CN104088897A - 一种螺杆钻径向轴承 - Google Patents

Abstract

一种螺杆钻用轴承，包括内套和外套，内套外表面以及外套的内表面均粘附有一层耐磨层，所述耐磨层是在钢体本体上按一定规则排列有硬质合金块，硬质合金之间的缝隙由碳化钨粉与粘结合金在高温炉中钎焊而成，上述硬质合金块为WC-Co梯度硬质合金，粘结合金包括的成分以及重量百分比为Ni17-18％，Zn7-8％，Mn23-25％，余量与铜，且杂质总量不大于0.4％，该轴承的耐磨层具有强度高、耐磨时间久、不易脱落等特点。

Description

一种螺杆钻径向轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承，尤其涉及油气开发钻井使用的螺杆钻具的径向轴承。

背景技术

螺杆钻具中的径向轴承是影响螺杆钻使用寿命的关键部件，其工作环境为井下高温泥浆，因此要求轴承具有较高的尺寸精度和良好的耐磨性以及抗冲击性能。

现有技术中的径向轴承普遍存在硬质合金模块硬度低，硬质合金模块容易脱落以及耐磨损性能差等缺点。

中国专利CN20291028U涉及一种螺杆钻具用轴承，其采用涂层替代现有技术中的硬质合金模块，虽然其简化了耐磨层的制备过程，但是其涂层仍存在耐磨性较差，容易脱落等缺点。

中国专利CN201915833U涉及一种螺杆钻具用轴承，其在径向轴承的外套内表面以及内套外表面均附有耐磨层，但是其存在制备工艺复杂，成本较高等缺点。

中国专利CN202646358U涉及一种螺杆钻具用轴承，其在轴承内套外表面附有耐磨层，但是其存在硬质合金强度不够，易磨损、制作过程复杂等缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种螺杆钻径向轴承，该轴承能够克服现有技术的不足，其耐磨层强度高，不易脱落，使用寿命长等特点。

为了解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种螺杆钻用轴承，包括内套和外套，内套外表面以及外套的内表面均粘附有一层耐磨层，所述耐磨层是在钢体本体上按一定规则排列有硬质合金块，硬质合金块之间的缝隙由炭化钨粉与粘结合金在高温炉中钎焊而成，上述硬质合金块为WC-Co梯度硬质合金，粘结合金包括的成分以及重量百分比为Ni17-18％，Zn7-8％，Mn23-25％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％，上述WC-Co梯度硬质合金的制备方法为，将WC粉、Co粉混料，原料中Co粉的含量为3-9wt％，混合料加入聚乙二醇和适量酒精，通过湿磨、喷雾干燥、制粒后采用单向模压的方法压制成合适的样坯，将样坯埋入炭黑中，在烧结炉和氢气中渗碳煅烧，煅烧温度为1400-1500℃，煅烧时间为80-90min，得到WC-Co梯度结构硬质合金。

所述粘结合金优选的组成为：Ni17.5％，Zn7.5％，Mn24％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％。优选的煅烧温度为1450℃，煅烧时间为85min。

上述轴承内套的生产方法为：

所述轴承的内套制备过程如下：

1)生产硬质合金块；

2)制作内套钢体本体，并制作钎焊时配合使用的衬套；

3)按一定规则在内套钢体本体表面粘结WC-Co梯度硬质合金块，硬质合金块之间设有缝隙，然后将钢体本体放入相适合的衬套内；

4)在WC-Co梯度硬质合金块之间的缝隙填充碳化钨粉；

5)加入粘结合金，粘结合金包括的成分以及重量百分比为Ni17-18％，Zn7-8％，Mn23-25％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％；

6)烧结的步骤，烧结温度为1500-1550℃，保温3-4h后出炉；

7)冷却；

8)机加工；

9)采用与上述步骤相同的制备过程，制备轴承外套。

技术效果

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明制备得到的WC-Co梯度合金硬度更高，耐磨性格更好。

2、本发明的硬质合金体WC、Co均匀连续梯度分布，较其他方法具有更加优异的性能。

3、本发明优化了钎焊时的烧结温度，使得硬质合金与钢体本体的结合更加牢固，不易脱落。

4、本发明针对WC-Co梯度合金，调整了粘结合金的成分，使得硬质合金与钢体本体的结合更加牢固，不易脱落。

5、本发明轴承内外套均附有耐磨层，使得轴承更加坚固耐用。

6、本发明优化了渗碳烧结时的烧结温度以及烧结时间，使得硬质合金强度更高。

7、本发明优化了在钢体本体上粘附耐磨层的制备过程，减少生产成本。

附图说明

图1是本发明轴承内套剖视图。

附图标记：图1中1为钢体本体，2为硬质合金块，3为填充物(碳化钨与粘结合金)，轴承外套与上述轴承内套相配合使用，不同之处在于外套内部粘附有耐磨层，其耐磨层结构与内套的外耐磨层结构类似，本发明不再图示。

具体实施方式

实施例1：硬质合金块的生产，将WC粉、Co粉按97wt％WC粉，3wt％Co粉混料，混合料加入聚乙二醇和适量酒精，通过湿磨、喷雾干燥、制粒后采用单向模压的方法压制成合适的样坯，将样坯埋入炭黑中，在烧结炉和氢气中渗碳煅烧，煅烧温度为1400℃，煅烧时间为90min，得到WC-Co梯度结构硬质合金。上述合金断面显微组织扫描电镜照片显示Co成分呈连续梯度分布。

实施例2：硬质合金块的生产，将WC粉、Co粉按91wt％WC粉，9wt％Co粉混料，混合料加入聚乙二醇和适量酒精，通过湿磨、喷雾干燥、制粒后采用单向模压的方法压制成合适的样坯，将样坯在烧结炉和氢气中预煅烧，将样坯埋入炭黑中，在烧结炉和氢气中渗碳煅烧，煅烧温度为1500℃，煅烧时间为80min，得到WC-Co梯度结构硬质合金。上述合金断面显微组织扫描电镜照片显示Co成分呈连续梯度分布。

实施例3

硬质合金块的生产，将WC粉、Co粉按95wt％WC粉，5wt％Co粉混料，混合料加入聚乙二醇和适量酒精，通过湿磨、喷雾干燥、制粒后采用单向模压的方法压制成合适的样坯，将样坯埋入炭黑中，在烧结炉和氢气中渗碳煅烧，煅烧温度为1450℃，煅烧时间为85min，得到WC-Co梯度结构硬质合金。上述合金断面显微组织扫描电镜照片显示Co成分呈连续梯度分布。

实施例4：

采用实施例1制备得到硬质合金块制作径向轴承内套，制作所述钢体本体1，在钢体本体1外表面粘结硬质合金块2，硬质合金块之间设有缝隙，然后将钢体本体放入相适合的衬套内，在硬质合金块2之间的缝隙填充碳化钨粉，加入粘结合金，所述粘结合金的组成为Ni17％，Zn7％，Mn23％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％，将上述物质烧结，烧结温度为1500℃，保温4h后出炉，冷却后机加工，采用实施例1制备得到硬质合金块制作径向轴承外套。

实施例5：

采用实施例2制备得到硬质合金块制作径向轴承内套，制作所述钢体本体1，在钢体本体1外表面粘结硬质合金块2，硬质合金块之间设有缝隙，然后将钢体本体放入相适合的衬套内，在硬质合金块2之间的缝隙填充碳化钨粉，加入粘结合金，所述粘结合金的组成为Ni18％，Zn8％，Mn25％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％，将上述物质烧结，烧结温度为1550℃，保温3h后出炉，冷却后机加工，采用实施例2制备得到硬质合金块制作径向轴承外套。

实施例6：

采用实施例3制备得到硬质合金块制作径向轴承内套，制作所述钢体本体1，在钢体本体1外表面粘结硬质合金块2，硬质合金块之间设有缝隙，然后将钢体本体放入相适合的衬套内，在硬质合金块2之间的缝隙填充碳化钨粉，加入粘结合金，所述粘结合金的组成为Ni17.5％，Zn7.5％，Mn24％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％，将上述物质烧结，烧结温度为1540℃，保温3.5h后出炉，冷却后机加工，采用实施例3制备得到硬质合金块制作径向轴承外套。

表1：性能测试表

	普通轴承	实施例4轴承	实施例5轴承	实施例6轴承
					抗拉强度(Mpa)	850-950	大于1000	大于1000	大于1000
屈服强度(Mpa)	750-850	950-1050	1000-1050	1050-1100
					耐磨时间(小时)	300	500	550	560

从上表中可以看出，本发明的径向轴承的各项指标明显优于现有技术中的普通轴承。

Claims (4)

1.一种螺杆钻用轴承，包括内套和外套，内套外表面以及外套的内表面均粘附有一层耐磨层，所述耐磨层是在钢体本体上按一定规则排列有硬质合金块，硬质合金块之间的缝隙由碳化钨粉与粘结合金在高温炉中钎焊而成，上述硬质合金块为WC-Co梯度硬质合金，粘结合金包括的成分以及重量百分比为Ni17-18％，Zn7-8％，Mn23-25％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％，上述WC-Co梯度硬质合金的制备方法为，将WC粉、Co粉混料，原料中Co粉的含量为3-9wt％，混合料加入聚乙二醇和适量酒精，通过湿磨、喷雾干燥、制粒后采用单向模压的方法压制成合适的样坯，将样坯埋入炭黑中，在烧结炉和氢气中渗碳煅烧，煅烧温度为1400-1500℃，煅烧时间为80-90min，得到WC-Co梯度结构硬质合金。 

2.如权利要求1所述的螺杆钻用轴承，所述粘结合金优选的组成为：Ni17.5％，Zn7.5％，Mn24％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％。 

3.如权利要求1所述的螺杆钻用轴承，优选的煅烧温度为1450℃，煅烧时间为85min。 

4.权利要求1所述螺杆钻用轴承的制备方法： 

所述轴承的内套制备过程如下， 

1)生产硬质合金块； 

2)制作内套钢体本体，并制作钎焊时配合使用的衬套； 

3)按一定规则在内套钢体本体表面粘结WC-Co梯度硬质合金块，硬质合金块之间设有缝隙，然后将钢体本体放入相适合的衬套内； 

4)在WC-Co梯度硬质合金块之间的缝隙填充碳化钨粉； 

5)加入粘结合金，粘结合金包括的成分以及重量百分比为Ni17-18％，Zn7-8％，Mn23-25％，余量为铜，且杂质总量不大于0.4％； 

6)烧结的步骤，烧结温度为1500-1550℃，保温3-4h后出炉； 

7)冷却； 

8)机加工； 

9)采用与上述步骤相同的制备过程，制备轴承外套。