[发明专利]一种高耐磨性TC轴承及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高耐磨性TC轴承及其制备方法，所述TC轴承由上TC动套、上TC静套、下TC动套和下TC静套4件轴承组成，每件轴承包括圆筒状的42CrMo基体，在圆筒状的基体内表面或外表面有一层表面硬化层，所述表面硬化层以单层等间距均匀排布的圆片状的硬质合金块为骨架、胎体粉为粘结相、硬质合金球粒为胎体粉强化相，经烧结得到。本发明提供的高耐磨性TC轴承表面包覆一层表面硬化层，该表面硬化层与TC轴承基体结合牢固，并且耐磨性好(按B611‑85标准：转速100rpm，砂浆比4：1，转数50转条件下磨损量仅为0.90g)，试制的TC轴承产品使用寿命长，在焦页184井一次下井使用136小时，使用正常，仍可二次下井使用。

技术领域

本发明属于石油钻探动力钻具领域，具体涉及一种用于螺杆钻具的高耐磨性TC轴承及其制备方法。

背景技术

TC轴承是螺杆钻具关键零部件之一，主要起扶正传动轴作用，故又称径向扶正轴承。TC轴承主要由动套与静套组成，动套固定在传动轴上，静套则与传动轴壳体连接，动套与静套形成一定的间隙，便于泥浆通过，进行冷却与润滑。TC轴承工作时，主要承受泥浆流体的冲刷、泥浆砂粒的磨粒磨损以及施加侧向载荷的作用，因此，TC主要失效状态有两种：其一，磨损和胎体粘结相冲蚀；其二，因侧向载荷作用使动套和静套接触面承受热疲劳而导致合金块的龟裂和脱落。

目前常用的TC轴承为烧结的条块式TC轴承，这类TC轴承的合金块为长条矩形，烧结时，合金块尖角处易因热应力集中而产生裂纹，产生质量隐患。同时，由于合金块长宽比大（长宽比：约4：1），合金块受到应力作用更容易断裂。另外，这类TC轴承的胎体粘结相往往采用几何铸造碳化钨+铜合金，胎体粘结相整体硬度低、耐磨性差，防冲蚀性不良，在高应力状态或工况复杂的条件下难以满足使用要求，经常出现胎体超前磨损和冲蚀现象，进而恶化周围合金块的环境，加快合金块的失效。国内外很多专家对TC轴承进行了深入研究，希望改善TC轴承的性能。董太尚等人在发明专利CN103388145A中介绍了一种在堆焊硬面层中添加金刚石粉末的TC轴承及制造方法，但金刚石粉末与硬面层相容性不佳，造成金刚石容易脱落。因此，开发一种耐磨性优良、防冲蚀性好、使用寿命长的TC轴承具有重大现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高耐磨性TC轴承及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种高耐磨性TC轴承，所述TC轴承由上TC动套、上TC静套、下TC动套和下TC静套4件轴承组成，其特征在于：每件轴承包括圆筒状的42CrMo基体，在圆筒状的基体内表面或外表面（静套为内表面，动套为外表面）有一层表面硬化层，所述表面硬化层以单层等间距均匀排布的圆片状的硬质合金块为骨架、胎体粉为粘结相、硬质合金球粒为胎体粉强化相，经烧结得到。

优选的是，所述表面硬化层厚度为3.5~5.5mm。

按上述方案，所述圆片状的硬质合金块直径为3~8mm，高度为3~5mm，圆片状的硬质合金块在圆筒状的基体表面的覆盖率为55~65%，硬质合金块中钴含量4~8%，碳化钨含量92~96%。

按上述方案，所述硬质合金球粒粒径为0.75~1.0mm，硬质合金球粒中钴含量4~6%，碳化钨含量94~96%。

按上述方案，所述硬质合金球粒与胎体粉质量比为0.4~1：1。

按上述方案，所述胎体粉由球形烧结碳化钨和球形铸造碳化钨组成，其中球形烧结碳化钨粒度为60~100目，球形铸造碳化钨粒度为80~200目，所述球形烧结碳化钨与球形铸造碳化钨质量比为2：8~8：2。

按上述方案，所述烧结工艺条件为：于1100~1200℃烧结2~3小时。