盾构滚刀材料表面镍基碳化钨涂层摩擦学性能研究

目的 盾构滚刀磨损是盾构施工中最常见的问题之一,为减缓刀具的剧烈磨损、延长刀具的使用寿命,采用等离子堆焊工艺在盾构滚刀表面制备镍基碳化钨涂层以强化滚刀性能,基于盾构滚刀服役的真实工况,研究滚刀涂层的摩擦学性能及其合理的评价方式.方法 对镍基碳化钨涂层在往复滑动、冲滑复合(冲击+滑动)两种相对运动模式下进行摩擦磨损试验研究.结果 制备镍基碳化钨涂层后可提高滚刀的耐磨性.往复滑动磨损后,镍基碳化钨涂层的磨痕宽度为0.42 mm,而H13钢的磨痕宽度达到0.78 mm,镍基碳化钨涂层的抗冲滑性能也明显优于H13钢.两种相对运动模式下镍基碳化钨涂层均主要承受磨粒磨损,但往复滑动模式下涂层存在局部剥落,而冲滑复合模式下则伴随一定的粘着磨损.结论在两种相对运动模式下,镍基碳化钨涂层表面的高硬度碳化钨颗粒都可阻止磨粒对较软镍基合金区域的切削与碰撞.相较往复滑动模式,冲滑复合模式下镍基碳化钨涂层要承受冲击和滑动的耦合作用,涂层的磨痕特征以及损伤形式都有明显的不同.采用冲滑复合运动模式的摩擦磨损试验能对盾构滚刀刀圈的摩擦学性能进行更全面、合理的研究及评价.     

全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制

介绍了一种新型石油套管磨损试验机的工作原理和检测方法,该试验机能模拟存在钻井液介质润滑条件时钻杆接头外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况。试验前钻杆接头试件被固定在一个可上下直线运动的滑动平台上,固定不动的套管试件有间隙地套住钻杆接头试件。试验时利用变频调速电机驱动钻杆接头试件旋转,同时由液压伺服系统推动滑动平台下行带动钻杆接头试件外壁挤压套管试件内壁实现恒定或脉动加载,或者由偏心轮机构驱动滑动平台先上行后下落来带动钻杆接头试件对套管内壁进行冲击。在数据采集方面该试验机综合利用多种传感检测技术、数据采集和软件处理方法实现了对试件的线性磨损量、接触载荷、摩擦因数和近摩擦表面温度等摩擦学参数的在线测试。初步试验结果表明可利用该试验机对套管磨损问题进行系统的试验研究,从而为深入研究套管磨损机制提供技术支持。     

钛合金TC4与铝青铜在冲击滑动耦合作用下的磨损特性

采用正交试验方法,利用冲击滑动磨损试验装置研究钛合金TC4与铝青铜在冲击滑动耦合作用下的磨损特性,运用极差分析处理试验数据,研究试验因素对冲击试件(铝青铜)平均磨损体积,回转试件(钛合金)平均磨损体积及两者比值的影响.结果表明:较硬的钛合金的磨损体积大于较软的铝青铜.对磨痕表面形貌分析表明,冲击频率增大,冲击试件(铝青铜)的磨损形式呈现由机械作用到黏着剥落的变化;回转试件(钛合金) 磨痕表面呈片状剥落,随滑动速度的增加,片状剥落趋向严重;冲击试件与回转试件之间存在物质转移,主要为钛合金向铝青铜转移.     

Experimental study of casing wear under impact-sliding conditions

Theoretical analysis and field monitoring show that lateral vibration has very important effect on casing wear in deep & ultra-deep well drilling.The wear mechanism ofcasing under impact-sliding work conditions has been investigated and many experiments have been completed with a newly developed full-scale casing wear test machine.Test results present that adhesion wear,contact fatigue,and grinding abrasion are the main wear mechanisms under impact-sliding test conditions.The friction coefficient and linear wear rate ofthe casing rise obviously with an increase in impact load.And the larger the impact load,the rougher the worn surface ofthe casing.The linear wear rate decreased slightly but the average friction coefficient increased slightly with an increase in impact frequency under an impact load of2,500 N.Both the linear wear rate ofthe casing and the average friction coefficient increased substantially with an increase in impact frequency under an impact load of4,000 N.Under lower impact load conditions,grinding abrasion and contact fatigue are the main mechanisms ofcasing wear;under higher impact load conditions,adhesion wear and contact fatigue are the main mechanisms ofcasing wear.