紫铜表面激光熔覆镍基合金的组织与性能

利用激光熔覆技术在紫铜表面制备镍基合金涂层。采用SEM、XRD、EDS、显微维氏硬度计进行组织结构和硬度分析,并测试了紫铜基体、镍基熔覆层的耐冲蚀磨损性能。结果表明:激光熔覆层与铜基体形成冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹、孔隙、夹杂等缺陷,熔覆层内具有等轴晶、树枝晶及平面晶等不同结构,并有Cr、Ni、B等强化相颗粒。当冲蚀角为60°时紫铜基体和熔覆层的质量损失率都比较大,随着冲蚀时间的增加,熔覆层质量损失率比紫铜的质量损失率要低得多,激光熔覆层的耐磨性比基体组织的耐磨性提高了近3倍,激光熔覆层的耐冲蚀磨损性能得到明显提高。     

金属构件激光熔覆强化的研究

以45钢作为基体材料,对激光熔覆工艺参数中的激光熔覆功率、扫描速度对熔覆层质量的影响进行了探讨,并得出最佳的激光熔覆工艺参数。对试件进行了激光熔覆修复实验,修复后试件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀等性能得到明显提高。     

铜合金表面激光熔覆Fe铁基合金研究

采用激光熔覆技术在QA19-4铝青铜合金表面激光熔覆Fe基合金。采用OM、XRD、显微硬度计对熔覆层的组织、物相和硬度进行分析,测试了铝青铜基体、Fe基激光熔覆层的冲蚀磨损性能。结果表明:激光熔覆层与铝青铜基体形成了冶金结合,无孔洞、夹杂和裂纹等缺陷,熔覆层中主要组织为γ-(Fe-Ni)、CrFe_4、Cu_(3.8)Ni等。熔覆层显微硬度最高为498 HV,平均显微硬度320 HV,是基体硬度的2倍;随冲蚀时间的延长,熔覆层失重量比QA19-4铝青铜基体的失重量要低得多,熔覆层的耐磨性比基体组织的耐磨性提高了近2倍,激光熔覆层的冲蚀耐磨性能得到明显提高。     

基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造. 基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型. 利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划. 对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化. 调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能. 验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.     

等离子熔覆-注射B4C铁基熔覆层组织耐磨性研究

目的采用等离子熔覆-注射工艺在Q235基体上制备B4C铁基熔覆层并研究其耐磨性。方法通过OM,SEM,EDS等分析熔覆层及界面的组织特征,并进行耐磨性测试。结果当B4C质量占主体熔覆材料质量的18%时,注射熔覆层表面比较平整,无裂纹。注射熔覆层组织致密,界面呈现平直的亮白色过渡层,稀释率小,与基体形成了良好的冶金结合。B4C陶瓷颗粒表面溶解会形成Fe,Cr等元素的硼化物。等离子熔覆-注射B4C熔覆层的耐磨性是42CrMo的22倍,是16Mn钢的41倍。结论等离子熔覆-注射B4C工艺能够增强B4C与熔覆层之间的结合力,提高熔覆层的硬度和耐磨性。     

激光熔覆镍基合金涂层及其应用研究

采用激光熔覆技术在４５钢表面获得镍基合金涂层。研究了激光熔覆涂层工艺、熔覆层的组织结构、硬度和腐蚀－冲蚀磨损特性,并用２Ｃｒ１３不锈钢进行了腐蚀－冲蚀磨损对比试验。激光熔覆镍基合作层已经成功地应用于矿用渣浆泵的平衡盘等零件。     

激光熔覆Ni基合金/SiC涂层耐冲蚀性能的研究

采用激光熔覆技术分别在45#钢表面制备Ni基合金及Ni基合金/SiC涂层,研究了熔覆层的硬度和耐冲蚀性能,探讨了熔覆层的冲蚀磨损机理.     

轨梁BD1轧辊表面激光熔覆改性技术

目的 解决轨梁轧制过程中BD1轧辊耐磨性低且易沾钢的问题。方法 采用激光熔覆技术，研究熔覆层材质适用性，设定化学成分组分以析出大量碳化物为主要目标，同时考虑耐磨性、抗冷热疲劳性、焊接性能，采用正交试验研究C、Cr、Ni、Mo、W、Si、B元素在激光熔覆材料中的作用，由金相法检测晶粒取向及放大500倍观察微观裂纹评判确定最佳的粉料化学成分，并分析了熔覆材料的宏观硬度、金相组织等材料性能。同时，研究了激光功率、线速度、搭接量和送粉量等熔覆工艺参数对BD1轧辊表面质量的影响。结果 轨梁BD1轧辊孔型表面激光熔覆改性技术后，由于熔覆层表面形成了一层与轧材显著不同的金相组织，使得“焊合”现象不再发生，消除了粘钢现象。熔覆层氧化膜具有较高的耐磨损性能，提高了轧辊耐磨性。良好的冶金结合保证了熔覆层具有足够的抗压、抗冲击、抗机械疲劳和冷热疲劳能力。经过激光熔覆后，过钢量由原来的不足1000 t可以提高到6000 t以上。结论 激光熔覆改性处理改变了BD1轧辊表面材料，克服了粘钢现象，提高了其耐磨性，实现了BD1轧辊的高效循环利用，显著地提高了轨梁BD1轧辊的使用寿命。     

激光功率对 WO3-V2O5-C 镍基熔覆层硬度的影响

采用激光熔覆技术,在45#钢表面制备WO3-V2O5-C镍基熔覆层。分析了熔覆层的显微组织,测试了熔覆层的显微硬度,研究了熔覆粉末中WO3-V2O5-C的含量及激光功率对熔覆层硬度的影响。结果表明:采用WO3+V2O5+C质量分数为25%的熔覆粉末,以1.4 kW功率进行激光熔覆,所得熔覆层硬度最高,平均值高达1400HV0.3,可大大提高材料的耐磨性。     

SiC/Ni基合金激光熔覆层磨损性的研究

采用扫描电子显微镜、盘销式摩擦磨损试验机等方法对45钢表面SiC／Ni基合金激光熔覆层的组织和磨损性进行了试验分析。结果表明，激光熔覆后试样从表面至心部可分为熔覆区、结合区、热影响区和基体。熔覆层显微组织以枝状晶和胞状晶为主，结合层以细晶为主，激光熔覆层与基体结合良好。磨损试验结果显示激光熔覆可显著改善钢的耐磨性，SiC／Ni基合金复合熔覆层比Ni基合金熔覆层具有更好的耐磨性；在一定成分范围内，适当提高熔覆层中SiC的含量，可提高材料的耐磨损性能。     

Improved Hardfacing for Drill Bits and Drilling Tools

New flame spray hardfacing, DSH (DuraShell^® Steel Hardfacing, US patent pending), was developed to improve thermal conductivity, abrasion wear, and erosion resistance for subterranean drilling application. The materials consisted of spherical cast WC/W₂C and Ni-Si-B alloy powders. The hardfacing compositions were tailored for various processes such as flame spray and laser cladding. Typically, the hardfacing comprised hard tungsten carbide particles being uniformly distributed in a tough Ni-alloy matrix. The hardness of WC/W₂C exceeded 2300 Hv_.3 and that of Ni-alloy matrix varied from about 400 to 700 Hv_.3. High- and low-stress abrasion resistances of these hardfacing materials were characterized and compared to the conventional hard coatings of cast WC/W₂C and Ni-Cr-Si-B-Fe. The increase in thermal, wear, and erosion resistances of the hardfacing improved the durability of PDC (polycrystalline diamond compact) steel body bit and drilling tools and their cost-effective performance. Several case studies of DSH hardfacings on drill bits were described.     

PDC钻头焊接工艺的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头钻进的岩层越来越复杂,在复杂地层及硬岩钻进中时有掉齿、崩刃等现象发生,造成钻头失效.研究表明,焊接工艺是影响PDC钻头的最主要原因.本文以φ94 mm三翼内凹式PDC钻头体为试验样品,对影响PDC钻头焊接质量的主要因素进行了分析,研发出一种新的PDC钻头焊接工艺.试验结果表明:采用该工艺制...     

硬岩地层PDC钻头不良工况原因分析与改善措施

传统PDC钻头在硬岩地层钻进时,不良工况多,钻头寿命及钻进效率非常低。为了找出硬岩地层PDC钻头不良工况发生的原因,以四川元坝地区须家河组致密砂岩为例,建立单个PDC复合片切削岩层的模型,分别对模型中复合片及微小岩块进行受力分析,发现单个复合片受力随切入岩石弧长、岩石的内摩擦角及黏聚力的增加而增加。视所有复合片破岩的临界钻压及扭矩为整个钻头受到岩石的作用力,钻头受力超出转盘的输出钻压及扭矩会导致不良工况的发生。最后,从提高PDC钻头结构使其能适应硬岩钻进,及使用PDC钻头伴侣来改善PDC钻头的切削条件两方面提出了PDC钻头不良工况的改善措施。     

基于火山岩地层钻井岩心资料的PDC钻头设计改进

PDC钻头在钻进火山岩地层过程中,技术性能常得不到充分发挥,针对火山岩地层岩心资料,从复合片、切削齿受力、齿型、切削齿的角度等方面设计和改进了PDC钻头。研究分析了剖面形状、布齿、切削齿工作角等设计对PDC钻头性能的影响。提出了以加强钻头的稳定性、耐磨性和提高钻速为目标的设计观点。研制的新型钻头采用抛物线形剖面,中密度布齿,切削齿后倾角在10°-15°范围内变化。结果表明：与牙轮钻头相比,PDC钻头钻速提高了约20％,每米钻井成本降低了27％。     

Cr-Mn-N奥氏体-铁素体不锈钢的空蚀行为

利用超声振荡空蚀实验机对Cr-Mn-N奥氏体－铁素体不锈钢进行了空蚀研究。结果表明，低硬度Cr-Mn-N不锈钢的抗空蚀性能高于高硬度的0Cr13Ni5Mo不锈钢。空蚀过程中，Cr-Mo-N奥氏体－铁素体不锈钢中的铁素体优先脱落，空蚀表面的铁素体含量由19％迅速降低到6．9％后保持稳定。奥氏体易于在铁素体脱离后形成的蚀坑处开始脱落，加工硬化是该不锈钢吸收空蚀冲击能量的一个重要途径，是其硬度较低却表面出良好抗空蚀性能的重要原因。     

适合吐哈油田西山窑地层的PDC钻头提速研究

吐哈油田西山窑地层具有高硬度、研磨性强等特点。该地层采用过多种PDC钻头,但机械钻速提高不甚明显,为此,研究分析了PDC切削齿磨损对机械钻速的影响,提出了以加强PDC钻头的耐磨性为目标来提高机械钻速的设计观点,对PDC钻头的冠部形状、切削齿尺寸、切削齿排布、切削齿工作角等进行优化设计,设计的钻头在吐哈核3井进行了钻井试验。结果表明：设计的新钻头机械钻速与使用过的两种PDC钻头相比分别提高了29%和92.5%,且钻头钻时60 min以上时,有轻微磨损,仍可继续使用。     

新型Cr-Ni-Mo和Cr-Ni-Co堆焊合金空蚀性能

采用钨极氩弧焊(TIG)将新型Cr-Ni-Mo和Cr-Ni-Co合金堆焊于304不锈钢表面进行空蚀试验,通过失重比较不同合金的抗空蚀性能.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和显微硬度计对合金层进行分析.结果表明:Cr-Ni-Mo和Cr-Ni-Co合金的耐空蚀性能均优越于304不锈钢,其中Cr-Ni-Co优于Cr-Ni-Mo;空蚀破坏优先出现在堆焊层的晶界处;Cr-Ni-Co合金在空蚀过程中发生了因奥氏体向马氏体的转变,有利于能量吸收,延缓了空蚀的进行,提高其耐空蚀性能;堆焊合金的抗空蚀能力与合金本身的硬度和加工硬化能力有关.     

煤矿瓦斯抽放孔跟管钻进用偏心PDC钻头的研制

为解决松软突出煤层钻进难、成孔难这一问题,我们研制了一种偏心跟管PDC钻头,并研究了施工过程中的参数对钻进效率和钻头寿命的影响。结果显示:PDC偏心钻头能够比较快速的破碎岩石,适用于煤系地层的瓦斯抽采孔钻进。但对于松软煤层钻进过程,其需要较大的水路以充分冷却钻头及排除岩粉。对现场施工的研究表明,合理的切削角和侧转角,以及相应的空间参数,能够保证PDC钻头快速破碎岩石,并提高钻头寿命。     

Effect of Ni Interlayer on Cavitation Erosion Resistance of NiTi Cladding by Tungsten Inert Gas(TIG)Surfacing Process

The NiTi cladding with/without Ni interlayer was prepared on stainless steel(SS) by tungsten inert gas(TIG) surfacing process,aiming at achieving good cavitation erosion resistance.The ranking according to the cavitation erosion resistance is NiTi plate NiTi-Ni-TIG cladding NiTi-TIG cladding SS.The better cavitation erosion resistance of NiTi-TIG and NiTi-Ni-TIG claddings than SS substrate is due to their higher micro-hardness and superelasticity.Furthermore,the existence of Ni interlayer can decrease the amount of brittle intermetallic compounds,such as Fe2 Ti,and inhibit the crack generation,which results in the higher cavitation erosion resistance of NiTi-Ni-TIG compared with NiTi-TIG cladding.Thus,the cavitation erosion resistance of NiTi cladding prepared by TIG surfacing process can be improved by employing Ni interlayer.