1.本发明涉及缸套加工技术领域，尤其涉及一种泥浆泵缸套的制备方法。
背景技术：2.随着经济的发展和生活水平的提高，能源的消耗也不断增加。在可预见的将来新兴能源尚不能代替煤炭、石油、天然气等化石燃料，占据能源消耗的主导地位。随着石油、天然气开采难度的日趋增大，钻井深度的日益增加，钻探工况日趋复杂，对石油和天然气开采所用的设备更高要求。缸套是石油钻采领域泥浆泵设备的主要易损件之一，其使用寿命直接影响油田开发钻井速度及钻井施工的安全。
3.泥浆泵缸套通常采取调质或者正火+高温回火处理，然后机加工至图纸要求尺寸。随着钻井深度的提高，施工难度加大，泥浆泵设备的压力越来越高，对泥浆泵易损件的技术要求也越来越高。目前国内的主流缸套为普通高铬铸铁双金属缸套和陶瓷缸套。普通高铬铸铁双金属缸套因为硬度及韧性不高，在与活塞所组成的摩擦副中，有高压泥浆、高硬度沙砾为介质的情况下，使用寿命通常在400-600小时，陶瓷缸套价格高昂，因为内套和外套材质差异过大，容易发生内外套脱落、外套开裂等问题，这样严重影响了钻井施工进度。而提高缸套的使用寿命越来越成为石油钻采行业急需解决的技术难题，更尤其是近些年来我国急需开发的页岩气石油钻井方面。石油钻井泥浆泵双金属钢套，在产品的使用寿命方面大约为800~1200小时，比普通型双金属缸套有了较大幅度的提高，能够极大减少钻采时设备的停机整修时间，为钻井施工的安全及高效运行提供保障。
4.热处理是改善金属材料的力学性能的有效手段，根据材料材质、尺寸大小及性能要求的不同，可采用不同的热处理方法以达到不同要求的技术指标。
5.磁场热处理作为一个新兴的热处理领域，国外科学家早在上个世纪就对磁场热处理进行了初步研究。随着国内科技的进步，二十世纪六十年代，我国的科研人员在磁场热处理方面也展开了广泛的研究与应用。
6.磁场作为一种新型的冷物理场，在材料研究领域得到了日益广泛的重视。磁场的实质是一种能量的传递过程，这一特点与传统的能量场（如温度、应力场等）类似，但与传统的能量场相比，磁场的作用机理又有所不同。
7.在磁场的作用下，用于改善各种金属材料力学性能的热处理方法称为磁场热处理。磁场热处理可用于各种结构钢、工具钢、不锈钢等。
技术实现要素：8.本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种泥浆泵缸套的制备方法，目的是提高缸套的使用寿命。
9.基于上述目的，本发明提供了一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工；所述缸套内胆为金属内胆或陶瓷内胆；步骤二、对粗加工后的缸套内胆进行热处理；其中，当缸套内胆为金属内胆时，所
述热处理是在热处理淬火和/或热处理回火时通入磁场，以通过形变形成具有位错胞的马氏体组织，并增加碳化物的析出；步骤三、对步骤二磁场热处理后的缸套内胆进行加工打磨；步骤四、将缸套外套加热到400-500℃后与打磨后的缸套内胆经镶装和机加工后得到所述泥浆泵缸套。
10.本发明通过采用特殊的磁场热处理工艺，在保证韧性不降低的情况下，能够将缸套的内表面硬度提升到63-64hrc，并且其余力学性能也有明显提升。
11.优选的，所述磁场热处理淬火的方法是将粗加工后的缸套内胆加热到1000-1050℃，保温60-120min，之后淬火至室温；在淬火的同时，通入磁场强度不小于0.1t的交变磁场或者直流恒磁场。
12.更优选的，所述保温的温度为1050℃，保温时间为120min。
13.更优选的，在淬火的同时；通入磁场强度为0.1-0.5t的交变磁场。
14.优选的，所述磁场热处理回火的方法是将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到500-550℃，保温60-180min，之后空冷至室温，在整个热处理回火过程中通入磁场强度不小于0.1t的交变磁场或直流恒磁场。
15.更优选的，所述保温的温度为550℃，保温时间为180min。
16.更优选的，在整个热处理回火过程中通入磁场强度为0.1-0.5t的交变磁场。
17.作为一种可选的实施形式，所述步骤三中的加工打磨是将磁场热处理后的缸套内胆经车床设备加工后，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
18.作为一种可选的实施形式，所述镶装是通过工装夹具组合缸套内胆和外套，机加工是通过车床设备对缸套外部尺寸进行加工。
19.优选的，当缸套内胆为陶瓷内胆时，步骤四中缸套外套与缸套内胆镶装完成后通入磁场强度不小于0.1t的交变磁场或者直流恒磁场。能够提高缸套外套与陶瓷内胆镶装后的均匀程度，避免产生裂痕，提高硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等性能。
20.本发明中，金属缸套内胆淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，得到马氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高工件的机械性能（刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等）。回火的目的是减少淬火后产生的脆性和内应力，得到所需要的韧性，提高组织的稳定性。热处理过程中通入磁场能通过影响位错和晶界面而影响相变过程。奥氏体晶格发生形变（即晶格畸变），形成位错胞，使马氏体细化并增加位错密度，析出更多碳化物，进一步增加碳化物含量，进而提高缸套的硬度和耐磨性。同时，磁场热处理还能提高缸套内胆组织的均匀程度，改善力学性能。
21.本发明的有益效果：本发明制备的缸套与现有技术缸套相比，内胆表面硬度、耐磨性能得到提升，双金属缸套的硬度从现有58-60hrc提高到63-64hrc，经过实践证明，缸套的使用寿命从现有普通缸套的400-600小时提升至800-1200小时。同时，本发明制备的缸套内胆在韧性及其他力学性能均得到提升。在陶瓷内胆与金属外套进行热镶装的时候，通入交流/直流磁场，使得外套在高温-冷却的过程中，组织更均匀，细腻，析出更多的碳化物，增强金属外套的强度。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为淬火后的金相图；其中，a为淬火不加磁场的金相图；b为淬火时加入交变磁场的金相图；图2为普通热处理缸套内胆和经多种磁场热处理后的缸套内胆的摩擦系数随滑动距离的关系；图3为普通热处理缸套内胆、重新调配合金元素比例的缸套及调配合金元素同时在途中环节加入磁场热处理的缸套内胆经过试验后，损失质量以及磨耗的直方折现图；图4为各种工艺缸套内胆硬度对比图。
24.图中标记为：sc、对比例1的普通热处理缸套内胆；ys1、对比例2制备的缸套内胆；ys2、铸造后仅退火预处理未经其他处理的缸套内胆；a1、实施例5经磁场热处理淬火+热处理回火后的缸套内胆；a2、实施例1经磁场热处理淬火+磁场热处理回火后的缸套内胆；a3、实施例3经直流磁场热处理淬火+直流磁场热处理回火后的缸套内胆。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
26.需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
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包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
27.本发明涉及一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工；步骤二、对粗加工后的缸套内胆进行磁场热处理调质，以通过形变形成具有位错胞的马氏体组织，并增加碳化物的析出（在磁场的帮助下，改善组织结构，析出更多碳化物，提高缸套的硬度和综合耐磨性）；步骤三、对步骤二磁场热处理后的缸套内胆进行加工打磨；步骤四、将缸套外套加热到400-500℃后与打磨后的缸套内胆经镶装和机加工后得到所述泥浆泵缸套。
28.其中，当缸套内胆为金属内胆时，磁场热处理调质包括对粗加工后的缸套内胆依次进行磁场热处理淬火和/或磁场热处理回火的步骤。磁场热处理淬火的方法是将粗加工后的缸套内胆加热到1000-1050℃，保温60-120min，之后淬火至室温；在淬火的同时，通入磁场强度不小于0.1t的交变磁场或者直流恒磁场。磁场热处理回火的方法是将磁场热处理
淬火后的缸套内胆加热到500-550℃，保温60-180min，之后空冷至室温，在整个热处理回火过程中通入磁场强度不小于0.1t的交变磁场或直流恒磁场。通过采用上述特殊的磁场热处理工艺，在保证韧性不降低的情况下，能够将缸套的内表面硬度提升到63-64hrc，并且其他力学性能也有明显提升。下面通过具体的实例进行详细说明。
29.实施例1一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
30.步骤二、缸套内胆磁场热处理调质处理：a、磁场热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1050℃，保温120min，之后淬火至室温，在淬火的过程中通入磁场强度为0.5t的交变磁场。
31.b、磁场热处理回火阶段：将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到550℃，保温180min，之后空冷至室温，在回火过程中通入磁场强度为0.5t的交变磁场。
32.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将磁场热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
33.步骤四、将缸套的外套加热到450℃后，通过工装夹具热镶装内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
34.实施例2一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
35.步骤二、缸套内胆磁场热处理调质处理：a、磁场热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1050℃，保温120min，之后淬火至室温，在淬火的过程中通入磁场强度为0.1t的交变磁场。
36.b、磁场热处理回火阶段：将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到550℃，保温180min，之后空冷至室温，在回火过程中通入磁场强度为0.1t的交变磁场。
37.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将磁场热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
38.步骤四、将缸套的外套加热到400℃后，通过工装夹具热镶装内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
39.实施例3一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
40.步骤二、缸套内胆磁场热处理调质：a、磁场热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1050℃，保温120min，之后淬火至室温，在淬火的同时，通入磁场强度为0.5t的直流恒磁场。
41.b、磁场热处理回火阶段：将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到520℃，保温180min，之后空冷至室温，在回火过程中通入磁场强度为0.5t的直流恒磁场。
42.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
43.步骤四、将缸套的外套加热到500℃后，通过工装夹具组合内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
44.实施例4一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
45.步骤二、缸套内胆磁场热处理调质：a、磁场热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1030℃，保温120min，之后淬火至室温，在淬火的同时通入磁场强度为0.2t的直流恒磁场。
46.b、磁场热处理回火阶段：将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到520℃，保温180min，之后空冷至室温，在回火过程中通入磁场强度为0.2t的直流恒磁场。
47.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
48.步骤四、将缸套的外套加热到450℃后，通过工装夹具组合内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
49.实施例5一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
50.步骤二、缸套内胆热处理调质处理：a、热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1050℃，保温120min，之后淬火至室温。在淬火的同时通入磁场强度为0.5t的交流磁场。
51.b、热处理回火阶段：将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到550℃，保温180min，之后空冷至室温。此步骤不施加磁场。
52.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
53.步骤四、将缸套的外套加热到470℃后，通过工装夹具热镶装内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
54.实施例6本实施例与实施例1的不同点在于，该泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
55.步骤二、缸套内胆热处理调质处理：a、热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1050℃，保温120min，之后淬火至室温。在淬火的同时通入磁场强度为0.5t的直流恒磁场。
56.b、热处理回火阶段：将磁场热处理淬火后的缸套内胆加热到550℃，保温180min，之后空冷至室温。此步骤不施加磁场。
57.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
58.步骤四、将缸套的外套加热到430℃后，通过工装夹具热镶装内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
59.对比例1泥浆泵缸套采用市场常见化学组分配比，通用的正火+高温回火热处理，之后机加工至图纸要求尺寸。
60.对比例2一种泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对缸套内胆进行粗加工：缸套内胆根据图纸要求通过车床加工到合适的尺寸。
61.步骤二、缸套内胆热处理调质处理，不施加磁场：a、热处理淬火阶段：将粗加工后的缸套内胆加热到1050℃，保温120min，之后淬火至室温。
62.b、热处理回火阶段：将热处理淬火后的缸套内胆加热到550℃，保温180min，之后空冷至室温。
63.步骤三、缸套内胆的加工打磨：将热处理后的缸套内胆通过车床设备加工到合适的尺寸，通过内圆磨床打磨至要求的表面粗糙度。
64.步骤四、将缸套的外套加热到450℃后，通过工装夹具热镶装内胆和外套，然后通过车床设备对缸套的外部尺寸进行加工至合适尺寸。
65.性能测试1、分别对淬火磁场热处理后的缸套内胆以及淬火后加磁场热处理后的缸套内胆进行金相测试，结果如图1所示。其中，a为淬火后不加磁场的金相图；b为淬火后加入交变磁场的金相图。结果表明：磁场热处理能通过影响位错和晶界面而影响相变过程。奥氏体晶格发生形变（即晶格畸变），形成位错胞，使马氏体细化并增加位错密度，析出更多碳化物，进而有效提高硬度和耐磨性。
66.2、分别对实施例1、实施例5和对比例1-2进行摩擦试验对比例1的普通热处理缸套内胆和实施例1磁场热处理调质后的缸套内胆的摩擦系数随摩擦距离的关系如图2所示。
67.对比例1的普通热处理缸套内胆和实施例1磁场热处理调质后的缸套内胆经过试验后，损失质量的直方图如图3所示。
68.结果表明，经过磁场热处理后的产品（缸套内胆），相较于普通热处理的产品，摩擦系数低，损失的质量少。耐磨性有所提高。
69.3、分别对实施例1、实施例3、实施例5、对比例1-2进行硬度测试，如图4所示。
70.结果表明，本发明的实施例1通过改变热处理工艺，使得缸套内胆的硬度得到有效提升，硬度可以达到63.1hrc，并且采用磁场热处理淬火+磁场热处理回火的工艺，相比传统的热处理工艺，使得组织细化，碳化物析出明显增多，并且失重明显少于其他，能够更好的提升内胆的摩擦性能。
71.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非
旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
72.本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。