石油机械的喷丸强化工艺

喷丸强化是利用高速运动的弹丸撞击金属材料(机械零件)表面，使其表面层组织发生塑性变形的一种表面强化工艺技术，它能使金属表层发生显微组织结构的变化(晶体变形、亚晶粒破碎、位错密度变化、相转变)并形成残余压应力场。合理地控制喷丸过程的各个工艺参数(其中主要包括弹丸直径、喷丸速度、弹丸的喷射角度、喷丸强度、表面覆盖率等)，     

应力环与慢拉伸加载喷丸强化X80钢的SCC行为

采用应力环静态拉伸和慢应变速率拉伸(SSRT)加载方法,对比研究了喷丸强化对X80管线钢应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响,并分析了喷丸强化对SCC行为影响与加载试验方法的内在联系。研究结果表明:由于残余压应力和表层组织细化的作用,喷丸强化能明显提高静态拉伸弹性变形条件下X80钢的抗SCC能力。然而,在慢应变速率拉伸SCC试验条件下,喷丸强化X80钢的SCC敏感性反而高于未处理试样,其原因主要是当加载应力超过屈服强度后喷丸强化X80钢表面的残余压应力严重松弛,而表面加工硬化和粗糙度增加则增强了基材的SCC敏感性。因此,SSRT加速试验方法不适合评价针对工程实际的喷丸处理试件的SCC敏感行为。     

提高抽油杆使用可靠性的措施(之四)——采用表面综合强化处理

<正> 大量石油机械零件多在磨损、腐蚀和疲劳条件下工作,其使用寿命大都取决于零件表面的组织、化学成分和性能。表面强化是提高硬度、耐磨性、空化稳定性和腐蚀疲劳抗力的有效方法之一。因此,表面综合强化方法越来越被人们重视,并广泛采用。 目前,应用于抽油杆上、并取得明显效果的表面综合强化方法是:表面感应淬火+表面喷丸强化+表面喷涂金属—聚合物覆盖层。     

往复式高压注水泵泵头复合强化工艺

决定往复式高压注水泵工作可靠性的关键因素是泵头（阀箱）的工作寿命。运用断裂力学、金属学、疲劳损伤、金属强化、有限元分析和机械制造工艺等理论和方法，提出了泵头复合强化工艺，即首先对泵头内腔表面实施薄壳硬化自增强处理，使该内表面具有压应力场；随后对此内表面进行强力喷丸，使之最终获得最佳残余压应力场，从而大大提高泵头的疲劳断裂抗力和应力腐蚀（含氢脆）断裂抗力。研究表明，由强力喷丸引入薄壳硬化层的残余压应力场和塑变引起的γ－α相变，是提高泵头疲劳强度的两个重要因素。     

D级抽油杆喷丸强化最佳工艺研究

针对我国各抽油杆生产厂在Ｄ级抽油杆喷丸工艺中多注重除锈效果，而较少关注喷丸强化对提高疲劳极限作用的现状，研究了Ｄ级抽油杆喷丸强化的最佳工艺。结果表明，在其他喷丸参数相近时，表下残余压应力的深度主要取决于丸粒大小；在丸粒尺寸相同时，表下最大残余压应力的最大值取决于Ａｌｍｅｎ试片的弧高度。新的喷丸强化工艺可使现有Ｄ级抽油杆杆身的疲劳极限由４３５ＭＰａ提高到５３５－５６５ＭＰａ，大大超过美国Ｄ级抽油杆的疲劳极限４５０ＭＰａ。     

表面状态对N80油管激光强化影响的试验研究

针对机采井管杆偏磨严重的油井,提出对油管内壁进行激光强化处理,以提高油管耐磨性能。为获得较好的表面强化层,研究了表面状态对N80油管激光强化的影响。利用激光器对表面未处理、表面喷砂、表面喷丸、喷涂吸光材料等不同状态的N80试样进行激光熔凝处理。通过分析不同状态下熔凝试样的表面形貌、熔凝层厚度及表面硬度得出,在相同工艺参数下,喷涂吸光材料能大大提高熔凝效果,喷丸并熔凝处理后的试样具有较高表面硬度和较大熔凝层厚度,且表面成型最好。因此,喷丸最适合作为激光熔凝的表面预处理工艺。     

喷丸强化—提高吊环寿命的有效途径

喷丸强化工艺是提高零件疲劳强度的重要措施,它具有成本低、生产效率高等优点。近二十年来,各国都相继开展了这方面的试验研究[1][2][3][4],并已广泛应用于生产。最近,我们在对断裂吊环进行失效分析的基础上,选择喷丸强化作为延长吊环使用寿命     

略谈石油机械零件表面强化工艺选择

《石油机械》第18卷第10期,1990,第31～38页,图11,表8 通过收集的表面强化工艺的应用实例,结合作者的认识,介绍了目前国内外石油机械制造业中,广泛采用并已取得明显效果的化学热处理、表面感应加热淬火、表面激光淬火,表面喷丸强化、表面机械强化、表面喷镀和热浸锌等7种表面强化工艺的应用对象、目的和效果,并对某些工艺提出了应用的准则和范围。     

材料表面工程技术在抽油杆生产上的应用

通过优选喷丸强化工艺参数和疲劳试验,制定了抽油杆喷丸强化工艺规范(企业标准),提出了抽油杆喷丸强化的2个指标:喷丸强度≥0.30 mmA;表面覆盖率≥100%。我国研制成功抽油杆超音频表面感应淬火机床和工艺,采用此工艺研制成功了工艺型超高强度(HY型)抽油杆,并在国际上首次将此工艺用于旧抽油杆修复,应用效果很好;引进美国ICO公司金属与塑料复合喷涂防腐抽油杆生产技术生产的抽油杆具有良好的防腐性能,并有防结蜡、防结垢作用,在中原油田应用效果较好;采用高速电弧喷涂生产的复合涂层防腐抽油杆,在胜利油田和中原油田的6口腐蚀井进行了试验,总矿化度为65 606~168 303 mg/L,累计工作超过219 d,没有发生断裂事故。     

采用喷丸强化工艺提高抽油杆的疲劳寿命

在对20CrMoD级抽油杆的小试样和实物试样进行喷丸强化及疲劳试验的基础上,分析了影响喷丸强化效果的因素,提出了适合于抽油杆喷丸的工艺参数。试验表明,喷丸强化可使抽油杆的腐蚀疲劳寿命提高1倍以上。     

S30432不锈钢喷丸强化工艺研究

通过喷丸工艺在S30432不锈钢管内表面成功制备了塑性变形层,研究了喷丸移动速度、喷丸压力、喷丸距离对塑性变形层组织和硬度的影响。结果显示:喷丸移动速度越大塑性变形层深度越小;喷丸压力越大塑性变形层越深;随着喷丸距离的增加,塑性变形层先增大后减小;对塑性变形层深度的影响顺序为:喷丸速度＞喷丸压力＞喷丸距离;喷丸处理后表层硬度显著提高,比基体硬度高100HV0.5。研究表明:喷丸前进移动速度1 000 mm/min、后退速度800 mm/min、喷丸压力1.26 MPa、喷丸距离9 mm时得到的S30432不锈钢组织和性能最优。     

柴油机连杆断裂失效分析

《石油机械》第14卷第7期,1986,第10～17页,图12,表5 本文作者对柴油机连杆断口进行了观察分析,并对连杆进行了静态应力测试和实物模拟疲劳试验。分析结果说明,连杆断裂的原因主要是:1.工艺凸台圆角处应力集中;2.结构强度不足;3.表面脱碳及喷丸强化不够。     

表面复合强化新工艺在抽油杆修复中的应用

在系统地分析国内现行旧抽油杆各种修复工艺的基础上,试验研究了一种旧抽油杆表面复合强化修复新工艺。这种新工艺流程为:选杆中频感应加热除油清洗修螺纹调质热处理(中频淬火+高温回火)矫直探伤高频淬火+低温回火喷丸形变强化涂漆、包装。经表面复合强化处理后,旧D级杆的抗拉强度和疲劳强度等性能指标达到工艺型超高强度杆水平。修复的抽油杆现场使用表明,已有两口井的抽油杆运行超过了38×106次,收到良好效果。     

表面感应加热淬火抽油杆残余应力衰减的研究

为提高抽油杆的疲劳极限，研究了经表面感应加热淬火的抽油杆在疲劳极限应力作用下残余应力的衰减规律。结果表明，残余应力的衰减主要取决于心部组织的静屈服强度和循环屈服特性。心部组织静屈服强度高，又具有循环硬化特性的，残余应力衰减量小。反之，衰减量大。但是，残余应力的衰减主要发生在前几百个循环周次内，当循环周次超过１００次，不管心部材料是循环硬化的还是循环软化的，残余应力的衰减量都很小。由此，结合采用喷丸工艺，研制出疲劳极限达到６７０ＭＰａ的超高强度抽油杆，大大超过美国ＥＬ级抽油杆（５５４ＭＰａ）的水平。     

喷丸强化对感应淬火抽油杆疲劳强度的影响

探讨了喷丸强化工艺进一步提高３５ＣｒＭｏ钢制感应淬火抽油杆的疲劳强度的可能性；分析了对热轧态和空冷加高温回火态两种试棒经相同的感应淬大和喷丸处理后，两者的疲劳强度却相差甚多的原因。     

高性能钻机传动链条的试验研究

本文是作者研究与开发高速、大功率多排小节距链条的总结。文章对球挤孔和喷丸两项冷强化工艺进行了介绍,并对直接影响链条动力特性的结构作了扼要阐明。同时介绍了链条(包括零件)的中间试验方法及台架对比测示结果。该链条的性能,已接近或赶上了同类产品的世界先进水平。     

提高抽油机减速箱中间轴疲劳寿命的试验研究

针对抽油机减速箱中间轴断轴失效特点,进行模拟实物对比试验。试验分析表明,增大中间轴轴肩圆角半径,对轴肩圆角实施滚压强化和喷丸强化处理,可改善应力分布状态,大大提高中间轴的疲劳寿命。     

用表面感应加热淬火和喷丸提高抽油杆疲劳强度的研究

对生产Ｄ级抽油杆用３５ＣｒＭｏ钢经表面感应加热淬火和喷丸，可提高抽油杆的疲劳强度。试验结果表明，用国产３５ＣｒＭｏ钢，经适当的表面感应加热淬火和喷丸，可以生产出疲劳极限达到或超过美国ＥＬ级的超高强度抽油杆。为进一步提高超高强度抽油杆的疲劳极限，除保证有合理的表面感应加热淬火和喷丸工艺外，必须保证试样心部材料有足够的强度。     

表面强化件接触疲劳失效及影响因素的分析

在双面对滚式接触疲动试验机上进行了高应力接触疲劳试验。赫芝应力为560～660公斤/毫米~2,采用渗碳、碳氮二元共渗和碳氮硼三元共渗处理试样。试验结果表明:表面化学热处理强化零件承受高应力接触交变载荷作用时,其失效方式是疲劳剥落.剥落方式是浅层剥落、压溃和表面微统三类。高应力浅层渗层同时出现浅层裂纹和深层裂纹。探讨了两种裂纹形成原因,针对两个危险区,计算了裂纹产生的两个临界比值τ_(max)~(45)max/HV和τ~(45)/HV。根据疲劳微裂纹的形态和位置,提出了平行最大切应力和45°方向最大切应力都能引起疲劳。同时论证了浅层裂纹在一定深度范围内分布是由于最大切应力存在一个峰值区的缘故。不同的工艺类别是通过沙层显微组织和精细结构影响疲劳抗力,三元共渗优于二元共渗,二元共渗优于渗碳。     

防止超高压管道腐蚀开裂措施的研究

对高压聚乙烯装置中的４３４０钢超高压厚壁管弯头外表面裂纹的分析表明，裂纹属于冷却水介质中的腐蚀疲劳开裂。冷弯加工造成的残余拉应力促进了裂纹的萌生。分别用电测、盲孔及磁测法测定了Ｇ４３３５Ｖ高强钢厚壁管在冷弯加工过程中及弯后外表面的残余应力和分布，并试验了回火及喷丸措施对降低弯头外表面残余拉应力的效果。