[发明专利]泵筒的化学热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及泵筒的热处理工艺，尤其是一种泵筒的化学热处理方法。 

背景技术

抽油泵是油田采油大量使用的设备之一，泵筒是抽油泵中最重要的零件，约占抽油泵造价的60%以上。泵筒生产时必须进行处理，以提高其内孔的表面硬度、耐磨性和防腐性。目前采用的工艺方法主要有以下几种： 

1、镀硬铬：泵筒内孔镀硬铬，可以解决防腐、耐磨及硬度问题，但镀铬工艺造成环境污染极为严重，是尽量削减或取消的工艺。另外，镀前需对内孔进行碱洗除油和酸洗活化处理，因内孔细长不易清洗，难免有不洁之处，导致镀层和基体的结合强度不够。在抽油过程中，因柱塞和泵筒间隙中的砂粒磨损、挤压而拉伤蜕皮，严重时造成卡泵事故。

2、化学镀：也称镍磷复合镀，其优缺点与镀铬大体相似，与镀硬铬相比，化学镀的镀层一般都很薄，所以更易拉伤。 

3、氮化：合格的氮化层，其硬度、防腐、耐磨性能都不错。理想的氮化件材料为38CrMoAlA，但其价格昂贵，热处理时间长，生产成本很高。另外，还有更难解决的问题是，泵筒为细长管件，氨气从其内孔通过时，分解率有很大的差别，致使氮化层极不均匀，产品质量很难控制。所以说，氮化处理工件外表面或短件内孔还比较成熟，而处理细长内孔就比较困难。 

4、碳氮共渗：碳氮共渗是一种比较成熟的工艺方法，目前正在广泛使用。为了增加渗层深度，泵筒一般用20钢，900℃以上进行处理，共渗后需要淬火，变形比较大，需要在淬火后进行强力珩磨。但该工艺的问题是，在880℃以下时，渗入氮的含量比较理想，有一定的防腐作用，但整体渗层较薄，很难达到使用要求；在900℃以上时整体渗层较厚，而渗入氮的含量很少，防腐能力很低。 

5、激光淬火：该工艺用一个激光导入装置，在泵筒内轴向运动，激光垂直照向泵筒的内孔表面，泵筒旋转，光照点在内孔表面呈螺旋线运动轨迹。激光束很细，温度极高，被照点瞬间升温致接近熔化状态。光点移开后又快速散热降温，达到淬火效果。但是，该工艺并没用改变材质，所以没有提高其防腐性，另外，激光淬火形成的硬化带是一个螺旋线，而非整个内表面，经过一段时间的腐蚀及泥砂磨损后，内表面的非硬化带会呈现凹形螺旋，加大抽油泵的漏失量，降低泵效。 

6、渗硼：单纯渗硼所得到的渗层组织同本发明的主硬化层相同，为FeB和Fe₂B。因该组织具有极好的防腐耐磨性能，所以1985年前后，曾经有人试图将该工艺应用于泵筒处理，例如申请号：CN85201850的专利《渗硼无衬套抽油泵泵筒》中提到将泵筒加热至750-850℃进行固体硼化处理，但是要想获得较理想的渗层必须要在900℃以上进行渗硼，所以按照该专利在750-850℃进行热处理后，渗层很不理想，层薄，且不连续，在实际应用时渗层很容易脱落，起不到防腐和耐磨的作用，导致泵筒过早报废。当时也有很多家生产厂试用该工艺，但因几个致命的问题没得到解决，所以宣告失败，其待攻克的难题是： 

第一，900℃以上渗硼，得到的渗层较理想，但泵筒变形较大，渗后无法珩磨，泵筒超差报废，若880℃以下渗硼，泵筒变形较小，但渗层很不理想，层薄，且不连续。

第二，渗后不进行淬火处理，基体太软，在使用中无法承受泵筒与柱塞间隙中的砂粒挤压，导致渗层碎裂脱落，若进行淬火处理，泵筒变形又太大。 

所以想要获得主硬化层为FeB和Fe₂B，按传统的工艺，要得到足够厚度的该渗层，需要950℃～1050℃的高温，在这样的高温下，变形是无法避免的，而且该硬化层特别坚硬，后续珩磨不可能，所以必须渗前珩磨至要求尺寸，并保证渗后不变形。 

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足而提供的一种泵筒的化学热处理方法。