[实用新型]一种滚动轴承牙轮钻头

说明书

                        技术领域

本实用新型涉及一种石油及地质钻探领域使用的滚动轴承牙轮钻头，具体地涉及一种滚动体表面具有金属碳化物强化层的滚动轴承牙轮钻头。

                        背静技术

牙轮钻头主要由牙轮和牙掌两大部分组成，牙轮和牙掌通过它们的轴承部位相接合，并能相对灵活转动。在牙轮的大轴孔与牙掌大轴颈之间设置有一个环行滚道，环行滚道中设置滚动体，即构成牙轮钻头滚动轴承部分。由于滚动轴承的低摩擦性能使它较滑动轴承在适应高速和超高速钻井工艺方面更具潜力，然而，要达到这一点，强化滚动轴承中滚动体的表面强度和硬度，提高其抗疲劳性能尤其重要。现有的滚动轴承牙轮钻头中的滚动体大都采用中碳轴承钢如55SiMoV，经淬火处理，硬度为HRC55-58，其抗疲劳性能只能适于高转速但使用寿命不长的工况中使用，而难以满足现代钻井工艺高转速、高钻压的强化技术要求。研究表明，滚动体的疲劳磨损主要发生在表层和亚表层，因此通过采用硬度更高、深度更深的表面强化工艺将有助于提高牙轮钻头滚动轴承的抗疲劳性能。

                        发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种能适应高转速、高钻压工艺要求的滚动轴承牙轮钻头。

为解决上述提出的技术问题，本实用新型的技术方案如下：包括有牙掌2、牙轮1，在牙轮与牙掌相接合的轴承部位设有滚动体3，其不同之处在于所述滚动体表面渗覆有金属碳化物强化层。

按上述方案，所述的滚动体可为滚柱；所述的金属碳化物强化层为渗碳淬火层，由渗碳工艺获得，渗碳深度为0.5-3.5mm；为进一步提高滚动体表面的抗咬合性能以及抗疲劳性能，在金属碳化物强化层上还可渗覆金属硫化物层(主要是FeS)，或者渗覆金属硫化物(主要是FeS)与金属氧化物(Fe₂O₃)复合层，上述金属硫化层的厚度，或金属硫化物与金属氧化物复合层的厚度均为0.01-0.2mm。

本实用新型的有益效果在于通过在牙轮钻头轴承位滚动体表面渗覆金属碳化物强化层，并达一定厚度，来抵抗滚动体表层及亚表层发生的疲劳磨损。金属碳化物强化层表面再形成有金属硫化物层或金属硫化物与金属氧化物复合层使滚动体表面具有更好的抗咬合性能和耐疲劳性能，而且它们都与基体表面有良好的结合强度，使滚动轴承的承载能力得到显著提高，因而可使牙轮钻头适应更高转速、更高钻压的现代钻井工艺的需求。

                        附图说明

图1为本实用新型一个实施例轴承部位的剖视结构图。

图2为本实用新型滚动体的表面层结构示意图。

                       具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例，包括有牙轮1和牙掌2，牙轮和牙掌通过它们的轴承部位相接合，在牙轮大轴孔与牙掌大轴颈7之间设有环行滚道6，环行滚道中安设有作为滚动体3的滚柱，在滚柱表面渗有金属碳化物强化层8，深度为1.5-2.0mm，在金属碳化物强化层外还渗覆有金属氧化物和金属硫化物复合层9，厚度为0.10mm，由此形成金属碳化物与金属氧化物、金属硫化物的硬质梯度变化的稳定复合层，滚柱表面硬度为HRC64，不仅抗疲劳性能优异，而且具有良好的抗冲击性能。本实施例的滚动体表面处理过程为：粗加工后渗碳淬火回火，精加工至规定尺寸，然后进行复合离子渗氧、渗硫即成，滚动体的基体材料采用轴承钢，如中碳轴承钢55SiMoV、50CrNi，以及渗碳轴承钢20Cr2Ni4(A)、20Cr2Mn2Mo(A)等。本实施例中牙轮、牙掌的接合处设有密封圈，牙轮、牙掌由钢球锁紧元件4进行轴向锁定，小轴颈部位5采用滑动轴承副，也可采用滚动轴承副，其滚动轴承副中的滚柱也可采用本实用新型的表层结构。