专利名称：高寿命缸套复合强化方法
技术领域：
本发明是涉及钢制工件圆柱状内或外表面处理的一种热扩散方法。
目前作为钢制零件的强化处理方法主要有相变强化和表面合金化强化两大类。相变强化是在加热、冷过程中通过相变改变组织而强化钢体，这种强化程度有一定的局限性，没有质的变化，尤其整体加热处理，还会使工件产生较大的变形，为满足尺寸要求则必须在硬化状态下对工件进行最后机加工，往往这种加工是很困难的。表面合金化强化是利用化学热处理改变钢件表面的化学成分，甚至形成各种新型化合物而强化钢件表面，这种方法可使工件具备许多特殊性能，并有较好的强化效果，但所获硬化层很薄，无法进一步机加工;另外，使用时常常还需要再次强化基体、使之具有较强的支持层，而用普通的加热方法获得硬化层和支持层时均会导致工件变形，这大大限制了其使用范围。说明这两种方法都不能保证工件在无整体变形的情况下，获得有较强基体支持的超硬表层。
实际中，油田钻井用泥浆泵，工作时缸套受高速流动泥浆中砂粒的磨损和腐蚀介质的侵蚀，使其过早失效，欲使缸套有满意的使用效果和较高的工作寿命，必需要求缸套内表面具有较高的耐磨、耐蚀性能，并有一定的整体强度。为此，目前使用的缸套主要是成分各异的高铬铸铁双金属缸套和少量的单金属缸套，其中包括50钢高频淬火缸套，低合金钢渗碳或碳氮共渗淬火缸套。双金属钢套是将淬火态的高铬铸铁内套热镶装于45钢制的外套里，并在硬化态下(HRC60-65)加工内表面，这种缸套是目前使用寿命最高的，一般可达500小时，高者近千小时，但带来的问题是加工困难，生产复杂，废品率高并大量使用高合金材料，因此生产成本很高。各种单金属缸套生产成本较低但其使用寿命也过低，只有300小时左右，难以很好地满足使用要求。
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种在保证工作无整体变形的情况下，获得有较强基体支持的超硬表层的钢制工作圆柱状内或外表面处理的方法。
可采取以下的技术方案实现目的。将渗剂充入高淬钢工件的欲强化圆柱表面与导磁绝缘耐温材料制成的附加套筒形成的密闭空间内，再进行高频加热处理。
结合附图
和实施方式对本技术方案的内容作进一步详述。
附图是一种缸套进行复合强化时的工艺关系示意图。
本复合强化方法特别适宜于高淬透性钢制工件(1)，即空冷可淬火钢，如贝氏体钢、高碳中合金钢等;所用渗剂(2)可以是通常所用、能形成金属间化合物的各种渗剂，如渗钒剂、渗铬剂、渗硼剂、硼铝共渗剂等或其它的渗剂，它们可以是固体、液体或气体，可根据使用需要酌情选定;附加套筒(3)是辅助性构件，它必须采用导磁绝缘耐温材料制造，如采用陶瓷、石英、刚玉之类材料，附加套筒的形状必须与被强化表面的形状相似，以形成均匀的间距，间距的大小及套筒的壁厚，密封的方式等均可酌情选定;高频加热的工艺条件及所用设备等均可按常规进行。本方法不论对哪种高淬钢工件，采用哪种渗剂、附加套筒，如何密封，都必须将渗剂(2)充入高淬钢工件(1)的欲强化圆柱表面与导磁绝缘耐温材料制成的附加套筒(3)形成的密闭空间内，再进行高频加热处理，就可获得较好的表面强化效果。这是由于以高频加热工件的欲强化面，通过热扩散在工作表面形成一种金属间化合物，另外因工件是用高淬透性钢材制成，因而可便硬化层的获得和次表层基体强化同时完成，高频加热又保证了工件不会产生整体变形;又由于渗剂的保护，硬化的工件表面洁净而光滑。
这里所说的工件，当然也应是在强化前，经过清铸缸坯、软化退火、粗机加工、精机加工、珩磨内孔等工序，已加工好的构件，这和现有技术没有差异。
例，采用本复合强化方法加工钻井用泥浆泵缸套的内表面时，将渗剂(2)充入高温钢工件(1)的欲强化圆柱内表面与导磁绝缘耐温材料制成的附加套筒(3)间均匀相距5-10mm，以面火泥(4)封者两端形成的密闭空间内，再在淬火机床上对套筒内表面进行10分钟高频加热后，在箱式炉中200℃回火两小时，冷却后拆去套筒及渗剂，珩磨内孔，即得成品。这种方法处理泥浆泵缸套，内表面形成180μm厚含硼铝金属间化合物层、硬度大于HV1450(相当于HRC70以上)，次表层基体硬度大于HRC53，而且可大幅度降低生产成本，简化生产工艺，使缸套寿命提高到1450小时以上。此时采用硼铝共渗剂，工件以轧辊钢(0.5C，0.65Sl，0.25Mn，1.3Cr，0.8Al，余Fe)制造，刚玉附加套筒的壁厚2-4mm。
本强化方法相对现有技术具有如下优点1、表面形成高硬度合硼铝金属间化合物层与次表层基体强化同时完成，且被强化表面光滑、接近处理前原加工表面光洁度，因此具有极高的耐磨性和耐蚀性。
2、工件整体不会变形;
3、成本降低，寿命提高，几乎无废品，以简单的生产工艺制造符合使用要求的单金属缸套，经济效果十分明显。
4、特别适宜于钻井泥浆泵缸套的内表面强化处理。
权利要求
1.一种高寿命缸套复合强化方法，其特征主要在于它将渗剂充入高淬钢工件的欲强化圆柱表面与导磁绝缘耐温材料制成的附加套筒(3)形成的密闭空间内，再进行高频加热处理。
2.如权利要求1所述的高寿命缸套复合强化方法，其特征在于它将渗剂(2)充入高淬钢工件(1)的欲强化圆柱内表面与导磁绝缘耐温材料制成的附加套筒(3)间均匀相距5-10mm、以耐火泥(4)封堵两端形成的密闭空间内，再进行5-15分钟高频加热后，在200℃回火两小时，冷却后拆去附加套筒及渗剂，珩磨内孔即得成品。
全文摘要
本发明是涉及钢制工件圆柱状内或外表面处理的一种热扩散方法。它将渗剂充入高淬钢工件的欲强化圆柱表面与附加套筒形成的密闭空间内，再进行高频加热处理。这种方法可使表面形成高硬度金属间化合物层与次表层基体强化同时完成，具有极高的耐磨性和耐蚀性；工件整体不会变形，成本降低，寿命提高；特别适宜于钻井用泥浆泵缸套内表面的强化处理。
文档编号C23C12/02GK1099070SQ9310972
公开日1995年2月22日 申请日期1993年8月14日 优先权日1993年8月14日
发明者宋晓锐, 李志立, 黄长嘉, 辛化 申请人:宋晓锐