CN114458163A - 一种螺纹喷嘴、材料及其铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于pdc钻头器件技术领域，公开了一种螺纹喷嘴、材料及其铸造方法，螺纹喷嘴材料质量分数包括：碳氮化钛固溶体50％～55％，镍32％～38％，钴3％～8％，铬3％～6％，其它微量元素≤2％。螺纹喷嘴包括：刀翼、螺纹、接头；喷嘴本体下端设置有接头，喷嘴本体上设置有螺纹，喷嘴本体上侧设置有刀翼。Ticn基金属陶瓷，其硬质相组成成分tic和tin，均是很稳定的碳化物和氮化物，而wc相较更容易发生氧化。ticn基金属陶瓷在5％硝酸、50％氢氧化钠溶液中，其耐腐性能均比yg8硬质合金耐腐，且ticn基金属陶瓷的粘接相愈多，耐腐性能更好。本发明中螺纹喷嘴相比硬质合金更好的耐磨、耐腐蚀性能、成本更低。
Description
技术领域
本发明属于pdc钻头器件技术领域，尤其涉及一种螺纹喷嘴、材料及其铸造方法。
背景技术
目前，石油钻井是经过勘探发现储油区块，指利用专用设备和技术，在预先选定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼，并钻达地下油气层的工作。在石油钻井设备中设置有pdc钻头，pdc钻头为聚晶金刚石复合片钻头的简称；是地质钻探行业常用的一种钻井工具。其实它的演变是从金刚钻演变来的。在pdc钻头设置有喷嘴，称为水眼，主要起冲刷清洗、冷却、润滑钻齿达到辅助破岩的作用；使用环境：井底温度一般为150℃到200℃，钻头寿命至少350小时；
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的硬质合金pdc钻头喷嘴耐磨性、耐腐蚀性差，成本高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种螺纹喷嘴、材料及其铸造方法。
本发明是这样实现的，一种螺纹喷嘴，所述螺纹喷嘴设置有，包括：
喷嘴本体；
喷嘴本体下端设置有接头，喷嘴本体上设置有螺纹，喷嘴本体上侧设置有刀翼。
本发明的另一目的在于提供一种所述螺纹喷嘴的螺纹喷嘴铸造方法，所述螺纹喷嘴铸造方法包括：
步骤一，按照比例将碳化钛、氮化钛加热融化形成金属固溶体，作为硬质相；在硬质相形成过程中，按照一定比例加入镍粉、钴粉、铬粉、微量元素铌粉、钒粉作为粘接剂；
步骤二，将上述金属溶体加入到浇包，浇包中的溶体通过长喷嘴进入到中间包；通过金属溶体的集聚，通过中间包底侧的浸渍喷嘴进入到铸造模型中；同时对浸渍喷嘴的温度进行检测，并通过控制器控制加热器件对浸渍喷嘴的温度进行控制；
步骤三，铸造模型灌装完成后，利用超声振动器进行振动；将铸造模型内部的毛坯喷嘴，进行室温冷却；
步骤四，当毛坯冷却到一定温度，进行脱膜、退火、预处理，对喷嘴进行脱脂；
步骤五，对预处理完成的喷嘴毛坯件进行表面处理，并切削、车削、铣削、磨削加工出符合要求的螺纹；螺纹加工完成后，进行喷涂涂装。
进一步，所述毛坯进行脱膜的过程为：
将含有毛坯的铸造模型放置到脱膜机中，通过夹钳的开闭与提升运动和毛坯、毛坯的重力作用完成各种自由脱模、脱帽和脱锭作业，利用推顶工具的顶、挡及与夹扯工具之间的相对直线运动而进行强制脱模作业。
进一步，所述步骤四中，毛坯进行退火的过程为：
将毛坯件加热到温度：Ac3+43～51℃；加热时间：1.5～1.8分/毫米；
保温时间为：以加热时间的三分之一进行确定；碳钢：每小时100～200C。
进一步，所述步骤四中，预处理包括：调湿、低压清洗、高压清洗、转化成膜、水分烘干和冷却。
进一步，所述步骤四中，螺纹车削方法，包括：
将毛坯件固定在转盘上，以车刀左右两侧刀刃同时切削的方式，使中滑板横向进给；
通过多次行程，直到把螺纹车好。
进一步，所述步骤五中，在喷涂涂装方法，包括：
将喷嘴毛坯件放置在电泳池中，使电泳涂料淹没喷嘴毛坯件；
在电泳池中安装阴阳两极，施加于一定的电压，带电荷涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于喷嘴毛坯件表面；并利用喷涂相应的外侧涂料。
进一步，所述碳氮化钛固溶体50％～55％，镍32％～38％，钴3％～8％，铬3％～6％，微量元素铌、钒≤2％。
本发明的另一目的在于提供一种由所述螺纹喷嘴的铸造方法制造的螺纹喷嘴。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述螺纹喷嘴的pdc钻头器件。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明中螺纹喷嘴相比硬质合金更好的耐磨、耐腐蚀性能、成本更低；从耐磨性、耐腐蚀性能和成本优势三个方面进行分析如下：
(1)耐磨性；衡量耐磨性能的主要指标为硬度，Ti(CN)碳氮化钛基金属陶瓷和其它钨钴硬质合金都是通过粉末冶金技术将硬质相和粘接相在高温下烧结而成，在同等条件下，硬质合金硬质相为碳化钨(WC)，其硬度为1780kg/cm3，金属陶瓷硬质相为碳氮化钛固溶体，兼具tic和tin的优点，并还具有比TiC和TiN更高的硬度，更好的耐磨性和热稳定性等性能优点，碳化钛硬度为3200kg/cm3，碳化钛硬度范围为8～9莫氏硬度，两者硬度均大于碳化钨，且在导热、导电率方面，金属陶瓷具有明显的优势，在摩擦时，金属陶瓷的热量均可迅速带走，不产生高温热聚集效应，同时tin和tic的摩擦系数均小于硬质合金，其在高温下产生的tio2是一种辅助润滑剂，因此，金属陶瓷耐磨性更具优势。
(2)耐腐蚀性能；Ticn基金属陶瓷，其硬质相组成成分tic和tin，均是很稳定的碳化物和氮化物，而wc相较更容易发生氧化。ticn基金属陶瓷在5％硝酸、50％氢氧化钠溶液中，其耐腐性能均比yg8硬质合金耐腐，且ticn基金属陶瓷的粘接相愈多，耐腐性能更好。
(3)成本优势；钨是一种稀有金属，是一种分布较广泛的元素，几乎遍见于各类岩石中，但含量较低。钨在地壳中的含量为0.001％，在花岗岩中含量平均为1.5×10-6，这种特性导致其提取难度非常大，通常只能用有机溶剂萃取法及离子交换法分离提取。地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位(地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)，随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。地壳中钛资源远远高于钨资源，且钨作为稀有金属，其价格定比钛高。Ticn基金属陶瓷密度为6.5～7.2g/cm3，而钨钴类硬质合金普遍在14g/cm3以上，金属陶瓷密度不到硬质合金的一半，同等重量下，金属陶瓷的数量是硬质合金2倍多，所以非常具有成本优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的螺纹喷嘴结构示意。
图2是本发明实施例提供的螺纹喷嘴铸造方法流程图。
图3是本发明实施例提供的毛坯进行脱膜方法流程图。
图4是本发明实施例提供的螺纹车削方法流程图。
图5是本发明实施例提供的喷涂涂装方法流程图。
图中：1、刀翼；2、螺纹；3、接头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种螺纹喷嘴、材料及其铸造方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的螺纹喷嘴包括：刀翼1、螺纹2、接头3。喷嘴本体下端设置有接头3，喷嘴本体上设置有螺纹2，喷嘴本体上侧设置有刀翼1。
如图2所示，本发明实施例提供的螺纹喷嘴铸造方法，包括：
S101：按照比例将碳化钛、氮化钛加热融化形成金属固溶体，作为硬质相；在硬质相形成过程中，按照一定比例加入镍粉、钴粉、铬粉、微量元素铌粉、钒粉作为粘接剂。
S102：将上述金属溶体加入到浇包，浇包中的溶体通过长喷嘴进入到中间包；通过金属溶体的集聚，通过中间包底侧的浸渍喷嘴进入到铸造模型中；同时对浸渍喷嘴的温度进行检测，并通过控制器控制加热器件对浸渍喷嘴的温度进行控制。
S103：铸造模型灌装完成后，利用超声振动器进行振动；将铸造模型内部的毛坯喷嘴，进行室温冷却。
S104：当毛坯冷却到一定温度，进行脱膜、退火、预处理，对喷嘴进行脱脂。
S105：对预处理完成的喷嘴毛坯件进行表面处理，并切削、车削、铣削、磨削加工出符合要求的螺纹；螺纹加工完成后，进行喷涂涂装。
如图3所示，本发明实施提供的毛坯进行脱膜的过程为：
S201：将含有毛坯的铸造模型放置到脱膜机中；
S202：通过夹钳的开闭与提升运动和毛坯、毛坯的重力作用完成各种自由脱模、脱帽和脱锭作业；
S203：利用推顶工具的顶、挡及与夹扯工具之间的相对直线运动而进行强制脱模作业。
本发明实施例提供的S104中，毛坯进行退火的过程为：
将毛坯件加热到温度：Ac3+43～51℃；加热时间：1.5～1.8分/毫米；
保温时间为：以加热时间的三分之一进行确定；碳钢：每小时100～200C。
本发明实施例提供的S104中，预处理包括：调湿、低压清洗、高压清洗、转化成膜、水分烘干和冷却。
如图4所示，本发明实施例提供的S104中，螺纹车削方法，包括：
S301：将毛坯件固定在转盘上，以车刀左右两侧刀刃同时切削的方式，使中滑板横向进给；
S302：通过多次行程，直到把螺纹车好。
如图5所示，本发明实施例提供的S105中，喷涂涂装方法，包括：
S401：将喷嘴毛坯件放置在电泳池中，使电泳涂料淹没喷嘴毛坯件；
S402：在电泳池中安装阴阳两极，施加于一定的电压，带电荷涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于喷嘴毛坯件表面；
S403：漆膜完成后，利用喷涂相应的外侧涂料。
本发明实施例提供的螺纹喷嘴材料质量分数包括：碳氮化钛固溶体50％～55％，镍32％～38％，钴3％～8％，铬3％～6％，其它微量元素(铌、钒)≤2％。螺纹喷嘴主要由碳化钛、氮化钛的金属固溶体作为硬质相，以镍粉、钴粉做为主要粘接剂，以及一些其他稀有金属作为调节产品性能的(改善室温和高温性能、控制晶粒大小等)微量元素组成。
本发明中螺纹喷嘴相比硬质合金更好的耐磨、耐腐蚀性能、成本更低；从耐磨性、耐腐蚀性能和成本优势三个方面进行分析如下：
1、耐磨性；衡量耐磨性能的主要指标为硬度，Ti(CN)碳氮化钛基金属陶瓷和其它钨钴硬质合金都是通过粉末冶金技术将硬质相和粘接相在高温下烧结而成，在同等条件下，硬质合金硬质相为碳化钨(WC)，其硬度为1780kg/cm3，金属陶瓷硬质相为碳氮化钛固溶体，兼具tic和tin的优点，并还具有比TiC和TiN更高的硬度，更好的耐磨性和热稳定性等性能优点，碳化钛硬度为3200kg/cm3，碳化钛硬度范围为8～9莫氏硬度，两者硬度均大于碳化钨，且在导热、导电率方面，金属陶瓷具有明显的优势，在摩擦时，金属陶瓷的热量均可迅速带走，不产生高温热聚集效应，同时tin和tic的摩擦系数均小于硬质合金，其在高温下产生的tio2是一种辅助润滑剂，因此，金属陶瓷耐磨性更具优势。
2、耐腐蚀性能；Ticn基金属陶瓷，其硬质相组成成分tic和tin，均是很稳定的碳化物和氮化物，而wc相较更容易发生氧化。根据华中科技大学发表论文表明，ticn基金属陶瓷在5％硝酸、50％氢氧化钠溶液中，其耐腐性能均比yg8硬质合金耐腐，且ticn基金属陶瓷的粘接相愈多，耐腐性能更好。
3、成本优势；钨是一种稀有金属，是一种分布较广泛的元素，几乎遍见于各类岩石中，但含量较低。钨在地壳中的含量为0.001％，在花岗岩中含量平均为1.5×10-6，这种特性导致其提取难度非常大，通常只能用有机溶剂萃取法及离子交换法分离提取。地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位(地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)，随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。地壳中钛资源远远高于钨资源，且钨作为稀有金属，其价格定比钛高。Ticn基金属陶瓷密度为6.5～7.2g/cm3，而钨钴类硬质合金普遍在14g/cm3以上，金属陶瓷密度不到硬质合金的一半，同等重量下，金属陶瓷的数量是硬质合金2倍多，所以非常具有成本优势。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种螺纹喷嘴，其特征在于，所述螺纹喷嘴设置有：
喷嘴本体；
喷嘴本体下端设置有接头，喷嘴本体上设置有螺纹，喷嘴本体上侧设置有刀翼。
2.一种如权利要求1所述螺纹喷嘴的螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述螺纹喷嘴铸造方法包括：
步骤一，按照比例将碳化钛、氮化钛加热融化形成金属固溶体，作为硬质相；在硬质相形成过程中，按照一定比例加入镍粉、钴粉、铬粉、微量元素铌粉、钒粉作为粘接剂；
步骤二，将上述金属溶体加入到浇包，浇包中的溶体通过长喷嘴进入到中间包；通过金属溶体的集聚，通过中间包底侧的浸渍喷嘴进入到铸造模型中；同时对浸渍喷嘴的温度进行检测，并通过控制器控制加热器件对浸渍喷嘴的温度进行控制；
步骤三，铸造模型灌装完成后，利用超声振动器进行振动；将铸造模型内部的毛坯喷嘴，进行室温冷却；
步骤四，当毛坯冷却到一定温度，进行脱膜、退火、预处理，对喷嘴进行脱脂；
步骤五，对预处理完成的喷嘴毛坯件进行表面处理，并切削、车削、铣削、磨削加工出符合要求的螺纹；螺纹加工完成后，进行喷涂涂装。
3.如权利要求2所述螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述毛坯进行脱膜的过程为：
将含有毛坯的铸造模型放置到脱膜机中，通过夹钳的开闭与提升运动和毛坯、毛坯的重力作用完成各种自由脱模、脱帽和脱锭作业，利用推顶工具的顶、挡及与夹扯工具之间的相对直线运动而进行强制脱模作业。
4.如权利要求2所述螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述步骤四中，毛坯进行退火的过程为：
将毛坯件加热到温度：Ac3+43～51℃；加热时间：1.5～1.8分/毫米；
保温时间为：以加热时间的三分之一进行确定；碳钢：每小时100～200C。
5.如权利要求2所述螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述步骤四中，预处理包括：调湿、低压清洗、高压清洗、转化成膜、水分烘干和冷却。
6.如权利要求2所述螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述步骤四中，螺纹车削方法，包括：
将毛坯件固定在转盘上，以车刀左右两侧刀刃同时切削的方式，使中滑板横向进给；
通过多次行程，直到把螺纹车好。
7.如权利要求2所述螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述步骤五中，在喷涂涂装方法，包括：
将喷嘴毛坯件放置在电泳池中，使电泳涂料淹没喷嘴毛坯件；
在电泳池中安装阴阳两极，施加于一定的电压，带电荷涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于喷嘴毛坯件表面；并利用喷涂相应的外侧涂料。
8.如权利要求2所述螺纹喷嘴铸造方法，其特征在于，所述碳氮化钛固溶体50％～55％，镍32％～38％，钴3％～8％，铬3％～6％，微量元素铌、钒≤2％。
9.一种由权利要求2所述螺纹喷嘴的铸造方法制造的螺纹喷嘴。
10.一种安装有权利要求9所述螺纹喷嘴的pdc钻头器件。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210083897.3A CN114458163A (zh) | 2022-01-23 | 2022-01-23 | 一种螺纹喷嘴、材料及其铸造方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115466895A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-12-13 | 自贡兆强密封制品实业有限公司 | 一种耐磨耐腐蚀抽油泵阀座及加工方法 |
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2022
- 2022-01-23 CN CN202210083897.3A patent/CN114458163A/zh active Pending
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