[发明专利]23CrNi3Mo的热处理方法及其在钻具中的应用

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，主要是涉及23CrNi3Mo的一种热处理方法及处理后的23CrNi3Mo在钻具中的应用。 

背景技术

随着近年我国在水利水电、军事工程、核电、矿山开采等方面的发展，使高风压潜孔凿岩设备在这些工程领域得到了广泛的应用。以往多是引用国外的凿岩钻具，但是价格昂贵。国内许多企业也在不断的研发创新，使高风压潜孔钻具制造业有了大的发展，实现了大范围的钻具本土化，但是国内生产的钻具的钻孔效率相对较低、工作寿命相对的偏短。其中冲击器中部件——活塞以及与冲击器配套使用的潜孔钻头质量好坏为决定性因素。

在工作过程中冲击器中的活塞在高速的往复运动，不断的将高压气体的内能转换冲击活塞的动能，最后通过活塞断面对钻头的冲击转化为机械能。活塞是以应力波的形式将自身储存的冲击能量传递给钻头，活塞与钻头在工作中均受交变应力的作用，通过对破损件研究证明疲劳损伤为活塞与钻头的主要损坏形式。

从而，活塞或钻头的表面应有足够的强度、心部应有合适的韧性，为此活塞或钻头的选材及材质应用至关重要。

市面上使用冲击器活塞及钻头多为27SiMnNi2CrMoA，采用渗碳+马氏体分级淬火工艺进行加工处理，其淬火工艺为盐浴炉加热浴、硝盐浴（180~240）°C淬火冷却，硝盐炉（180~240）°C回火，最后得到的表层、心部组织均为马氏体。热处理后表层硬度范围为：HRC58~62；心部硬度为HRC48~50。在该硬度区域内进行钻、铰孔等机械加工比较困难，需采用硬质合金材质刀具才能进行。但是刀具成本过高且损耗过大、过于频繁的更换刀具降低生产效率。经制样、试用、分析总结：由于心部、表层均为马氏体且两者硬度没有合理的匹配容易导致脆性断裂。达不到钎具的使用性能要求。 

发明内容

本发明的目的是提供23CrNi₃Mo的一种热处理方法，得到处理后的23CrNi₃Mo可作为活塞或钻头的选材。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种经热处理后的23CrNi₃Mo，对热处理后的23CrNi₃Mo进行显微组织分析，由外层到心部组织依次为：

a、渗碳层 高碳马氏体组织，渗碳层的显微硬度为HV700以上；

b、过渡区 马氏体+下贝氏体的混合组织；

c、基体   下贝氏体组织及马氏体，基体的显微硬度为HV360-480。

所述热处理方法的具体步骤为：

1）将未处理的23CrNi3Mo置入渗碳炉中加热，在温度为890°C~960°C的条件下进行渗碳处理10h，渗碳层深度为1.2~1.5mm，碳浓度为0.8~1.0%；

2） 将渗碳后得到的材料在580°C~720°C恒温3-5h进行高温回火，然后随炉冷却至150°C，出炉空冷至常温，再置于850°C ~900°C的淬火溶液中进行加热，淬火加热时间为30min ~60min； 

3）将淬火加热后所得的材料在240°C ~285°C的冷却介质中冷却，至淬火后的材料与冷却介质的温度相同，且均温30 min ~100min；

4）将步骤3）所得材料在150°C~200°C低温回火4小时后取出空冷；

通过上述步骤完成对23CrNi3Mo的热处理加工。

所述的经热处理后得到的23CrNi₃Mo在制备钻具零件中的应用。

所述的经热处理后得到的23CrNi₃Mo在制备钻具冲击器中的活塞的应用。

所述的经热处理后得到的23CrNi₃Mo在制备钻具上的潜孔钻头的应用。

所述的23CrNi₃Mo材料采用23CrNi₃MoA（即优等23CrNi₃Mo）时，效果更好。

综上所述，本发明提供的23CrNi3Mo的一种热处理方法，相对现有技术：该方法通过相对高淬火温度及冷却介质温度，使得材料的表层获得了高碳马氏体，具备较高的强度和耐磨性；过渡区为马氏体+下贝氏体的混合组织，使其与表层硬度及韧性有着合理的过渡；基体为下贝氏体组织及少量的马氏体，显微硬度为HV410左右，从而更有利于钻头后续机械加工，降低了加工成本。

采用该材质制作的钻具零件相比于27SiMnNi₂CrMoA制作的零件使用寿命提高了30%，零件稳定性提高，大大减少了用户的施工成本。

附图说明