十字头和导板摩擦失效原因分析-论文.pdf

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1、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一学室蕴．．I"-I-字头和导板摩擦失效原因分析西安石油大学刘战锋兰州兰石集团有限公司李俊【摘要】根据摩擦学理论，分析了钻井泵十字头和导板摩擦失效的原因。通过改进导板材料，改善导板加工和热处理工艺，基本解决了导板变形问题，从而大大降低了零件失效的发生。【关键词】十字头和导板摩擦失效；导板变形；新材料；新工艺；去应力退火1．引言过添加铬、钼、铜等元素成份细化晶粒；(3)降低碳、硅含量，提高锰含量。国内转化、生产的美国钻井泵在试车和油《机械设计手册》第八篇“失效分析和故障诊断”中“摩擦副材料对磨损失效的影响”一文田现场高压作业时，经常发生十字头和导板摩指出，铬、钼

2、、铜、锰等与铁元素所组成的材料副互溶性大，易与其粘着而导致粘着磨损失效，擦失效的现象，因零件报废而频繁更换导致钻而铁与非金属材料(如塑料、石墨等)的互溶性小，可以避免磨损失效的问题。因此，通过增加导机中断作业，不但耽误了生产进度，也给企业板材料中的石墨含量，可以改善因导板硬度高造成与十字头粘着而产生摩擦失效的问题。带来较大的经济损失。由于造成摩擦失效的原当然，摩擦副失效并非某个单一因素造成，而是由综合因素叠加而成的。美国钻井泵导板所因比较复杂，因此多年来始终没有得到解决。用的原材料牌号为ASTMA48Gr．40(灰铁)，国内通常采用化学分析和力学性能与其相当的QT450一为了尽量

3、避免十字头和导板之间的摩擦失效问l0来替代，QT450—10是铁素体球墨铸铁，虽具有一定的强度和良好的塑性，但其弹性模数很高题，本文拟分析十字头和导板摩擦失效的原(约为E=17OOOO~18OOOOMN／m参考)，产生残余应力的倾向为灰铸铁的2～3倍。因此，采用热处理因，并通过改进导板材料，改善导板加工和热去应力不能完全消除导板筒在铸造和加工过程中产生的内应力。两种应力的叠加以及材料的稳定处理工艺使该问题得以改善。性较差，使导板筒剖开成四片后导板产生更大的变形，这种变形的趋势、大小和方向都无法通过2．十字头和导板摩擦失效机理分析检测验证，使导板变形问题在前期不易被发现。尤其美国钻

4、井泵的导板壁厚小于国内3NB钻井泵摩擦副在高速滑动中，当两者之间的压导板壁厚，使导板变形问题在美国钻井泵上表现的更为突出。力负荷超过其中较软材料的一定硬度值时，摩4．改善十宇头和导板摩擦失效的工艺措施擦副表面的氧化膜被压溃，两表面之间微凸体在不改变导板零件尺寸和形位公差的前提下解决现有问题，需要对导板在材料、加工工艺和互相嵌入而被粘结发生瞬间撕裂，撕下的金属热处理工艺三个方面进行优化改进，以下是我们针对导板材料特性和加工特点所拟定的新工艺流微粒作为磨料切削摩擦副表面，使摩擦零件急程：剧磨损，表面很快被破坏，导致摩擦副失效。(1)鉴于球墨铸铁材料(QT450-10)所存在的缺点，现

5、将美国钻井泵导板材料ASTMA48Gr．40造成摩擦副失效的主要因素有：(1)润滑油脂结合国家标准GB／T7216和GB／T9439，制定如下技术要求：因素；(2)材料因素；(3)温度因素；(4)压力化学成分lCSlsi{MnlP因素；(5)滑动速度；(6)表面粗糙度。其中，要求含量(熔炼)I2．8～3．2l≤O．12l1．4～1．7l0．8～1．1l≤0．15力学性能1抗拉强度~276MDal硬度IHB170~220润滑状态对摩擦副产生粘着磨损影响极大，为灰铸铁基体会相组织墨求，了确保摩擦副表面保持足够强度的润滑膜，避石墨类型l石墨大小I珠光体粗细l珠光体数量{{瞬兴晶数量A型

6、右思旱均匀片精l5～8片状或细片状珠光体组织l>90％J<1．0％免产生干摩擦或半干摩擦，就会有效防止和控其它要求；制粘着磨损的产生和发展。当摩擦副之间压力每一炉批次提供c、Mn、Si、s的化学成分数据仅供毛坯生产时参考；负荷超过摩擦副材料硬度的一定值时，摩擦副试样：根供“C”利分体试棒，并浇铸导板筒的连体试样表面氧化膜被压溃，两表面之间新生面的凸出(2)在铸造工序后增加一序去应力退火以优化导板筒的工艺流程：铸造一去应力退火一加工点互相嵌入，相互移动时，使此类磨损急剧扩一去应力退火一加工一装配；展，导致摩擦副失效。根据以上摩擦学理论分(3)在保证导板能够完全加工出来的情况下，尽可

7、能的减少毛坯粗加工余量和精加工余量，析可得出钻井泵十字头和导板发生摩擦失效的降低加工应力对零件的影响；原因：(1)润滑不充分；(2)摩擦副承受载荷较(4)优化两次热处理工艺参数，确保能够基本消除铸造和粗加工应力。大；(3)摩擦副的材质硬度不匹配。采用ASTMA48Gr．40美国灰铁材料，按以上新工艺进行导板筒毛坯制作，然后按优化后的工当钻井泵重负荷运转时，十字头和导板艺流程进行热处理、加工，发现两次去应力热处理的随炉试样的力学性能Rm≥276～325Mpa和硬之间的低强度润滑膜就