В процессе бурения резьбы переводников бурильных труб испытывают высокие контактные нагрузки. При экстремальных нагрузках резьбовое соединение 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-вакуумное(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 резьбовых соединений.
На оборудовании ООО «Ионные Технологии» для ООО "БИТАС" (Россия, Самара) проводятся работы по азотированию резьб переводников бурильных труб. Переводники выполнены из стали 40ХН2МА (AISI 4340, 1.6511), 40ХГМА (1.2312).
АЗОТИРОВАНИЕ СТАЛИ 40ХН2МА (AISI 4340, 1.6511)
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 увеличилась в 2 – 4 раза.
Таблица 1. Характеристики азотированного слоя на стали 40ХН2МА (AISI 4340, 1.6511)
| Поверхностная твердость, HV30, кгс/мм2 | 930 |
| Поверхностная микротвердость, HV5, кгс/мм2 | 970 - 1010 |
| Поверхностная микротвердость, HV0.1, кгс/мм2 | 1040 - 1090 |
| Глубина азотированного слоя по микроструктуре, hм, мм | 0,33 |
| Глубина азотированного слоя по микротвердости, hс, мм | 0,40 |
| Толщина нитридной зоны hн.з., мкм | 6 - 15 |
| Хрупкость по шкале ВИАМ | 1 балл, не хрупкий |
 |
Рисунок 1. Распределение микротвердости по глубине азотированного слоя на стали 40ХН2МА (AISI 4340, 1.6511)
 |  |
| увеличение в 100 раз | увеличение в 500 раз |
Рисунок 2. Микроструктура азотированного слоя на стали 40ХН2МА (AISI 4340, 1.6511)
Стендовые испытания показали, что упрочненные резьбы переводников бурильных труб выдерживали 2-х кратную испытательную нагрузку без деформаций. Дополнительно поверхность металла приобрела антикоррозионные и антифрикционные свойства. В результате многократно повысился эксплуатационный ресурс и рабочие свойства резьбовых переводников, а вероятность спаивания резьбового соединения при высоких контактных нагрузках была исключена.
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.
Почитать подробнее о наших возможностях
-
ЗАКАЗАТЬ АЗОТИРОВАНИЕ
* Узнать можно ли упрочнить вашу деталь?