螺桿鉆具傳動軸殼體高頻感應加熱爐熱處理工藝的改進措施

螺桿鉆具是油田鉆采設備重要部件，傳動軸殼體是螺桿鉆具的重要零件，工作中主要承受傳遞動力和扭矩的作用，井下工作條件惡劣，因而技術要求嚴格。傳動軸殼體材料為42CrMo鋼。工件熱處理采用高頻感應加熱爐處理，工藝為：650℃x 120min，850℃x80min，然后雙液（質量分數為10%-15鉑CaClz 的水溶液和3 號錠子油）加熱；熱處理工藝為590℃×510min，油冷。生產中發現，工件調質后各項力學性能達到技術要求，但傳動軸殼體內孔出現開裂，使工件報廢。

檢驗發現，工件開裂部位位于內孔壁上，裂紋沿軸向分布，由表面延伸至心部，裂紋深而長，呈縱向裂紋特征。檢驗分析工件通過高頻感應加熱爐加熱與冷卻工藝，均符合要求。工件尺寸因素檢驗發現，傳動軸殼體較薄壁厚處正處于該鋼臨界直徑附近，工件加熱中，工件過渡區存在較大組織應力，該易于產生裂紋；另一方面，工件形狀對裂紋產生不利影響。工件熱處理冷卻時，內孔處冷卻慢，熱應力小，內孔表面主要應力是組織應力，呈切向拉應力分布。切向拉應力高于工件斷裂強度時，將在內孔壁上產生縱向裂紋。檢驗傳動軸殼缽化學成分的影響時發現，化學成分主要元素對臨界點影響顯著，工件42CrMo鋼化學成分檢測結果結果顯示42CrMo鋼臨界點數值為：Aci=730℃，AC3=780aC，Ar：=690℃，Ms=360℃；從中可以知道，Si、Mn含量超標明顯。Si可增加過冷奧氏體穩定性，使Ms點下降，使馬氏體形成溫度降低，增大馬氏變中的組織應力，使出現裂紋開裂傾向加大。Mn具有提高工件熱透性和降點的明顯效果和作用。Si和Mn含量超標是工件開裂的主要原因。經理論計算，傳動軸殼體件42CrMo鋼的Ms點為327.02℃，比正常42CrMo鋼Ms點溫」32.98℃，該工件Ms氛下降顯著，證實了Si、Mn嚴重超標是工件應力增大，導致工件內孔開裂的主要原因。

綜上分析，提出高頻感應加熱爐熱處理工藝改進措施如下：(1)嚴格工件原材料化學成分檢驗和控制，防止Si、Mn、S、P嚴重超標鋼材流入加工工序。(2)工件設計和加工尺寸，應盡量避免其有效厚度處于臨界直徑D。區域。（3)工件設計制作中，盡量避免工件細長管類件與尺寸相差很大的工件同時加熱處理。(4)熱處理中，工件加熱冷卻時間應嚴格控制及科學驗證，應參照每批工件的化學成分，修訂計算出合理的冷卻時間，以保證工件熱處理質量良好，并且不出現裂紋缺陷。