泥漿泵高鉻鑄鐵缸套激光淬火表面摩擦磨損性能研究.pdf

1、泥漿泵是石油鉆井工程的主要設(shè)備之一，而缸套又是泥漿泵的關(guān)鍵零部件之一，一旦缸套發(fā)生磨損失效，需要對(duì)泥漿泵進(jìn)行停機(jī)更換缸套，導(dǎo)致鉆井效率下降，從而會(huì)大大增加鉆井的作業(yè)成本。因此如何提高泥漿泵缸套的使用壽命是一個(gè)突出的問題，而已廣泛應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域的激光表面淬火技術(shù)為解決這一問題提供了新的途徑。本文以加工泥漿泵缸套的高鉻鑄鐵材料為研究對(duì)象，以激光表面淬火技術(shù)為手段，以提高泥漿泵缸套使用壽命為目的開展了以下幾方面的研究。
　　首先，對(duì)泥

2、漿泵缸套-活塞摩擦副的主要失效形式及磨損機(jī)理進(jìn)行了分析，提出了通過激光表面淬火技術(shù)來提高缸套摩擦磨損性能的思路。其次，本文利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)激光淬火過程中的溫度場進(jìn)行了模擬，根據(jù)模擬后的溫度分布云圖可以得到激光淬火層深度及寬度隨激光功率及掃描速度變化的趨勢。然后，采用CO2激光器對(duì)高鉻鑄鐵工藝試樣表面進(jìn)行了激光淬火工藝試驗(yàn)研究，研究了不同激光功率P、不同掃描速度v對(duì)試樣表面形貌、淬硬層深度、寬度以及淬硬層硬度值的影響。最后，

3、在磨粒介質(zhì)條件下，在MMW-1A型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對(duì)激光淬火后的高鉻鑄鐵試樣進(jìn)行摩擦學(xué)性能研究。
　　研究結(jié)果表明:當(dāng)激光功率較大、掃描速度較小（激光功率＞2500W、掃描速度＜15mm/s）時(shí)，激光表面淬火后的工藝試樣表面會(huì)出現(xiàn)熔化、變形、裂紋等缺陷;反之，當(dāng)激光功率較小、掃描速度較大(激光功率≤2500W、掃描速度≥15mm/s)時(shí)，試樣表面幾乎不發(fā)生變化。隨著激光功率P的增加、掃描速度v的減小，激光淬硬層寬度和深度均增加，其

4、變化規(guī)律與ANSYS模擬的結(jié)果相一致;淬硬層最寬可達(dá)到與光斑長度相同的10mm，淬硬層深度最深可達(dá)0.75mm。與基體相比，激光淬硬層區(qū)域的硬度值顯著提高，最高硬度出現(xiàn)在次表層，可達(dá)1105.7HV，同一深度上的硬度分布并不均勻。試樣激光表面淬火后表層組織被細(xì)化，由表及里可分為淬硬區(qū)、熱影響過渡區(qū)和基體區(qū)。當(dāng)摩擦磨損試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，激光淬火后的摩擦磨損試樣表面摩擦系數(shù)均比未淬過火的低，當(dāng)淬火帶間距為1mm時(shí)摩擦系數(shù)最小，其值為0.3