杆用接箍的制作方法

本申请要求于2014年6月5日提交的美国临时专利申请序列号No.62/008,324以及于2014年10月17日提交的美国临时专利申请序列号No.62/065,275的优先权。上述申请的全部内容以引用方式并入本文。

背景技术：

本公开涉及由亚稳硬化的铜合金制成的接箍。接箍尤其可用于连接抽油杆以作为动力源与泵之间的连接，并且也可用于油气工业中所使用的其他接箍，如光杆接箍或变径接箍。

烃类开采装置通常包括用于从地下储层中开采烃类的泵、用于向泵提供动力的动力源、以及连接动力源和泵的抽油杆举升系统。抽油杆举升系统包括通过接箍连接在一起的一系列抽油杆。抽油杆和接箍通过公扣-母扣(pin-and-box)的螺纹连接而接合在一起。因粘扣而导致的螺纹连接损伤(由滑动面之间的粘合所致的磨损)会损害接头的机械完整性，并会导致动力源与泵之间的连接失效。此外，抽油杆举升系统在管道中进行操作。因接箍外表面与管道的内表面之间的重复接触而造成的管道损伤会降低管道的机械完整性，从而导致由管道输送的烃类泄漏至环境中。这种泄漏会有效地使泵送操作停止，并常常会导致进行极为昂贵的额外操作以纠正这种故障。

抽油杆接箍和类似接箍所需的特性包括高抗拉强度、高疲劳强度、高断裂韧性、耐粘扣性和耐腐蚀性。常规的接箍通常由钢或镍合金构成，其并不充分具备优选的固有特性，尤其是耐粘扣性。通常会对由钢或镍合金制成的接箍、以及内部设置有接箍的管道的内部进行昂贵的表面处理以提高耐粘扣性。这些表面处理最终会磨损失去，并且在部件的使用寿命期间内必须定期地重复施加表面处理以使表面处理有效。

有利的是研制出具有更高的固有耐粘扣性以及其他有利性质的新型抽油杆接箍。

技术实现要素：

本发明涉及由亚稳硬化的铜合金制成的接箍，更具体而言为抽油杆接箍。接箍具有包括高抗拉强度、高疲劳强度、高断裂韧性、耐粘扣性和耐腐蚀性在内的性质的独特组合。这种性质的组合使得使用了这种接箍的泵系统(例如，抽油杆和管道)中的接箍和其他部件的破坏性损伤的发生得以延迟，同时在烃类回收操作中提供机械功能。这种性质的组合还延长了这些部件的有效使用寿命，并大幅降低用于开采烃类的设备的成本。本公开的一些接箍特别被形成为其外表面包括至少一个凹槽，从而不会使液体流动受阻。

本文在各种实施方案中公开了用于抽油杆的接箍，其包含亚稳硬化的铜-镍-锡合金，该合金包含约8重量％至约20重量％的镍、约5重量％至约11重量％的锡，余量为铜，其中该合金的0.2％补偿屈服强度为至少75ksi。接箍由具有第一端部和第二端部的芯体形成，每个端部具有内螺纹。该芯体的外表面包括至少一个由第一端部延伸至第二端部的凹槽。

在更具体的实施方案中，铜-镍-锡合金可包含约14.5重量％至约15.5重量％的镍、约7.5重量％至约8.5重量％的锡，余量为铜。该合金的0.2％补偿屈服强度可以为至少85ksi，或至少90ksi，或至少95ksi。

在具体的实施方案中，接箍的合金的0.2％补偿屈服强度可为至少95ksi，室温下的夏比V型缺口冲击能量可以为至少22ft-lb。或者，接箍的合金的0.2％补偿屈服强度可为至少102ksi，室温下的夏比V型缺口冲击能量可为至少12ft-lb。或者，接箍的合金的0.2％补偿屈服强度可为至少120ksi，室温下的夏比V型缺口冲击能量可为至少12ft-lb。

位于接箍的第一端部和第二端部的内螺纹可具有相同的母螺纹尺寸。或者，对于变径接箍，位于第一端部和第二端部的内螺纹可具有不同的母螺纹尺寸。

有时，钻孔穿过芯体并由第一端部延伸至第二端部，各端部的内螺纹均位于该钻孔内。接箍的各端部还可包括位于端面处的镗孔(counterbore)。

可通过辊轧成形来形成内螺纹。接箍的内螺纹的洛氏C硬度(HRC)可为约20至约40。可通过冷加工和亚稳硬化来形成接箍。

在接箍的一些实施方案中，所述至少一个凹槽沿着与纵向轴平行的方向由第一端部延伸至第二端部。在其他实施方案中，所述至少一个凹槽以螺旋方式由第一端部延伸至第二端部，换言之，所述至少一个凹槽在外表面上盘旋。凹槽(一个或多个)可具有弓形截面或四边形截面。

在特定实施方案中，接箍的第一端部和第二端部向下渐缩(即，各端部处的直径小于接箍中心处的直径)。例如，端部可以线性方式或抛物线方式渐缩。

本文还披露了抽油杆柱，包括：第一杆和第二杆，每个杆均包括具有公扣的端部，其中所述公扣具有外螺纹；以及具有本文中上述结构的接箍。接箍的第一端部的内螺纹与第一杆的外螺纹互补，并且接箍的第二端部的内螺纹与第二杆的外螺纹互补。同样的，接箍包含亚稳硬化的铜-镍-锡合金，该亚稳硬化的铜-镍-锡合金包含约8重量％至约20重量％的镍、约5重量％至约11重量％的锡，余量为铜，其中该合金的0.2％补偿屈服强度为至少75ksi。

本文还披露了泵系统，包括：井下泵；用于向井下泵提供动力的动力源；以及位于井下泵和动力源之间的抽油杆柱；其中抽油杆柱包括：第一杆和第二杆，每个杆均包括具有公扣的端部，所述公扣具有外螺纹；以及本文中上述的接箍。

本文在各实施方案中还披露了用于抽油杆的接箍，其包含亚稳硬化的铜-镍-锡合金，该合金包含约8重量％至约20重量％的镍、约5重量％至约11重量％的锡，余量为铜，其中该合金的0.2％补偿屈服强度为至少75ksi。

在更具体的实施方案中，铜-镍-锡合金可包含约14.5重量％至约15.5重量％的镍、约7.5重量％至约8.5重量％的锡，余量为铜。该合金的0.2％补偿屈服强度为至少85ksi，或至少90ksi，或至少95ksi。

在具体的实施方案中，接箍的合金的0.2％补偿屈服强度可为至少95ksi，室温下的夏比V型缺口冲击能量为至少22ft-lb。或者，接箍的合金的0.2％补偿屈服强度可为至少102ksi，室温下的夏比V型缺口冲击能量为至少12ft-lb。或者，接箍的0.2％补偿屈服强度可为至少120ksi，室温下的夏比V型缺口冲击能量为至少12ft-lb。

接箍可包括具有第一端部和第二端部的芯体，各端部均包含内螺纹。位于第一端部和第二端部的内螺纹可具有相同的母螺纹尺寸。或者，对于变径接箍，位于第一端部和第二端部的内螺纹可具有不同的母螺纹尺寸。

有时，钻孔穿过芯体并由第一端部延伸至第二端部，各端部的内螺纹均位于该钻孔内。接箍的各端部还可包括位于端面处的镗孔。

可通过辊轧成形来形成内螺纹。接箍的内螺纹的洛氏C硬度(HRC)可为约20至约40。可通过冷加工和亚稳硬化来形成接箍。

本文还披露了抽油杆柱，包括：第一杆和第二杆，每个杆均包括具有公扣的端部，其中所述公扣具有外螺纹；以及接箍，该接箍包括具有第一端部和第二端部的芯体，各端部均包含内螺纹；其中接箍的第一端部的内螺纹与第一杆的外螺纹互补，并且接箍的第二端部的内螺纹与第二杆的外螺纹互补；并且其中接箍包含亚稳硬化的铜-镍-锡合金，该亚稳硬化的铜-镍-锡合金包含约8重量％至约20重量％的镍、约5重量％至约11重量％的锡，余量为铜，其中该合金的0.2％补偿屈服强度为至少75ksi。

本文还披露了泵系统，包括：井下泵；用于向井下泵提供动力的动力源；以及位于井下泵和动力源之间的抽油杆柱；其中抽油杆柱包括：第一杆和第二杆，每个杆均包括具有公扣的端部，所述公扣具有外螺纹；以及接箍，该接箍包括具有第一端部和第二端部的芯体，各端部均包含内螺纹；其中接箍的第一端部的内螺纹与第一杆的外螺纹互补，并且接箍的第二端部的内螺纹与第二杆的外螺纹互补；并且其中接箍包含亚稳硬化的铜-镍-锡合金，该亚稳硬化的铜-镍-锡合金包含约8重量％至约20重量％的镍、约5重量％至约11重量％的锡，余量为铜，其中该合金的0.2％补偿屈服强度为至少75ksi。

下面将更具体地披露本发明的这些特征和其他非限制性特征。

附图说明

下面为附图简要说明，这些说明是为了示出本文所披露的示例性实施方案，而并非是为了对其加以限制。

图1为本公开的泵系统的一个实施方案的示意性图示。

图2示出了具有两个抽油杆的抽油杆接箍的啮合的截面视图。

图3A为示出了抽油杆接箍的内部的截面视图。

图3B为示出了变径接箍的内部的截面视图。

图4为本公开的示例性抽油杆接箍的俯视图(即，沿纵轴向下看)，该示例性抽油杆接箍在芯体的外表面上具有四个凹槽。该凹槽具有弓形截面。

图5为沿图4中的平面AA截取得到的接箍的侧面外视图。凹槽与纵轴平行并在接箍的两个端部之间延伸。接箍的末端以线性方式渐缩。

图6为沿图4中的平面BB截取得到的接箍的侧面截面视图。该接箍包括镗孔和内螺纹。

图7为沿图4中的平面AA截取得到的另一接箍的侧面外视图。该接箍具有相同的俯视图，但是其具有不同的外视图。此处，接箍的端部以抛物线方式渐缩。

图8为本公开的另一个抽油杆接箍的俯视图，其具有位于芯体的外表面上的四个凹槽。这些凹槽具有螺旋形或螺旋状(spiral or helical)截面。

图9为沿图8中的平面CC截取得到的接箍的侧面外视图。凹槽具有螺旋状截面，即相对于在接箍的两个端部之间延伸的纵轴呈一定的角度。接箍的端部以线性方式渐缩。

图10为本公开的另一个抽油杆接箍的俯视图，其具有位于芯体的外表面上的六个凹槽。这些凹槽具有四边形截面。

图11为根据本公开的铜合金制抽油杆接箍的一个端部的照片。

图12为示出了在根据本公开的铜合金制接箍的内螺纹中测量得到的硬度的照片(50x)。

图13为示出了整个螺纹的晶粒结构的50倍放大的显微照片。

图14为示出了螺纹的顶端的晶粒结构的100倍放大的显微照片。

图15为示出了螺纹中心处的晶粒结构的100倍放大的显微照片。

图16为示出了螺纹根底的晶粒结构的100倍放大的显微照片。

图17为示出了螺纹侧面的晶粒结构的200倍放大的显微照片。

具体实施方式

参照附图可更完整地理解本文所公开的部件、方法和装置。为了便于和易于说明本发明，这些附图仅是示意性表示，因此并非旨在表示所述设备或其部件的相对大小和尺寸，和/或限定或限制示例性实施方案的范围。

尽管为了清楚起见，在以下的描述中使用了特定术语，这些术语旨在仅指代被选择在附图中举例说明的实施方案的具体结构，并非旨在限定或限制本公开的范围。在附图和下面的描述中，应理解类似的数字标号指代的是具有类似功能的部件。

除非上下文中另有明确说明，否则单数形式的“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物的情况。

本说明书和权利要求书中所用的用语“包括”可包括“由…构成”和“基本上由…构成”的实施方案。如本文中使用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“有”、“能够”、“含有”及其变化形式旨在表示开放式的连接短语、术语或词语，其要求具有所提到的成分/步骤，并且允许具有其他成分/步骤。然而，这种描述应被解释为还描述了组合物或方法“由所列举的成分/步骤组成”和“基本上由所列举的成分/步骤组成”的情况，其允许仅具有所指出的成分/步骤，以及任何可能由此产生的杂质，并排除了其他成分/步骤。

在本申请的说明书和权利要求书中的数值应被理解为：包括减少到相同有效数字位数时相同的数值、以及与所述值之间的差值小于本申请中所述类型的用以确定该值的常规测量技术的试验误差的数值。

本文中所披露的全部范围均包括所列的端值，并且是可独立组合的(例如，范围“2g至10g”包括端值2g和10g，并且包括全部的中间值)。

可使用术语“约”以包括可发生改变而不会使其基本功能发生改变的任何数值。当“约”与范围一同使用时，“约”还披露了两个端点的绝对值所限定的范围。例如，“约2至约4”也披露了范围“2至4”。术语“约”可指所指示数值±10％。

本发明涉及由亚稳强化的铜系合金制成的接箍。本公开的铜合金可为这样的铜-镍-锡合金，该合金具有强度、延展性、高应变率、断裂韧性和防粘扣性的组合。更具体而言，接箍设计为用于油气工业中、尤其用于烃类开采系统中的机械采油接箍、抽油杆接箍或变径接箍。

图1示出了泵系统100的各种部件。该系统100具有步进梁122，该步进梁122使抽油杆柱124进行往复运动，该抽油杆柱124包括光杆部分125。抽油杆柱124悬挂于该步进梁，以使设置于井128的底部的井下泵126运行。

步进梁122转而通过由曲柄130进行往复运动的连接杆臂而运行，其中该曲柄130由动力源132(例如，电动机)驱动，该动力源132通过齿轮箱134等齿轮减速机构与曲柄130相连。动力源可为三相交流感应电动机或同步电动机，并且用于驱动泵单元。齿轮箱134将电动机转矩变为低速但高转矩输出以驱动曲柄130。曲柄130配有配重136，该配重136起到了使悬挂于梁122的抽油杆柱124平衡的作用。也可通过气缸(如气动平衡单元中的那些气缸)来提供抗衡。皮带传动泵单元(belted pumping unit)可使用沿着与杆的冲程相反的方向运动的配重或者使用气缸以实现抗衡。

井下泵126可为往复式泵，其具有连接至抽油杆柱124的末端的活塞138、以及连接至井128中的油管的末端的泵筒140。活塞138包括游动阀142和位于泵筒140的底部的固定阀144。在泵的上行冲程中，游动阀142关闭并将液体(例如，油和/或水)抬至高于活塞138并达到井的顶部，并且固定阀144打开并使储层中的另外的液体流进泵筒140中。在下行冲程中，游动阀142打开并且固定阀144关闭以为下一循环做准备。控制泵126的运行，使得泵筒140中所维持的液面足以将抽油杆柱124的下端在全部冲程中均保持于液体中。抽油杆柱124被管道111包围，管道111进而被套筒110包围。位于光杆部分125下方的抽油杆柱124由通过抽油杆接箍123连接在一起的抽油杆制成。

图2为示出了两个抽油杆210、220与抽油杆接箍之间的啮合的侧视图。各抽油杆210、220包括杆体212、222以及杆端部214、224(每个杆仅示出了一个端部)。杆端部包括：外螺纹公扣(或阳螺纹接头)216、226；肩218、228，其适于与接箍的端面相邻接；以及打头219、229，其通过用于扭转和旋紧抽油杆的工具能够被啮合。

抽油杆接箍230本身为具有第一端部234和第二端部236的芯体232，各端部对应于母扣且具有用于啮合抽油杆的公扣的内螺纹(即，阴螺纹接头)238、240。芯体大致呈圆柱状，其长度大于直径。各端部具有与抽油杆的肩邻接的端面235、237。如本图所示，钻孔242沿着芯体的纵轴完全延伸穿过芯体并由第一端部234延伸至第二端部236。两个内螺纹238、240位于钻孔的表面，并且虚线示出了两个端部在钻孔中心处相遇的位置。此处，两个内螺纹具有相同的母螺纹尺寸，并且与抽油杆的外螺纹互补。在2010年5月发布的API Specification 11B,27版中对抽油杆和抽油杆接箍的各部分的尺寸进行了说明。

图3A提供了抽油杆接箍230的截面视图，图3B为变径接箍250的截面视图。图3A的抽油杆接箍230包括位于各端面235、237的镗孔252、254。换言之，内螺纹并非如图2中那样一直延伸至端面。此处，如附图标记244、246所示，两个内螺纹具有相同的母螺纹尺寸。此外直线260示出了纵轴。

图3B中的变径接箍250具有与抽油杆接箍相同的结构，但是不同之处在于：如附图标记256、258所示，第一端部234的母螺纹尺寸不同于第二端部236的母螺纹尺寸。纵轴也由直线260示出。

在具体实施方案中，图2和图3A的抽油杆接箍230、以及图3B的变径接箍250分别具有基本上平滑的弯曲外表面262和264。换言之，在这些接箍的长度方向上，外径保持恒定，使得弯曲外表面262和264是均匀的。在具体实施方案中，这些接箍的外径并不显著大于抽油杆的外径。

图4-6披露了这种接箍的其他变体。更具体而言，这些接箍的外径大于抽油杆的外径。这防止了抽油杆接触包围抽油杆柱的生产油管(即，图1的管道111)。图4为俯视图。图5为沿图4中的平面AA截取得到的外视图。图6为沿图4中的平面BB截取得到的截面视图。

首先参见图4，接箍430由芯体432形成。芯体的截面基本上呈环状，钻孔442沿着纵轴穿过整个芯体。芯体的外表面462具有至少一个凹槽。此处，示出了四个凹槽471、472、473和474。芯体的内径425也对应于钻孔的直径，并且芯体还具有外径427。各凹槽具有深度475，其是相对于芯体的外径测量得到的。各凹槽可具有任何所需的深度，并且可具有任何数量的凹槽，只要有足够的芯体材料支持接合至接箍的杆即可。在具体实施方案中，凹槽深度475与外径427和内径425之间的差值的比例至多为二分之一。在具体实施方案中，存在多个凹槽，并且这些凹槽在芯体的周长上以大致均匀的间隔分隔开。

预期接箍有利地接触任何生产油管，而抽油杆并不会接触生产油管，这样便减轻了抽油杆的磨损。实现这一目的的一种方法是提高抽油杆接箍的外径。然而，这会阻止生产油管内的液体流动。凹槽的存在提供了液体流动的通路，降低了接箍的截面积，并减少了因接箍的使用而造成的任何液体流动阻力。

现在参见图5的外视图，接箍具有第一端部434和第二端部436，以及中部428。第一端部434和第二端部436向下渐缩，即，中部428的直径大于接箍各端部处的直径。这里，术语“渐缩”仅指由中部至各端部直径减小，并非要求直径以给定方式改变。在图5中，芯体的端部以线性方式渐缩，即，以直线方式渐缩。凹槽471和472同样可见。也绘制了纵轴460供参考(虚线)。

现在参见图6的截面视图，接箍的各端部434、436对应于母扣并且具有用于啮合抽油杆的公扣的内螺纹(即，阴螺纹接头)438、440。各端部具有与抽油杆的肩邻接的端面435、437。钻孔442沿着芯体的纵轴460完全穿过芯体并由第一端部434延伸至第二端部436。两个内螺纹438、440均位于钻孔的表面上。此处，两个内螺纹具有相同的母螺纹尺寸。镗孔452、454位于各端部434、436，其中内螺纹并未一直延伸至端面。

图7为抽油杆接箍的另一实施方案。此处，接箍430具有与图4中所示相同的俯视图，但是其端部434、436以抛物线方式渐缩，而非以线性方式渐缩。当由侧面观察时，由中部至各端部的转变呈弓形。仍可见凹槽471和472。

图8和图9示出了本公开的另一方面。图8为俯视图，图9为沿图8的平面CC截取得到的侧视图。此处，凹槽并未沿着与纵轴460平行的方向延伸。而是凹槽471、472以螺旋的方式由第一端部434延伸至第二端部436，或者换言之，以类似于螺钉上的螺纹的方式，以螺旋方式由周长的一侧延伸至周长的另一侧。可根据需要改变由凹槽的一个完整旋转所覆盖的纵轴方向上的距离(也称为导程)。

最后，图10示出了本公开的又另一方面。可根据需要改变凹槽的截面，同样地，只要有足够的芯体430的材料支持接合至接箍的杆即可。此处在图10中，凹槽471具有由三条侧边481、482和483形成的四边形截面(第四条侧边为由虚线表示的芯体的周长)。相对比，图4中的凹槽具有弓形截面。

总体上，用于形成本公开的接箍的铜合金在再加热之前经过了冷加工，以进行微观组织的亚稳分解。冷加工是以机械方式通过塑性变形改变金属的形状或尺寸的方法。这可以通过金属或合金的轧制、拉拔、挤压、旋压、挤出或顶煅来实现。当金属发生塑性变形时，材料内发生了原子的位错。具体地，位错跨越金属晶粒发生或在金属晶粒内发生。位错彼此交叠，并且材料内的位错密度增加。交叠位错的增加使得进一步的位错移动更加困难。这增加了所得合金的硬度和抗拉强度，同时通常降低了合金的延展性和冲击性能。冷加工还提高了合金的表面光洁度。机械冷加工通常在低于合金的再结晶点的温度下进行，通常是在室温下进行。

亚稳时效/分解是一种这样的机制，通过该机制，多种成分可以分成具有不同的化学组成和物理性质的不同区域或微观组织。特别地，位于相图中心区域的具有体相组成(bulk composition)的晶体发生脱溶。位于本公开合金表面的亚稳分解导致表面硬化。

亚稳合金结构由原始相在特定温度下分离而产生的均匀两相混合物和在高温下产生的称为溶混间隙的组合物构成。合金相自发分解为其他相，其中晶体结构保持相同，但在结构中的原子被修饰但在尺寸上保持相似。亚稳硬化增强了基体金属的屈服强度，并包括高度均匀的组成和微观组织。

在大多数情况下，亚稳合金在其相图中表现出被称为溶混间隙的异常。在溶混间隙的相对较窄的温度范围内，在现有的晶格结构中发生原子排序。所产生的两相组织在远低于所述间隙的温度下是稳定的。

本文中所使用的铜-镍-锡合金通常包含约9.0重量％至约15.5重量％的镍、约6.0重量％至约9.0重量％的锡，余量为铜。该合金可被硬化，并且更易于形成能够用在各种工业和商业应用中的高屈服强度产品。这种高性能合金被设计为具有与铜-铍合金相似的性质。

更具体而言，本公开的铜-镍-锡合金包含约9重量％至约15重量％的镍和约6重量％至约9重量％的锡，余量为铜。在更具体的实施方案中，铜-镍-锡合金包含约14.5重量％至约15.5重量％的镍和约7.5重量％至约8.5重量％的锡，余量为铜。

铜-镍-锡三元亚稳合金表现出了有益的性能组合，如高强度、优异的摩擦学特性、以及海水和酸性环境中的高耐腐蚀性。基体金属的屈服强度增加可以通过铜-镍-锡合金的亚稳分解而得到。

铜合金可包含铍、镍和/或钴。在一些实施方案中，铜合金含有约1重量％至5重量％的铍，并且钴和镍的总和在约0.7重量％至约6重量％的范围内。在具体实施方案中，合金包含约2重量％的铍和约0.3重量％的钴和镍。其他的铜合金实施方案可包含在约5重量％和7重量％之间的范围内的铍。

在一些实施方案中，铜合金含有铬。铬的含量可小于合金的约5重量％，包括约0.5重量％至约2.0重量％、或者约0.6重量％至约1.2重量％的铬。

在一些实施方案中，铜合金含有硅。硅的含量可小于5重量％，包括约1.0重量％至约3.0重量％、或者约1.5重量％至约2.5重量％的硅。

本公开的合金可任选地包含少量的添加剂(例如，铁、镁、锰、钼、铌、钽、钒、锆及其混合物)。添加剂的含量可为至多1重量％，适当的含量为至多0.5重量％。此外，可存在少量的天然杂质。可存在少量的其他添加剂，如铝和锌。其他元素的存在可具有进一步提高所得合金的强度的效果。

在一些实施方案中，为了降低合金的氧含量，会在初始合金的形成过程中添加一些镁。所形成的氧化镁可从合金块体中除去。

在具体实施方案中，接箍的内螺纹通过辊扎成形而形成，而非通过切削形成。该方法似乎拉长了位于螺纹外表面的晶粒。经发现，辊扎螺纹能够抵抗滑扣的发生，这是因为剪切破坏一定发生于晶粒之间，而非发生于晶粒本身。这种冷加工方法还提供了额外的强度和抗疲劳性。由此，内螺纹的洛氏C硬度(HRC)可为约20至约40。HRC可在全部螺纹范围内发生改变，该表述不应理解为要求全部螺纹具有相同的HRC。在具体实施方案中，螺纹的HRC的最小值为22。螺纹的外表面的HRC为至少35。

用于制造本公开的接箍的合金的0.2％补偿屈服强度可为至少75ksi，包括至少85ksi、或至少90ksi、或至少95ksi。

用于制造本公开的接箍的合金可具有如下表1所示的0.2％补偿屈服强度和室温夏比V型缺口冲击能量的组合。这些组合对于本公开的铜合金而言是独特的。用于进行这些测量的测试样品纵向排布。所列数值为最小值(即，至少为所列数值)，并且有利的是，补偿屈服强度和夏比V型缺口冲击能量的数值高于这里所列的组合。换言之，合金所具有的0.2％补偿屈服强度和室温夏比V型缺口冲击能量的组合等于或高于这里所列的数值。

表1

表2提供了适合本公开的用于抽油杆接箍或变径接箍的铜系合金的另一示例性实施方案的性质。

表2

可通过使用本领域已知的铸造和/或模制技术制造本发明的杆接箍。

由亚稳分解的铜合金制成的接箍独特地具有高抗拉强度和疲劳强度与高断裂韧性、耐粘扣性和耐腐蚀性的组合。这种独特的性质组合使得接箍满足了所需的基本机械和腐蚀特性，同时可靠地保护系统部件发生粘扣损坏，从而极大地延长了系统的寿命并降低了发生不可预期的故障的风险。

在通过潜油电动机提供动力的机械采油泵的传动轴中，使用了另一种类型的机械采油接箍，其中该潜油电动机设置于井眼中，或者设置于井眼的外部。接箍用于将泵传动轴的各部分接合在一起，并将传动轴接合至马达以及泵轮。这些接箍还包括键槽特征(keyway feature)，其能够确保部件之间的牢固连接。该键槽特征可提高局部应力，并且成为扭转载荷下的裂痕的潜在来源，尤其是当开启马达时更是如此。通过使用具有高应变率和断裂韧性的本公开的铜合金可减少这种故障。

提供如下实施例以示出本公开的接箍、方法和性质。这些实施例仅仅是示意性的，并且并不旨在将本公开限制为本文所列出的材料、条件或工艺参数。

实施例

由亚稳硬化铜合金制造两个抽油杆接箍。所述铜合金为15.1重量％的镍、8.2重量％的锡、0.23重量％的锰，并含有小于0.05重量％的Nb、小于0.02重量％的Zn和Fe，以及小于0.01重量％的Mg和Pb。铜合金的0.2％补偿屈服强度为102ksi，极限抗拉强度为112ksi。根据API Specification 11B，接箍的标称尺寸为1英寸。使用螺丝攻进行操作以通过辊轧形成螺纹。图11为接箍的一端的照片。

进行破坏性试验。将样品对半锯开，将螺纹固定并抛光以供分析。在该部分的不同位置处进行硬度试验。图12为示出了测量值的照片。上面的数值为测量的维氏硬度(HV)，下面的数值为洛氏C硬度(HRC)(由HV转化得到)。由此可看出，HRC由螺纹内部的低数值(21.7)转变为螺纹外表面的高数值(38.7)。

螺纹外表面的所有HRC数值均高于35。平均晶粒尺寸为23微米。螺纹外表面的晶粒被拉长。

图13至17为样品的各种显微照片。图13为示出了整个螺纹的晶粒结构的50倍放大的显微照片。图14为示出了螺纹的顶端的晶粒结构的100倍放大的显微照片。图15为示出了螺纹中心处的晶粒结构的100倍放大的显微照片。图16为示出了螺纹根底的晶粒结构的100倍放大的显微照片。图17为示出了螺纹侧面的晶粒结构的200倍放大的显微照片。

应该理解的是，上述公开的变化形式和其他特征和功能或其替代方式，可以组合成许多其他不同的系统或应用。本领域技术人员后续可作出目前未预见或未预期的各种替代方式、修改、变化形式或改进，这也旨在由所附权利要求所涵盖。