В процессе бурения резьбы переводников бурильных труб испытывают высокие контактные нагрузки. При экстремальных нагрузках резьбовое соединении переводника и бурильной трубы может спаиваться. Спаивание резьбового соединения крайне нежелательный эффект, так как он существенно усложняет разборку/сборку буровой колонны. Чтобы избежать спаивания переводника с бурильной трубой, поверхность резьб упрочняют методами химико-термической обработки.

На сегодняшний день самой эффективной технологией поверхностного упрочнения сталей является ионно-плазменное азотирование. Ионное азотирование приводит к комплексному улучшению характеристик рабочих поверхностей резьб: повышается твердость, износостойкость, как следствие улучшаются адгезионные свойства, снижается коэффициент трения.  В целом, обработка методами ионного азотирования приводит к многократному продлению ресурса стальных резьб.

На оборудовании ООО «Ионные Технологии» для ООО "БИТАС" (Россия, Самара) проводятся работы по азотированию резьб переводников бурильных труб. Переводники выполнены из стали 40ХГМА (AISI 5135, 1.7034).

 АЗОТИРОВАНИЕ СТАЛИ 40ХГМА (AISI 5135, 1.7034)

Металлографические исследования полученного азотированного слоя показали, что на деталях формируется диффузионный поверхностный слой и нитридная зона, для которых характерны высокая твердость, задиро- и износостойкость. Нижележащий диффузионный слой характеризуется отсутствием хрупкой нитридной сетки. За счёт образования химических соединений – нитридов и карбидов железа и легирующих элементов твёрдость на глубине 0,1 – 0,2 мм увеличилась в 2 – 4 раза.

Таблица 1. Характеристики азотированного слоя на стали 40ХГМА (AISI 5135, 1.7034)

Поверхностная твердость, HV30, кгс/мм2930
Поверхностная микротвердость, HV5, кгс/мм2 970 - 1010
Поверхностная микротвердость, HV0.1, кгс/мм21040 - 1090
Глубина азотированного слоя по микроструктуре, hм, мм0,33
Глубина азотированного слоя по микротвердости, hс, мм0,40
Толщина нитридной зоны hн.з., мкм6 - 15
Хрупкость по шкале ВИАМ1 балл, не хрупкий

 

азотирование стали 40гхмa. график изменения микротвердости по глубине

Рисунок 1. Распределение микротвердости по глубине азотированного слоя на стали 40ХГМА (AISI 5135, 1.7034)

 

азотирование стали 40хгмa, микрофотография, увеличение в 100 раз азотирование стали 40хгмa, микрофотография нитридной зоны, увеличение в 500 раз
 увеличение в 100 раз увеличение в 500 раз

Рисунок 2. Микроструктура азотированного слоя на стали 40ХГМА (AISI 5135, 1.7034) 

Стендовые испытания показали, что упрочненные резьбы переводников бурильных труб выдерживали 2-х кратную нагрузку. Дополнительно поверхность металла приобрела антикоррозионные и антифрикционные свойства. В результате многократно повысился эксплуатационный ресурс и рабочие свойства резьб переводников, а вероятность спаивания резьбового соединения при высоких контактных нагрузках была сведена к минимуму.

Среди методов поверхностного упрочнения, именно технология упрочнения стали в тлеющем разряде является самой современной и передовой. Внедрение и применение химико-термической обработки методом ионно-плазменного азотирования на производствах является хорошим способом оптимизации технологических процессов, снижения издержек и повышения качества выпускаемой продукции. Относительно невысокая стоимость оборудования ионного азотирования, экономичность и безотходность самого процесса, высокое качество упрочнения поверхностей, все это, при умеренных инвестициях, позволяет решать на производствах принципиально новые технические задачи.

очитать подробнее о наших возможностях

 
В процессе бурения резьбы переводников бурильных труб испытывают высокие контактные нагрузки. При экстремальных контактных нагрузках резьбовое соединение спаивается, что существенно усложняет его разборку/сборку. Чтобы снизить вероятность спаивания бурильной трубы с переводником, поверхность резьбы переводника упрочняют методами химико-термической обработки. На оборудовании ООО «Ионные Технологии» для самарского ООО "БИТАС" проводились работы по азотированию переводников бурильных труб, сталь 40ХГМА (AISI 5135, 1.7034).