鉆頭及渦輪鉆具軸承組件MoS2滑化處理研究

軸承組件是牙輪鉆頭、渦輪鉆具最關(guān)鍵和最薄弱的環(huán)節(jié)，其主要的失效形式是膠合，亦即嚴(yán)重的粘著磨損。膠合的特征是軸承滑動(dòng)面沿摩擦方向形成撕痕、刮擦、涂抹和粘焊。粘著磨損一開始可能是輕微的和局部的，如果引起膠合的因素未解除并繼續(xù)惡化，則膠合將迅速擴(kuò)展。

　　膠合開始發(fā)生在軸承組件摩擦面潤滑油膜遭到破壞而形成金屬直接接觸的部位，摩擦面粘著區(qū)沿摩擦方向受到剪切而撕傷、咬焊甚至卡死，造成井下渦輪鉆具或牙輪鉆頭徹底失效。膠合的條件首先是油膜破裂，然后才是兩金屬面的接觸粘焊。
　　在苛刻嚴(yán)酷的工況條件下，受尺寸和結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格限制，牙輪鉆頭、渦輪鉆具的軸承組件無法得到充分潤滑，這是膠合初始發(fā)生和擴(kuò)展的主要原因之一。現(xiàn)文擬對牙輪鉆頭、渦輪鉆具軸承組件表面進(jìn)行MoS2滑化處理，在軸承表面形成優(yōu)異而特殊的滑化薄膜，在高速重載下發(fā)揮其優(yōu)異的減摩及抑制膠合的功效。
　　1 滑化處理前試件的準(zhǔn)備
　　試件采用牙輪鉆頭和渦輪鉆具軸承組件常用的優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼。
用優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼制造的試件參照GB12444.1-90《金屬摩擦磨損試驗(yàn)方法MM型試驗(yàn)機(jī)試樣規(guī)范》。上、下試樣滑化處理前進(jìn)行滲碳滲硼處理，這是為了考察MoS2滑化處理對其他處理的影響，并使試件得到初始強(qiáng)化。上、下試件預(yù)備處理規(guī)程如下。
a)滲碳RJJ-75型井式爐，930℃，12h滲碳，入石棉箱自然冷卻。滲碳層深1.5～2.0 mm，表層碳濃度0.90%～1.05%，表面硬度HRC59～62。
b)回火180～190℃，保溫4h。
c)滲硼氣氛爐內(nèi)910℃，6h固體滲硼，滲硼層深0.08～0.10mm，滲硼組織為單相Fe2B。
d)淬火保護(hù)氣氛爐中加熱至820 ～830℃，保溫2h，淬入90℃油中。
e)回火180℃，3h回火。
f)清理性噴砂。
　　2 MoS2滑化處理的依據(jù)
　　滑化處理是在軸承組件試件表面形成結(jié)合牢固，摩擦學(xué)性能優(yōu)異的MoS2滑化膜，發(fā)揮減摩和抑制膠合發(fā)生的功效。MoS2滑化處理有其試驗(yàn)基礎(chǔ)，也有其理論依據(jù)。
　　首先，對牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承及渦輪鉆具止推軸承粘著磨損的研究表明，摩擦因數(shù)f、粘著摩擦總力F、載荷、速度、摩擦熱溫升與膠合是邏輯相關(guān)的；粘著摩擦力主要由摩擦表面凸峰變形阻力、磨損顆粒及硬質(zhì)點(diǎn)壓碾犁削力、凸峰粘焊親合力及滑動(dòng)表面的粘著剪切力組成［1］。