Повышение долговечности бурового инструмента и деталей горных машин химико-термической обработкой

• Автор: Горожанкин, Виктор Вячеславович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Условия работы бурового инструмента и методы повышения его стойкости против изнашивания природными абразивами

1.1. Свойства горных пород, влияющие на стойкость бурового инструмента

1.2. Методы повышения износостойкости деталей буровых

долот и бурового инструмента

1.3. Возможность повышения абразивной износостойкости

сталей методами химико-термической обработки

1.4. Выводы. Направление исследования

Глава 2. Общая методика экспериментальных исследований

2.1. Обоснование выбора материалов для исследования
2.2. Методика химико-термической обработки образцов долотных сталей
2.3. Методика исследования состава, структуры и физико-механических свойств долотных сталей
2.4. Определение износостойкости и ударной вязкости
образцов нитроцементованных долотных сталей
2.5. Методика проведения эксплуатационных испытаний
буровых долот
2.6. Математическое планирование эксперимента и обработка
экспериментальных данных
Глава 3. Исследование нитроцементации долотных сталей
в высокоактивной комбинированной среде для
повышения абразивной износостойкости
3.1. Анализ процесса совместного насыщения стали азотом и

углеродом при нитроцементации
3.2. Выбор компонентов комбинированной азотистоуглеродной среды для упрочнения долотных сталей
3.3. Насыщающая способность нитроцементующей пасты на
основе аморфного углерода и железосинеродистого калия
3.4. Влияние состава насыщающей среды и режимов нитроцементации на структуру диффузионных слоев долотных сталей
3.5. Влияние нитроцементации на износостойкость и ударную
вязкость нитроцементованных долотных сталей
Глава 4. Разработка технологии упрочнения нитроцементацией деталей бурового инструмента и бурового оборудования для повышения долговечности и работоспособности
4.1. Повышение долговечности лопастных буровых долот для шнекового бурения путем нитроцементации их корпусов
4.2. Упрочнение корпусов шарошек штыревых буровых долот.
4.3. Упрочнение клапанов и клапанных гнезд буровых насосов для повышения их стойкости при гидроабразивном изнашивании
4.4. Перспективы повышения долговечности деталей устройств направленного механического разрушения породы
при отстройке бортов карьеров
Выводы
Библиографический список
Приложения

Введение
Добыча нефти, газа и других полезных ископаемых, которые являются основой экономики страны, требует огромного объема буровых работ. Поэтому все мероприятия, направленные на совершенствование бурового оборудования и инструмента, являются весьма актуальными.
Буровые инструменты - буровые долота различных типов и конструкций - расходуются при проведении буровых работ в очень больших количествах и выпускаются специализированными отечественными заводами миллионами штук. Такое положение во многом является следствием невысокой стойкости буровых долот, как, впрочем, и многих других деталей бурового оборудования.
Для обеспечения работоспособности буровых долот, как шарошечных, так и лопастных, в их конструкции предусмотрено армирование рабочих поверхностей твердосплавными элементами (вставками, пластинками, зубками и т.п.), которые, собственно, и разрушают горные породы в процессе бурения скважин. В общей стоимости таких долот стоимость армирующих элементов составляет основную долю, в несколько раз превышающую стоимость стального корпуса долота.
В процессе работы долот практически всех типов их корпуса изнашиваются во много раз быстрее (на порядок и более) интенсивнее, чем армирующие твердосплавные элементы, в результате чего последние быстро обнажаются и ломаются или выкрашиваются, далеко не вырабатывая заложенного в них ресурса износостойкости. Таким образом, дорогостоящие твердосплавные элементы в существующих конструкциях буровых долот используются нерационально, а долговечность долот определяется износостойкостью их корпусов.
Износостойкость буровых долот, работающих в контакте с абразивными массами, может быть значительно повышена эффективной упрочняющей обработкой, обеспечивающей образование в поверхностных слоях структур, насыщенных большим количеством твердофазных включений (по типу металлокерамических твердых сплавов). Для такого рода упрочнения стальных изделий, выпускающихся в массовых количествах, наиболее рационально использовать

и вакуум-дугового переплавов. Эти стали обладают особо высоким качеством и позволяют значительно повысить показатели работоспособности и долговечности буровых долот. Электрошлаковый переплав позволяет повысить показатели по проходке на 24% и по механической скорости бурения на 10%. Ваку-ум-дуговой переплав долотных сталей повышает показатели изготовленных из них долот по проходке на 12...43% и по механической скорости бурения на 8...44%. В последнее время перечень отечественных долотных сталей (ТУ 3-102-2004) для серийного изготовления шарошек и лап буровых долот включает в себя только стали с электрошлаковым переплавом. Долотные стали 14ХНЗМА-Ш, 15НЗМА-Ш, 17НЗМА-Ш, 19ХГНМА-Ш являются особо высококачественными, и по химическому составу, макро- и микроструктуре и другим свойствам находятся на уровне самых лучших зарубежных долотных сталей [74].
Лопастные буровые долота по конструкции гораздо проще шарошечных долот, и технология их изготовления намного менее затратная. Такие долота изготавливаются многими заводами различных министерств. Лопастные долота изготавливают также на ремонтных предприятиях и даже непосредственно в организациях, производящих буровые работы. Вследствие этого технологические процессы их изготовления и применяемые материалы отличаются большим разнообразием.
Корпуса долот изготовляют цельнолитыми, цельноштампованными, штампованно-сварными, а также изготавливают обработкой на металлорежущих станках из стандартного проката - к точеному корпусу присоединяют с помощью сварки лопасти, вырезанные из листового металла.
Литые корпуса получают преимущественно литьем в земляные формы или литьем по выплавляемым моделям (Верхне-Сергинский и Сарапульский машиностроительные заводы, Щигровское ОАО «Геомаш»). Исходным сырьем для получения отливок корпусов долот служат, как правило, отходы производства [75].