Способ электролитно-плазменного упрочнения деталей бурового долота

(51) 21 1/78 (2009.01) 21 1/34 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ технических характеристик упрочняемого изделия. Технический результат изобретения заключается в повышении износостойкости рабочих поверхностей обрабатываемых деталей (твердость достигает до 64, а сердцевина остается более пластичной и имеет твердость не более 46,5 ) и снижении энергоемкости процесса. Сущность изобретения заключается в следующем. Предложен способ упрочнения низкоуглеродистых сталей,включающий нагрев детали до 930-940 С,цементацию на глубину 1 мм, и закалку при 800820 С, отличающийся тем, что нагрев детали осуществляют плазмой, при этом деталь частично погружают в электролит на глубину 4-6 мм, подают постоянный электрический ток,подвергают охлаждению в потоке электролита. Неупрочняемую часть детали - отверстия для запрессовки твердосплавных зубков, перед погружением в электролит изолируют,например обмазкой,состоящей из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле.(72) Кылышканов Манарбек Калымович Комбаев Куат Курганович Погребняк Александр Дмитриевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТНОПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ БУРОВОГО ДОЛОТА Изобретение относится к области(57) машиностроения и может быть использовано при изготовлении деталей бурового инструмента. Задача, решаемая изобретением, заключается в упрощении процесса упрочнения, улучшении 23178 Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении деталей бурового инструмента. Известны процессы массопереноса и легирования при электролитно-плазменной обработке чугуна, где в качестве нагреваемых объектов-образцов использовались чугунные гильзы для дизельных двигателей. В экспериментах использовались два анода из меди и вольфрама (см. Письма в ЖТФ, 2003, том 29, вып.8. А.Д. Погребняк, О.П. Кульментева и др. Процессы массопереноса и легирования при электролитноплазменной обработке чугуна. Сумской институт модификации поверхности, г. Сумы, Украина.) Вышеуказанный способ обработки разработан для чугунных гильз дизельных двигателей, и позволяет упрочнить поверхностный слой до 3 мм. Наиболее близким по результатам к предлагаемому способу упрочнения является способ упрочнения низкоуглеродистых сталей, где детали(10 шт) укладывают в железный ящик с твердым карбюризаторм и нагревают до 930 С. Цементацию ведут на глубину 1 мм. Охлаждают детали в ящиках на воздухе до 680-550 С, выдерживают 0,3 - 0,5 ч,нагревают до 800-820 С и закаливают (см. пат.2094485, кл. 21 1/78, от 27.10.1997 г.),выбранный в качестве прототипа. Недостатком прототипа является высокая энергоемкость и трудоемкость процесса упрочнения низкоуглеродистых сталей. Задача, решаемая изобретением, заключается в упрощении процесса упрочнения, улучшении технических характеристик упрочняемого изделия. Технический результат изобретения заключается в повышении износостойкости рабочих поверхностей обрабатываемых деталей (твердость достигает до 64 , а сердцевина остается более пластичной и имеет твердость не более 46,5 ) и снижении энергоемкости процесса. Сущность изобретения заключается в следующем. Предложен способ упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающий нагрев детали до 930-940 С, цементацию на глубину 1 мм, и закалку при 800-820 С, отличающийся тем, что нагрев детали осуществляют электролитной плазмой, при этом деталь погружают в электролит на глубину 4-6 мм,подают постоянный электрический ток, подвергают охлаждению в потоке электролита. Неупрочняемую часть детали отверстия для запрессовки твердосплавных зубков,перед погружением в электролит изолируют,например обмазкой,состоящей из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Способ электролитно-плазменного упрочнения деталей буровых долот поясняется чертежом, на котором изображен технический процесс закалки,где позиция 1- анод из нержавеющей стали 12 Х 18 Н 10 Т, 2 - упрочняемая деталь долота, 3 электролит. Для обеспечения требуемой работоспособности долота по бурению не менее 270 м скважины ударной нагрузки с повышенной рабочей температурой до 200 С в качестве материалов для шарошек и лап выбраны цементируемые легированные теплостойкие стали 18 ХНЗМА-Ш для шарошек и 14 ХНЗМА-Ш для лап. Легирующие элементы хром и никель обеспечивают прочность при хорошей ударной вязкости молибден обеспечивает теплостойкость стали. Для обеспечения высокого качества сталей по химическому составу они выплавляются методом шлакового переплава. Учитывая, необходимость сварки лап для них использована низкоуглеродистая сталь 14 ХНЗМА-Ш с содержанием углерода 0,14. Для обеспечения нормальной работы подшипников качения и скольжения, техническими условиями на долото предъявляется твердость лап до 5863 и у шарошек до 5662. При упрочнении заявляемым способом детали частично погружают в емкость с электролитом на глубину 4-6 мм. Упрочнение производится путем периодического нагрева за счет электрического потенциала в слое плазмы, создаваемом между жидким электродом (электролитом) и поверхностью катода (деталь долота) и охлаждения поверхности упрочняемых деталей, например, бурового долота, в потоке электролита. Для предотвращения растрескивания поверхности шарошек у отверстий для запрессовки твердосплавных зубков, перед электролитно-плазменным упрочнением изолируется специальной обмазкой, состоящей из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста,замешанных в жидком стекле. В водном растворе 23 (электролит) образуются ионы , -, ОН-, Н. Ионы, имеющие отрицательный заряд,отдают избыточные электроны при прохождении через отверстия анода нержавеющей стали 12 Х 18 Н 10 Т,катионы увлекаются гидродинамическим потоком электролита, и рекомбинируют на катодеповерхности обрабатываемой детали долота. Преобразование электрической энергии в тепло идет, в основном, в плазменном слое на нагреваемой поверхности изделия-катода. В плазменном слое энергия к изделию передается в виде специфичной формы неравновесных электрических разрядов. Обрабатываемые поверхности цементируются ионами углерода и закаливаются в электролите за существенно короткое время. Упрочнение осуществляют в следующих режимах источника регулируемого питания постоянного тока напряжением 220, силы тока 10 А, время нагрева 4 секунды, время закалки в потоке электролита 4 секунды, количество циклов 30-35. Катод (деталь) частично погружается в электролит на глубину в 4-6 мм. Анод из нержавеющей стали 12 Х 18 Н 10 Т, расположен в электролите на расстоянии в 20 мм от края сопла. Массоперенос ионов углерода в упрочняемую деталь составляет 0,8-1,2 мм, а закалка осуществляется до глубины 4-6 мм. 23178 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ упрочнения низкоуглеродистых сталей,включающий нагрев детали до 930-940 С,цементацию на глубину 1 мм, и закалку при 800820 С, отличающийся тем, что нагрей детали осуществляют плазмой, при этом деталь погружают в электролит на глубину 4-0 мм, подают постоянный электрический ток, после чего подвергают охлаждению в потоке электролита, кроме того,неупрочняемую часть детали перед погружением в электролит изолируют.