì)量比0.2-0.3%的鉭和/或銀稀有金屬；其余是鎢粉；粘結(jié)合金包括的成分及重量百分比為:Nil3?16%，Zn9?11%，Mn25-27%，余量為Cu，且雜質(zhì)總量不大于0.5%。
【文檔編號】C22C9/05GK103775498SQ201410053333
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】岳林, 白廣遼, 霍煥志, 趙振華, 王凡 申請人:德州聯(lián)合石油機械有限公司