[发明专利]钻头牙轮牙掌的快速热处理工艺

说明书

本发明涉及一种钻头牙轮牙掌的材料及其热处理工艺。

牙掌是钻头牙轮的主要零件之一，钻头支撑牙轮正常转动，因此要求牙掌滚道槽的表面有较高的硬度（HRC57-62）及耐磨性，而且要求牙掌心部有较好的韧性（AK值）。为适应焊接其脚掌及牙掌还要有较好的蠕变性能，这样才能承受35吨以上的钻压，不致发生井下牙掌断裂的毁井事故。

目前国内和国外（如美国和罗马尼亚）的牙掌，都是采用锻钢毛坯经成型加工，再进行整体透热加热淬火的热处理工艺的方法制造，这样制造的牙掌，成本高、时间长、耗能源，而且其心部的力学性能不能严格控制。

本发明的任务是提供一种既可采取锻钢毛坯，还可采取铸钢毛坯，经成型加工，再进行快速渗碳及快速加热淬火的热处理工艺制造牙掌的方法。经这种方法制造的牙掌，成本低、时间短、省能源，而且其表面心部的力学性能都能严格控制。

本发明的任务是通过如下方式完成的：取锻钢或铸钢毛坯，经常化处理加工成型后，按如下工序进行热处理。

1、快速渗碳：置牙掌于温度960～980℃的炉中进行渗碳。渗碳剂为天然气。渗碳宜分段进行;天然气压力为1373～1961帕斯卡，流量为0.18～6米³/小时，载体气的流量为2.2～3.0米³/小时，时间为20～25小时，随即投入20号机油中冷透，再进行500～700℃的高温回火4～5小时。

2、快速加热淬火：先将牙掌放入上述低于回火温度的铅浴炉中预热，再转入温度800～900℃的炉中加热2～20分钟，随即淬入低于60℃的三硝水溶液中冷却30～60秒，再投入锭子油中冷至100℃以下，然后进行130～250℃的低温回火4～5小时。

我厂（国营长安机器制造厂）通过上述快速热处理工艺生产的牙轮牙掌，其渗碳层硬度均达到HRC60～62。渗碳层马氏体和残余奥氏体的级别均为1～2级。心部经历年解剖测试其冲击值（AK）均为12.8～13.6。金相组织均为少量柱状贝氏体加珠光体及铁素体。在各井队大量使用中从未发生牙掌断裂及渗碳层剥落现象。

凡属渗碳钢（即通过表层渗碳）要求表层耐磨性高而心部要有一定的强韧性配合的机械零件，均可采用本发明所提供的一种快速热处理工艺，因此适用范围较广。