[实用新型]一种钢件表面的渗硼渗硫复合层

说明书

本实用新型涉及一种沉积于钢件表面的渗硼渗硫复合层，它可进一步提高钢件表面的润滑耐磨性能。本实用新型还涉及该复合层在牙轮钻头各轴承中的应用。

在钢件表面进行渗硼处理可使其具备良好的红硬性及耐磨性，并且渗硼操作工艺简单、生产效率高、成本低，因而已被广泛应用。牙轮钻头用    于石油、矿产的地质钻探，由于牙轮钻头是在高强、高压、高冲击的条件下运转，因此需要牙轮钻头的轴承面具有很好的润滑耐磨性能。目前，国内外的大多数钻头生产厂家都采用在牙轮钻头的轴承轴颈表面进行渗硼处理的方式来增加轴承耐磨性。然而，由于渗硼层较薄，渗硼后的零件表面无法进行磨削加工，因此渗硼钢件表面的粗糙度较高，由于轴承处于边界润滑状态，在高速高压工况下，轴承表面愈粗糙，磨损愈严重，摩擦生热愈大，轴承愈易咬合，甚至咬死。所以仅在牙轮钻头的轴承轴颈面上渗硼处理，难以适应以高转速、高钻压为特征的现代钻井工艺技术的要求。为此，国内外钻头制造厂家已开始采用轴承轴颈堆焊高碳钴铬钨工艺，其优点在于堆焊层可磨削加工，表面粗糙度低，但该方式存在操作工艺复杂、生产效率低、成本高的缺点。上述情况，也存在于机械制造的其它领域。

本实用新型的目的在于改进现有技术中钢件渗硼表面润滑性和抗咬合性较差的缺陷，利用金属硫化层具有固体润滑剂的特性，提供一种可形成于钢件表面的渗硼渗硫复合层，该复合层不仅耐磨，而且具有良好的润滑性能。

本实用新型的技术方案为：具有预加工后的钢件，在钢件的一个或多个表面存在有渗硼层，其不同之处在于在渗硼层上渗有渗硫层，由此形成一个渗硼渗硫复合层。

本实用新型的钢件可以是各种形状的机械零部件，如轴、轴承、齿轮、牙轮钻头零件等。钢件表面的渗硼层可采用常规的金属表面渗硼工艺技术进行处理，渗硫层可由低温离子渗硫表面工艺技术处理而成，通常渗硼层的厚度为0．01-0．2mm，渗硫层的厚度为0．001-0．30mm，渗层的浓度从表到内呈逐步降低的梯度层，通常对低碳合金钢的工件渗硼渗硫复合层下可存在有渗碳层。本实用新型渗硫层主要成份为金属碳化物，也可以有少量金属氧化物。

本实用新型通过采用低温离子渗硫表面工艺技术对渗硼钢件表面进行处理，使钢件表面形成金属硼化物和金属硫化物的复合层，该复合层与钢件表面具有良好的结合强度，并且由于渗硫层对渗硼层的掺合作用以及渗硫层所具备的固体润滑剂的作用，使本实用新型不仅具有较强的耐磨性，而且具备良好的润滑性和抗咬合性。将本实用新型用于牙轮钻头轴承轴颈表面，可使其承载能力、使用寿命、运转速度有较大的提高，可适应高转速、高钻压的现代钻井工艺技术的要求。本实用新型还具有加工操作方法简便、生产效率高、制作成本低的优点。

图1为本实用新型表面渗层结构的剖面示意图。(a)表示钢件基体，(b)表示渗硼层，(c)表示渗硫层

图2为本实用新型一个实施例中的复合层分布图。

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步的说明。

钢件为牙轮钻头中的牙掌轴颈1，材料为低碳合金钢，经表面渗碳和精加工，牙掌轴颈表面包括大轴颈2表面、小轴颈3表面、轴颈锁紧槽4表面、轴颈一道止推面6、轴颈二道止推面5，可对上述表面的任意一个或多个进行渗硼处理，渗硼层厚度为0．05-0．1mm，在渗硼并淬火回火处理后进行清洗，然后进行低温离子渗硫处理，处理温度为180-190℃，渗硫介质为H₂S和CS₂或者为纯硫蒸气，处理时间为6-8小时，在渗硼层上形成一层渗硫层，渗硫层的厚度为0．02-0．03mm，可在构成渗硫层的金属硫化物中含有少量的金属氧化物，该牙掌轴颈的整个表面经渗硼渗硫处理后，与未经渗硫处理的同类产品相比，其抗咬合性能有明显提高，与堆焊高碳钴铬钨相比，其加工过程简便，生产成本低，使用的各种性能接近或超过，应用前景十分良好，解决了生产高速高压牙轮钻头中长期存在的一个难题，可以使牙轮钻头的钻探生产效率得到明显的提高。