石油鉆井市場內(nei)(nei)，對于內(nei)(nei)孔(kong)需(xu)要較高耐磨性(xing)和良好抗蝕性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)零(ling)(ling)件(jian)，傳統工藝(yi)一般采用鍍(du)(du)鉻處(chu)理，將零(ling)(ling)件(jian)其(qi)他部(bu)(bu)位(wei)加工到成品尺(chi)寸后包覆絕緣層，再進行(xing)鍍(du)(du)鉻處(chu)理，鍍(du)(du)鉻工藝(yi)采用含(han)量高、氧化(hua)性(xing)強(qiang)的(de)(de)(de)鉻酸酐，危害人體和污染環境，且鍍(du)(du)鉻溶液的(de)(de)(de)陰極效(xiao)率低(di)，大量電流消耗于析出氫氣的(de)(de)(de)反(fan)應，浪費能(neng)源。現(xian)有(you)的(de)(de)(de)激光熔覆技術(shu)，通過熔融合金粉，可以對零(ling)(ling)件(jian)外(wai)表(biao)面或內(nei)(nei)表(biao)面端部(bu)(bu)進行(xing)耐磨防腐處(chu)理，但對于零(ling)(ling)件(jian)內(nei)(nei)孔(kong)的(de)(de)(de)中間(jian)部(bu)(bu)位(wei)，若(ruo)孔(kong)徑深且小，操作(zuo)極難，也無(wu)法滿(man)足要求。因此，必須采用一種(zhong)環保(bao)高效(xiao)的(de)(de)(de)工藝(yi)，來解決零(ling)(ling)件(jian)內(nei)(nei)孔(kong)的(de)(de)(de)耐磨防腐問題。

1.試驗研究

本文采用氮碳共滲鹽(yan)(yan)浴復合處理技術(shu)，即(ji)在一定溫度(du)下(xia)，將(jiang)(jiang)零件(jian)(jian)(jian)放(fang)入氮化(hua)爐鹽(yan)(yan)浴中(zhong)，氮化(hua)鹽(yan)(yan)中(zhong)的氰酸根分(fen)解產生(sheng)的N、C原子可在零件(jian)(jian)(jian)表面(mian)形成(cheng)鐵(tie)的化(hua)合物層和擴散層，然(ran)后再將(jiang)(jiang)零件(jian)(jian)(jian)放(fang)入氧化(hua)爐鹽(yan)(yan)浴中(zhong)以形成(cheng)黑(hei)色(se)氧化(hua)膜(mo)層，因此(ci)零件(jian)(jian)(jian)表面(mian)為由金屬(shu)元素的氮化(hua)物和氧化(hua)物組成(cheng)的復合滲層，表面(mian)硬度(du)大幅度(du)提高，摩擦系數低，表面(mian)的電(dian)極電(dian)位也得(de)到提高，使產品表面(mian)形成(cheng)耐(nai)磨防(fang)腐層。

零件原材料選(xuan)用(yong)調質中碳鋼42CrMo，投料尺寸(cun)Ф140mm×676mm，進行以下加(jia)(jia)(jia)工(gong)：下料→粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)工(gong)→調質處(chu)(chu)(chu)理(li)→第一次粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)工(gong)，車去氧化(hua)皮→半精加(jia)(jia)(jia)工(gong)，將零件耐磨(mo)防腐處(chu)(chu)(chu)理(li)部位加(jia)(jia)(jia)工(gong)成(cheng)型→氮碳共滲鹽浴(yu)復(fu)合(he)處(chu)(chu)(chu)理(li)→第二次粗(cu)(cu)加(jia)(jia)(jia)工(gong)→精加(jia)(jia)(jia)工(gong)→檢驗。氮碳共滲鹽浴(yu)復(fu)合(he)處(chu)(chu)(chu)理(li)技術工(gong)藝路(lu)線為：清洗(xi)去油→裝夾→預熱→鹽浴(yu)氮化(hua)→鹽浴(yu)氧化(hua)→空(kong)冷→水洗(xi)。

其中，調質前尺寸為Ф136mm×孔Ф60mm×674mm，調質處(chu)(chu)理(li)(li)參數如下：840～855℃淬火(huo)加熱保溫(wen)120～140min，在水基(ji)(ji)淬火(huo)液中冷(leng)卻3～5min后(hou)轉油冷(leng)卻，590～610℃回火(huo)加熱保溫(wen)150～170min后(hou)水冷(leng)，調質處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)表面硬度(du)為318～331HBW。進(jin)行(xing)氮碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)鹽(yan)浴(yu)復(fu)合(he)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)溫(wen)度(du)必須低于(yu)調質處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)回火(huo)溫(wen)度(du)，以(yi)保證(zheng)氮碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)鹽(yan)浴(yu)復(fu)合(he)處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)，零件(jian)的(de)基(ji)(ji)體性能(neng)滿足工具使用要求。因其他部位具有高的(de)硬度(du)易(yi)引(yin)起(qi)產品(pin)失效(xiao)，所以(yi)零件(jian)為半成品(pin)進(jin)行(xing)氮碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)鹽(yan)浴(yu)復(fu)合(he)處(chu)(chu)理(li)(li)，處(chu)(chu)理(li)(li)完后(hou)進(jin)行(xing)第(di)二次(ci)粗加工，用超硬刀具車去不需要耐磨防腐處(chu)(chu)理(li)(li)部位的(de)氮碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)硬化層。零件(jian)配帶同爐試料塊(kuai)，進(jin)行(xing)相(xiang)關性能(neng)檢測(ce)。

2.性能檢(jian)測

（1）對(dui)氮碳共(gong)(gong)滲鹽浴復合(he)處(chu)理后(hou)的(de)零(ling)件進行力(li)(li)學(xue)(xue)性(xing)能檢(jian)測，檢(jian)測結果見表(biao)1，結果表(biao)明，嚴格(ge)控制好(hao)調質回火溫度及氮碳共(gong)(gong)滲鹽浴復合(he)處(chu)理溫度，經過氮碳共(gong)(gong)滲鹽浴復合(he)處(chu)理后(hou)，零(ling)件的(de)基體材料力(li)(li)學(xue)(xue)性(xing)能優良，仍能滿足(zu)產品使用要(yao)求(qiu)。

表(biao)1 零件(jian)氮碳共(gong)滲鹽浴復合處理后(hou)的力學(xue)性能

（2）檢測(ce)零件氮碳共滲鹽浴復合(he)處理后的(de)硬(ying)度(du)(du)，首先(xian)測(ce)試表面(mian)硬(ying)度(du)(du)，三個硬(ying)度(du)(du)值(zhi)分別為(wei)896.51HV0.1、918.93HV0.1、907.59HV0.1，平均硬(ying)度(du)(du)值(zhi)為(wei)907.68HV0.1。對(dui)斷(duan)面(mian)用4%的(de)硝酸酒精溶液(ye)腐蝕，金相(xiang)顯(xian)微鏡400×下觀察可知化(hua)合(he)物深度(du)(du)為(wei)20μm左右，見圖(tu)1，檢測(ce)斷(duan)面(mian)梯(ti)度(du)(du)硬(ying)度(du)(du)，整個硬(ying)化(hua)層大約為(wei)0.5mm，見圖(tu)2。

圖1 氮碳共滲鹽浴復(fu)合處理(li)斷面金相

圖(tu)2 氮碳(tan)共(gong)滲鹽浴復合處理斷面梯(ti)度(du)硬度(du)

（3）按ASTM Bll7標準對氮(dan)碳共滲(shen)鹽(yan)(yan)(yan)浴復(fu)合(he)處(chu)理后的(de)試樣進(jin)行(xing)連(lian)續噴霧(wu)(wu)試驗，鹽(yan)(yan)(yan)霧(wu)(wu)試驗溫度35℃±2℃，相對濕度>95%，5% NaCl水溶液噴霧(wu)(wu)。試驗結果表明，經氮(dan)碳共滲(shen)鹽(yan)(yan)(yan)浴復(fu)合(he)處(chu)理后的(de)零(ling)件抗(kang)蝕(shi)性優良(liang)，經168h后無(wu)明顯(xian)銹蝕(shi)，圖3所(suo)示為(wei)鍍鉻(ge)試樣與(yu)氮(dan)碳共滲(shen)鹽(yan)(yan)(yan)浴復(fu)合(he)處(chu)理試樣鹽(yan)(yan)(yan)霧(wu)(wu)試驗后的(de)效果對比。

圖(tu)3 鍍鉻與氮碳共滲(shen)鹽浴復合處理(li)試樣(yang)鹽霧(wu)試驗后

3.應用(yong)實施(shi)

將零(ling)件裝(zhuang)配(pei)在產品上(shang)(shang)，該零(ling)件內(nei)腔充滿液體，錐體活(huo)塞在其內(nei)部(bu)運動，利用液壓工作原理來(lai)進行作業，其中，錐體活(huo)塞表(biao)面(mian)(mian)進行了強化，表(biao)面(mian)(mian)硬度為45～50HRC。裝(zhuang)配(pei)后在試驗架上(shang)(shang)進行耐磨性(xing)檢測(ce)，高噸位550kN下(xia)作業300次，總共裝(zhuang)配(pei)了兩(liang)件零(ling)件進行測(ce)試，作業過(guo)程(cheng)無任(ren)何(he)故障，效果良好。作業后檢測(ce)零(ling)件內(nei)孔工作部(bu)位尺寸，直徑上(shang)(shang)變化了0.01～0.03mm，尺寸變化極(ji)小，觀察零(ling)件內(nei)孔表(biao)面(mian)(mian)，光滑無任(ren)何(he)毛刺(ci)；錐體活(huo)塞對磨面(mian)(mian)光滑，無任(ren)何(he)擦痕，即零(ling)件耐磨性(xing)優良。

4.結(jie)語(yu)

石(shi)油鉆井市場內，對于(yu)內孔(kong)需要(yao)較高(gao)(gao)耐磨性和良好抗(kang)蝕(shi)性能(neng)的零件，可采(cai)用將零件加(jia)工為半(ban)成品進(jin)行氮(dan)碳(tan)共滲(shen)鹽浴復合(he)處理，后續再(zai)進(jin)行車削，嚴格控(kong)制(zhi)好調質回火溫(wen)度(du)及氮(dan)碳(tan)共滲(shen)鹽浴復合(he)處理溫(wen)度(du)，即可保證零件基體力學性能(neng)達到產品使用要(yao)求，且內孔(kong)表面(mian)具(ju)有(you)較高(gao)(gao)的硬度(du)，良好的耐磨抗(kang)蝕(shi)性能(neng)。該種加(jia)工方法經濟效(xiao)益高(gao)(gao)，且對人體無(wu)危害，無(wu)環境污染(ran)，有(you)效(xiao)地解決了零件內孔(kong)的耐磨防腐問題。