[发明专利]射孔弹弹体粉末冶金坯料及冷挤压成形工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于石油开采工具，主要涉及一种油田开采使用的井下射孔弹弹体材料及弹体成形加工方法。

背景技术

油田射孔弹是一种为提高油田采油效率而使用的井下射孔工具。弹体是射孔弹的关键部件，主要作用是增强射孔弹侧向爆轰波冲量，提高金属射流的动能，延缓并降低稀疏波对金属射流的干扰，保证射孔深度。实践表明，弹体强度越高射孔弹穿深值越大，因此提高弹体强度是提高射孔弹穿深有效途径之一。传统的弹体加工方法主要有机械加工和冷挤压加工两种方法。由于弹体结构比较复杂，机械加工成本极高，生产效率低，满足不了实际生产需要，采用冷挤压技术虽然提高了生产效率，使生产成本相对降低，但弹体材料选择受到很大限制，目前只能用20^#钢通过冷挤压制造弹体，而20^#钢弹体机械性能较低，射孔穿深不稳定，且弹体爆炸后碎片尺寸较大，极易发生卡井事故，增加打捞作业成本。为解决上述传统技术存在的问题，黑龙江省机械科学研究院研发了一种粉末冶金材料的射孔弹弹体及制做方法，由于该方法主要依靠添加粉末冶金元素及复烧强化基体组织和性能，因此其粉末冶金配方采用了高合金含量配比，通过复压复烧工艺制作弹体，成品的粉末冶金弹体密度小于7.3g/cm³，弹体性能需要提高。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，研究开发一种新的射孔弹弹体粉末冶金坯料及冷挤压成形工艺方法，达到提高弹体的性能、保证射孔穿深、减少生产加工工序、降低弹体制造成本的目的。

本发明的目的是这样实现的：射孔弹弹体粉末冶金坯料由铁粉、铜粉、镍粉、石墨粉、钼粉和粘结剂按重量配伍组成，各成份所占重量百分比为：铜粉0.3-0.9％，镍粉0.3-0.9％，石墨粉0.4-0.7％，钼粉0.3-0.9％，粘结剂0.5-0.9％，余量为铁粉。

一种如上述配方的射孔弹弹体冷挤压成形工艺方法：将铁粉、铜粉、镍粉、钼粉、石墨粉及粘结剂按配方分别称重，经机械混料制备成混合粉末；将混合粉末放入粉末成形模具中压制成形，压制压力为600-800MPa，并经烧结制成具有一定强度的弹体坯料，烧结温度1000-1100℃，弹体坯料压制密度为7.1-7.2g/cm³，保温1-2小时；然后通过冷挤压对弹性坯料进行整体挤压使其发生塑性变形，总挤压压力为280-320吨，获得最终形状的弹体；最后对最终形状的弹体进行烧结及精密压制整形，烧结温度1100-1200℃，保温时间1-2小时；得到满足机械性能要求及尺寸精度的射孔弹弹体，弹体密度大于7.5g/cm³。

本发明先是采用低合金含量的粉末冶金压制成形方法制得一个预先设计的具有一定形状的弹体粉末坯料，再采用冷挤压技术对低合金含量配方的弹体粉末坯料进行挤压成形，使弹体粉末坯料发生定向流动及大比例塑性变形，提高弹体粉末坯料的整体密度；并通过粉末冶金烧结技术使合金元素充分扩散，强化弹体材料的组织和性能，获得具有高密度和高强度的粉末冶金弹体；同时通过对烧结工艺参数的调整控制弹体中孔隙的分布及形态，使粉末弹体爆炸后的碎片更加细小，避免卡井事故发生。本发明可一次挤压成形，突破了传统弹体冷挤压工艺需两次挤压成形及在材料应用方面的限制，同时也突破了现有的粉末冶金弹体在密度方面的限制，具有材料配方科学合理、弹体机械性能高、射孔穿深值大、使用安全可靠、生产工艺简便、成本低、可提高射孔作业效率、降低采油成本的特点。

附图说明

图1、图2是两种射孔弹粉末冶金弹体坯料结构示意图；

图3是射孔弹弹体结构示意图。

具体实施方式

下面举实例对本发明进行详细描述。

称取铜粉6千克，镍粉6千克，石墨粉5千克，钼粉6千克，粘结剂7千克，铁粉970千克，总计1000千克备用，各成份占总重量的百分比依次为0.6％、0.6％、0.5％、0.6％、0.7％和97％。铁粉粒度小于200目，铜粉、镍粉、石墨粉、钼粉和粘结剂粒度小于300目。加工时，将配好备用的粉末放入混料机在60转/分钟转速下混合1小时，制备成混合粉末；将混合粉末按弹体重量称量通过模具压制成型、烧结制成弹体坯料，压制压力为600-800MPa，坯料压制密度为7.1-7.2g/cm³，烧结温度为1000——1100℃，保温1-2小时；对烧结后的弹体坯料整体进行冷挤压变形提高密度，并再次烧结得到最终形状的弹体，总挤压压力为280-320吨，烧结温度为1100-1200℃，保温时间1-2小时，弹体密度大于7.5g/cm³，最后对弹体进行精密整形，得到满足机械性能和尺寸精度要求的弹体。