Возможности повышения эксплуатационного ресурса втулки бурового насоса за счет использования термоциклической обработки материала втулок

The solution of increasing service life of mud pump liner through the use of thermal-cycle processing of the liners material

Ju. SAMOILOVICH, Research institute of metallurgical heat engineering, Ekaterinburg

Повышение износостойкости цилиндровой втулки буровых насосов может быть достигнуто путем проведения термоциклической обработки литых заготовок втулки из стали Х12, включающей 3 – 4 теплосмены в интервале температур от 25 до 950 °С, с выдержкой в течение 30 минут при повышенной температуре. При этом на рабочей поверхности втулки формируется слой мартенсита достаточно высокой твердости (65 единиц по Роквеллу) и повышенной ударной вязкости. Дополнительный резерв износостойкости втулки обеспечивается образованием сжимающих напряжений высокого уровня (500 МПа) в слое толщиной 5 – 6 мм у рабочей поверхности втулки под влиянием протекания мартенситного превращения, завершающего процесс термообработки.

Increasing of the wear resistance of the cylinder mud pump bush of drilling pumps can be achieved by thermal-cycle processing of cast section of steel X12, including 3 to 4 thermal cyclings in the temperature range from 25 to 950 °C, with exposure during 30 minutes under elevated temperature. At the same time, a layer of martensite of sufficiently high hardness (Rockwell units 65) and increased impact toughness is formed on the working surface of the liner. An additional reserve of liner durability is ensured compressive stresses of high level (500 MPa) in a layer 5–6 mm thick at the working surface of the liner under the influence of the martensite transformation, closing the thermal processing.

Если вас интересует полный текст статьи, Вы можете заказать ее в издательстве.

Литература

1. Базров Б.М. Технология газонефтяного машиностроения. М.: Недра, 1986. 384 с.
2. Ильский А.Л. Расчет и конструирование бурового оборудования. М.: Недра, 1985. 452 с.
3. Лемачко Н.А. Постановка задач исследования по разработке методов повышения износостойкости буровых насосов / Сб.: Проблемы геологии и освоения недр. Изд-во Сибирского федерального университета, Красноярск, 2013. С. 338 – 339.
4. Позняк Л.А., Скрынченко Ю. М., Тишаев С.И. Штамповые стали. М.: Металлургия, 1980. 244 с.
5. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистой стали. Изд. 4. М.: Машиностроение, 1978. 280 с.
6. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Изд. 5. М.: Металлургия, 1983. 527 с.
7. Федюкин В.К. Термоциклическая обработка сталей и чугунов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. 144 с.
8. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка деталей машин. Л.: Изд-во ЛО «Машиностроение», 1989. 255 с.
9. Muhammadpour M., Kiani-Rashid A. An Acceleration Spheroidization method in high chromium Tool Steel // COMAT, 2012. Plzen, Gzech Republic. 2012. No. 11. С. 43–47.
10. Баранов А.А. Влияние теплосмен на структуру и свойства высокохромистого чугуна // Изв. ВУЗов, Черная металлургия. 1982. № 8. С. 89–91.
11. Патент 2131469 РФ. Способ термоциклической обработки инструментальной стали / А.М. Гурьев, Г.А. Околович, Д.П. Чепрасов, С.А. Земляков; опубл. 06.05.98.
12. Гурьев А.М. О разработке высокоэффективной технологии термоциклического упрочнения инструментальных сталей // Изв. ВУЗов, Черная металлургия. 2000. № 2. С. 25 – 27.
13. Авт. свид. № 1025735 РФ. Станок для закалки внутренних поверхностей полых цилиндрических изделий / В.М. Аршинов, Н.И. Вершинина, О.М. Епархин и др.; опубл. 30.06.1983.
14. Kostinen D.P., Marburger R.E. A general equation prescribing the extent of austenite- martensite transformation in pure iron- carbon alloys and plain carbon steels // Acta Metallurgica.1959, vol. 7. Рp. 59–60.
15. Подстригач Я.С., Коляно Ю.М. Обобщенная термомеханика. Киев: Наукова Думка, 1976. 310 с.
16. Самойлович Ю.А., Ушакова Р.Г. Термические напряжения в стальном слитке // Сб. трудов ВНИИМТ, вып. 19. Теплофизика и теплотехника в металлургии. Свердловск, 1969. С. 199–211.
17. Самойлович Ю.А., Кабаков З.К. Учет эффекта релаксации при определении термических напряжений в отливке // Сб. трудов ВНИИМТ, вып. 24. Горение, теплообмен и нагрев металла. Свердловск, 1973. С. 100–113.
18. Самойлович Ю.А. Динамика структурных напряжений при дифференцированном термоупрочнении железнодорожных рельсов // Изв. ВУЗов, Черная металлургия. 2012. № 7. С. 55–61.
19. Самойлович Ю.А. Формирование сжимающих напряжений в головке рельсов с целью повышения их эксплуатационной стойкости // Изв. ВУЗов, Черная металлургия. 2012. № 11. С. 20–27.
20. Самойлович Ю.А. Временные и остаточные напряжения в прокатных валках при электрозакалке // Сталь. 2015. № 1. С. 51–56.
21. Кудрявцев И.В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении. М.: Машгиз, 1951. 278 с.
22. Зигварт Г. Влияние остаточных напряжений на предел выносливости // Сб. Усталость металлов. Под редакцией Г.В. Ужика. М.: ИЛ, 1961. С. 352–368.
23. Маталин А.А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев: Техника, 1971. 144 с.
24. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при поверхностной закалке токами высокой частоты. Л.: Машиностроение, 1973. 144 с.
25. Иванов В.П., Антропов В.С., Савин Н.М. Повышение надежности втулок цилиндров транспортных дизелей. М.: Изд-во Транспорт, 1976. 176 с.
26. Маталин А.А. Технология машиностроения. Л.: Машиностроение, 1985. 496 с.
27. Вершинина Н.И., Епархин О.М., Асташкевич Б.М. Исследование возможности повышения стабильности макрогеометрии чугунных гильз цилиндров с помощью термообработки // Двигателестроение. 1990. № 8. С. 40–42.
28. Асташкевич Б.М., Вершинина Н.И. Влияние остаточных напряжений в поверхностном слое на износостойкость гильз цилиндров // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. № 2. С. 21–23.

References

1. Bazrov B.M. Tekhnologiya gazoneftyanogo mashinostroyeniya [Technology of gas-oil engineering]. Moscow, Nedra Publ., 1986. 384 p.
2. Il’skiy A.L. Raschet i konstruirovaniye burovogo oborudovaniya [Calculation and design of drilling equipment]. Moscow, Nedra Publ., 1985. 452 p. (in Russian).
3. Lemachko N.A. [Statement of research tasks to develop methods to increase wear resistance of drilling pumps]. Trudy simpoziuma «Problemy geologii i osvoyeniya nedr» [Postanovka zadach issledovaniya po razrabotke metodov povysheniya iznosostoykosti burovykh nasosov]. Krasnoyarsk, Sibirski federal’nyi universitet Publ., pp. 338–339 (in Russian).
4. Poznyak L.A., Skrynchenko Ju.M., Tishayev S.I. Shtampovyye stali [Stamp steel]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1980. 244 p.
5. Rauzin Y.A. Termicheskaya obrabotka khromistoy stali [Heat treatment of chrome steel]. Vol. 4. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1978. 280 p. (in Russian).
6. Geller Ju.A. Instrumental’nyye stali [Tool steel]. Vol. 5. Moscow, Metallurgiya Publ., 1983. 527 p. (in Russian).
7. Fedyukin V.K. Termotsiklicheskaya obrabotka staley i chugunov [Thermocyclic treatment of steels and cast irons]. Leningrad, LGU Publ., 1977. 144 p. (in Russian).
8. Fedyukin V.K., Smagorinskiy M.Ye. Termotsiklicheskaya obrabotka detaley mashin [Thermocycling treatment of machine parts]. Leningrad, LO Mashinostroyeniye Publ., 1989. 255 p., (in Russian).
9. Muhammadpour M., Kiani-Rashid A. An Acceleration spheroidization method in high chromium tool steel. Plzen, Gzech Republic, COMAT Publ., 2012, no. 11, pp. 43–47.
10. Baranov A.A. Vliyaniye teplosmen na strukturu i svoystva vysokokhromistogo chuguna [Influence of heat changes on the structure and properties of high-chromium iron]. Izvestia VUZov, Chernaya metallurgiya [Izvestiya VUZov, Ferrous Metallurgy], 1982, no. 8, pp. 89–91.
11. Gur’yev A.M., Okolovich G.A., Cheprasov D.P., Zemlyakov S.A. Sposob termotsiklicheskoy obrabotki instrumental’noy stali [Method of thermocycling of tool steel]. Patent RF, no. 2131469; 1998.
12. Gur’yev A.M. O razrabotke vysokoeffektivnoy tekhnologii termotsiklicheskogo uprochneniya instrumental’nykh staley [On the development of a highly effective technology of thermocycling hardening of tool steels]. Izvestia VUZov, Chernaya metallurgiya [Izvestiya VUZov, Ferrous Metallurgy], 2000, no. 2, pp. 25–27.
13. Arshinov V.M., Vershinina N.I., Yeparkhin O.M. e.a. Stanok dlya zakalki vnutrennikh poverkhnostey polykh tsilindricheskikh izdeliy [The machine for hardening the inner surfaces of hollow cylindrical products]. Avtorskoye svidetel’stvo RF, no. 1025735, 1983.
14. Kostinen D.P., Marburger R.E. A general equation prescribing the extent of austenite- martensite transformation in pure iron- carbon alloys and plain carbon steels. Acta Metallurgica, 1959, vol. 7, pp. 59–60.
15. Podstrigach Ya.S., Kolyano JU.M. Obobshchennaya termomekhanika [Generalized thermomechanics]. Kiyev, Naukova Dumka Publ., 1976. 310 p. (in Russian).
16. Samoylovich Ju.A., Ushakova R.G. [Thermal stresses in a steel ingot]. Sbornik trudov VNIIMT Teplofizika i teplotekhnika v metallurgii [Proc. of VNIIMT Thermophysics and heat engineering in metallurgy], Vol. 19, Sverdlovsk,1969, pp. 199–211 (in Russian).
17. Samoylovich Ju.A., Kabakov Z.K. [Allowance for the relaxation effect in the determination of thermal stresses in the casting] Sbornik trudov VNIIMT Goreniye, teploobmen i nagrev metalla [Combustion, heat transfer and heating of metal], Vol. 24, Sverdlovsk, 1973, pp. 100–113, (in Russian).
18. Samoylovich Ju.A. Dinamika strukturnykh napryazheniy pri differentsirovannom termouprochnenii zheleznodorozhnykh rel’sov [Dynamics of Structural Stresses under Differentiated Thermal Strengthening of Railroad Rails]. Izvestia VUZov, Chernaya metallurgiya [Izvestiya VUZov, Ferrous Metallurgy], 2012, no. 7, pp. 55–61.
19. Samoylovich Ju.A. Formirovaniye szhimayushchikh napryazheniy v golovke rel’sov s tsel’yu povysheniya ikh ekspluatatsionnoy stoykosti [Formation of compressive stresses in the head of rails in order to increase their operational stability] Izvestia VUZov, Chernaya metallurgiya [Izvestiya VUZov, Ferrous Metallurgy], 2012, no. 11, pp. 20–27.
20. Samoylovich Ju.A. Vremennyye i ostatochnyye napryazheniya v prokatnykh valkakh pri elektrozakalke [Temporary and residual stresses in rolling rolls during electric heating]. Stal’ [Steel]. 2015, no. 1, pp. 51–56.
21. Kudryavtsev I.V. Vnutrenniye napryazheniya kak rezerv prochnosti v mashinostroyenii [Internal stresses as a reserve of strength in mechanical engineering]. Moscow, Mashgiz Pul., 1951. 278 p., (in Russian).
22. Zigvart G. Vliyaniye ostatochnykh napryazheniy na predel vynoslivosti Sbornik Ustalost’ metallov. Pod redaktsiyey G.V. Uzhika [Influence of residual stresses on the limit of endurance. Sbornik Fatigue of metals. Edited by G.V. Uzhik]. Moscow, IL Pul., 1961, pp. 352–368. (In Russian).
23. Matalin A.A. Tekhnologicheskiye metody povysheniya dolgovechnosti detaley mashin [Technological methods of increasing the durability of machine parts] Kiev: Tekhnika Publ., 1971. 144 p. (in Russian).
24. Golovin G.F. Ostatochnyye napryazheniya, prochnost’ i deformatsii pri poverkhnostnoy zakalke tokami vysokoy chastity [Residual stresses, strength and deformation in surface hardening by high-frequency currents]. Leningrad, Mashinostroyeniye Publ., 1973. 144 p., (in Russian).
25. Ivanov V.P., Antropov V.S., Savin N.M. Povysheniye nadezhnosti vtulok tsilindrov transportnykh dizeley [Increase of reliability of cylinder bushings of transport diesel engines]. Moscow. Transport Publ., 1976. 176 p. (in Russian).
26. Matalin A.A. Tekhnologiya mashinostroyeniya [Technology of mechanical engineering]. Leningrad. Mashinostroyeniye Publ., 1985. 496 p. (in Russian).
27. Vershinina N.I., Yeparkhin O.M., Astashkevich B.M. Issledovaniye vozmozhnosti povysheniya stabil’nosti makrogeometrii chugunnykh gil’z tsilindrov s pomoshch’yu termoobrabotki [Investigation of the possibility of increasing the stability of macrogeometry of cast-iron cylinder liners with the help of heat treatment]. Dvigatelestroyeniye [Drive Engineering], 1990, no. 8, pp. 40–42.
28. Astashkevich B.M., Vershinina N.I. Vliyaniye ostatochnykh napryazheniy v poverkhnostnom sloye na iznosostoykost’ gil’z tsilindrov [Influence of residual stresses in the surface layer on the wear resistance of cylinder liners] Metallovedeniye i termicheskaya obrabotka metallov [Metallurgy and Heat Treatment of Metals], 1993, no. 2, pp. 21–23.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Самойлович Ю.А.

    Самойлович Ю.А.

    д.т.н., профессор, старший научный сотрудник

    Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники г. Екатеринбург

    Просмотров статьи: 483

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru