基于激光淬火的4145H定转子表面强化工艺研究
发布时间：2021-10-29 02:15
近年来,随着经济的高速发展,我国对石油和天然气等能源的需求逐渐增加,对高温高压井、深井以及超深井的探索力度显著提高,复杂恶劣的钻井环境愈发突显,常规螺杆钻具中的丁腈橡胶定子难以满足耐高温的性能要求,因此需要制备全金属材料螺杆马达,但全金属定转子承受着大扭矩、摩擦力以及冲击力等各种复杂交变应力的作用,极易出现腐蚀、断裂以及严重磨损等失效现象,因此地质钻探技术装备的研发及应用面临着严峻的挑战。面对全金属定转子表面磨损严重的技术难题,本文通过调研激光热处理技术的应用特点以及研究现状,提出了激光热处理技术的工艺研究方案。本文采用HJ系列工业用高功率横流CO2激光器对定转子用4145H钢进行激光淬火处理,通过金相分析、硬度测试以及摩擦磨损实验研究了激光工艺参数对淬火质量的影响机制,并通过ANSYS软件建立了三维实体模型,实现了激光淬火过程的温度场仿真模拟。本文通过综合分析不同激光工艺参数的实验结果以及模拟仿真结果,得出激光工艺参数对淬火质量影响显著,其中,马氏体组织含量、表面硬度以及表面磨损程度随激光功率和激光扫描速度的上升呈现先增大后减小的趋势,而相变冷却速度随激光功率的...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全金属螺杆钻具失效实例图
中国地质大学（北京）硕士学位论文光淬火技术对于提高定转子用4145H钢材料性能的可行性。1.2.2激光淬火的原理图1-3激光淬火示意图图1-4激光淬火工艺曲线与常规淬火工艺曲线对比图激光淬火又被称为激光相变硬化，如图1-3所示，利用高能量的激光光束辐射作用，促使激光辐射区域内的表面材料以极短的时间达到奥氏体转变的临界温度Ac3或Ac1以上，快速奥氏体化形成奥氏体组织，当激光光束辐射过后，材料表面与基体之间发生热量的传导导致材料表层迅速自冷，材料表层组织发生奥氏体向马氏体的转化，从而完成相变硬化过程，如图1-4所示，曲线1即为激光淬火的温度曲线，并且对比图1-4中常规淬火的温度曲线2，可以看出激光淬火和常规淬火首先都需要将材料加热到Ac3或Ac1温度点以上，使得材料温度达到奥氏体转变的临界温度，以此获得奥氏体组织，常规淬火为使材5
中国地质大学（北京）硕士学位论文光淬火技术对于提高定转子用4145H钢材料性能的可行性。1.2.2激光淬火的原理图1-3激光淬火示意图图1-4激光淬火工艺曲线与常规淬火工艺曲线对比图激光淬火又被称为激光相变硬化，如图1-3所示，利用高能量的激光光束辐射作用，促使激光辐射区域内的表面材料以极短的时间达到奥氏体转变的临界温度Ac3或Ac1以上，快速奥氏体化形成奥氏体组织，当激光光束辐射过后，材料表面与基体之间发生热量的传导导致材料表层迅速自冷，材料表层组织发生奥氏体向马氏体的转化，从而完成相变硬化过程，如图1-4所示，曲线1即为激光淬火的温度曲线，并且对比图1-4中常规淬火的温度曲线2，可以看出激光淬火和常规淬火首先都需要将材料加热到Ac3或Ac1温度点以上，使得材料温度达到奥氏体转变的临界温度，以此获得奥氏体组织，常规淬火为使材5
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ABAUQS-Matlab对42CrMo钢表面感应淬火奥氏体化参数的研究[J]. 钟汉烈,汪舟,甘进,王晓丽,杨莹,闫占乱,韦婷婷. 表面技术. 2020(09)
[2]27SiMn钢表面激光淬火数值模拟及实验验证[J]. 郭卫,张汉杰,柴蓉霞. 应用激光. 2019(03)
[3]基于ANSYS的U71Mn钢轨激光淬火的温度场分析[J]. 秦跃舟,朱国力. 机械工程与自动化. 2019(03)
[4]金属材料洛氏硬度与抗拉强度的相关关系[J]. 吴芳堤,曹晶晶. 理化检验(物理分册). 2019(05)
[5]31CrMoV6表面激光淬火工艺及性能研究[J]. 高慧,吕奎龙. 煤矿机械. 2017(11)
[6]深井高强度石油钻铤用AISI4145H钢的开发生产[J]. 欧阳峥容. 山东冶金. 2017(05)
[7]激光表面处理技术在石油工业中的应用现状与发展趋势[J]. 王书亮,付朝政,苏晓慧,付春艳,刘丽,任呈强. 材料保护. 2017(06)
[8]45钢激光束扫描数值模拟与组织性能[J]. 刘政,沈俊波,张伟,周刘勇,赵海生. 材料热处理学报. 2017(03)
[9]45钢激光淬火工艺优化及性能[J]. 符轲,张修庆,续晓霄,吴建峰,李翔,徐金富. 金属热处理. 2017(01)
[10]激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望[J]. 何柏林,江明明. 表面技术. 2016(11)
硕士论文
[1]金属材料残余应力的压入表征方法研究[D]. 杨官保.江苏大学 2018
[2]三种表面改性处理技术对4145h钢性能的影响研究[D]. 王强.西南石油大学 2016
[3]40Mn激光淬火性能的研究[D]. 祝影.沈阳工业大学 2016
[4]基于环件热辗扩成形的铸态42CrMo钢热物理性能研究[D]. 杨卿.太原科技大学 2013
[5]球墨铸铁QT600-3表面激光多道淬火工艺的研究[D]. 罗旦.湖南大学 2013
[6]45钢激光淬火工艺参数研究[D]. 林茂华.华南理工大学 2013
[7]5CrNiMo钢激光表面淬火温度场数值模拟及硬化层均匀性研究[D]. 孙文强.天津理工大学 2013
[8]GGG70L激光表面淬火工艺参数及淬火层性能研究[D]. 尹博.天津理工大学 2013
[9]残余应力对压痕实验中压力—压痕深度曲线的影响[D]. 马碧涛.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3463765
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全金属螺杆钻具失效实例图
中国地质大学（北京）硕士学位论文光淬火技术对于提高定转子用4145H钢材料性能的可行性。1.2.2激光淬火的原理图1-3激光淬火示意图图1-4激光淬火工艺曲线与常规淬火工艺曲线对比图激光淬火又被称为激光相变硬化，如图1-3所示，利用高能量的激光光束辐射作用，促使激光辐射区域内的表面材料以极短的时间达到奥氏体转变的临界温度Ac3或Ac1以上，快速奥氏体化形成奥氏体组织，当激光光束辐射过后，材料表面与基体之间发生热量的传导导致材料表层迅速自冷，材料表层组织发生奥氏体向马氏体的转化，从而完成相变硬化过程，如图1-4所示，曲线1即为激光淬火的温度曲线，并且对比图1-4中常规淬火的温度曲线2，可以看出激光淬火和常规淬火首先都需要将材料加热到Ac3或Ac1温度点以上，使得材料温度达到奥氏体转变的临界温度，以此获得奥氏体组织，常规淬火为使材5
中国地质大学（北京）硕士学位论文光淬火技术对于提高定转子用4145H钢材料性能的可行性。1.2.2激光淬火的原理图1-3激光淬火示意图图1-4激光淬火工艺曲线与常规淬火工艺曲线对比图激光淬火又被称为激光相变硬化，如图1-3所示，利用高能量的激光光束辐射作用，促使激光辐射区域内的表面材料以极短的时间达到奥氏体转变的临界温度Ac3或Ac1以上，快速奥氏体化形成奥氏体组织，当激光光束辐射过后，材料表面与基体之间发生热量的传导导致材料表层迅速自冷，材料表层组织发生奥氏体向马氏体的转化，从而完成相变硬化过程，如图1-4所示，曲线1即为激光淬火的温度曲线，并且对比图1-4中常规淬火的温度曲线2，可以看出激光淬火和常规淬火首先都需要将材料加热到Ac3或Ac1温度点以上，使得材料温度达到奥氏体转变的临界温度，以此获得奥氏体组织，常规淬火为使材5
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ABAUQS-Matlab对42CrMo钢表面感应淬火奥氏体化参数的研究[J]. 钟汉烈,汪舟,甘进,王晓丽,杨莹,闫占乱,韦婷婷. 表面技术. 2020(09)
[2]27SiMn钢表面激光淬火数值模拟及实验验证[J]. 郭卫,张汉杰,柴蓉霞. 应用激光. 2019(03)
[3]基于ANSYS的U71Mn钢轨激光淬火的温度场分析[J]. 秦跃舟,朱国力. 机械工程与自动化. 2019(03)
[4]金属材料洛氏硬度与抗拉强度的相关关系[J]. 吴芳堤,曹晶晶. 理化检验(物理分册). 2019(05)
[5]31CrMoV6表面激光淬火工艺及性能研究[J]. 高慧,吕奎龙. 煤矿机械. 2017(11)
[6]深井高强度石油钻铤用AISI4145H钢的开发生产[J]. 欧阳峥容. 山东冶金. 2017(05)
[7]激光表面处理技术在石油工业中的应用现状与发展趋势[J]. 王书亮,付朝政,苏晓慧,付春艳,刘丽,任呈强. 材料保护. 2017(06)
[8]45钢激光束扫描数值模拟与组织性能[J]. 刘政,沈俊波,张伟,周刘勇,赵海生. 材料热处理学报. 2017(03)
[9]45钢激光淬火工艺优化及性能[J]. 符轲,张修庆,续晓霄,吴建峰,李翔,徐金富. 金属热处理. 2017(01)
[10]激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望[J]. 何柏林,江明明. 表面技术. 2016(11)
硕士论文
[1]金属材料残余应力的压入表征方法研究[D]. 杨官保.江苏大学 2018
[2]三种表面改性处理技术对4145h钢性能的影响研究[D]. 王强.西南石油大学 2016
[3]40Mn激光淬火性能的研究[D]. 祝影.沈阳工业大学 2016
[4]基于环件热辗扩成形的铸态42CrMo钢热物理性能研究[D]. 杨卿.太原科技大学 2013
[5]球墨铸铁QT600-3表面激光多道淬火工艺的研究[D]. 罗旦.湖南大学 2013
[6]45钢激光淬火工艺参数研究[D]. 林茂华.华南理工大学 2013
[7]5CrNiMo钢激光表面淬火温度场数值模拟及硬化层均匀性研究[D]. 孙文强.天津理工大学 2013
[8]GGG70L激光表面淬火工艺参数及淬火层性能研究[D]. 尹博.天津理工大学 2013
[9]残余应力对压痕实验中压力—压痕深度曲线的影响[D]. 马碧涛.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3463765
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