石油鉆機(jī)通過鉆具（鉆桿、巖心管和管接頭）將軸向壓力傳遞到鉆頭，對巖層進(jìn)行鉆探。雖然已經(jīng)進(jìn)行了高頻淬火工藝進(jìn)行了熱處理，但是鉆具除表面與巖壁發(fā)生強(qiáng)烈摩擦外，還承受巨大彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力及沖擊應(yīng)力作用。生產(chǎn)中鉆具失效形式多為斷裂失效或螺紋磨損變形失效，也有部分鉆具因出現(xiàn)管壁裂縫、孔洞及管壁磨損、彎曲過大造成失效破壞。某傳動軸是油田鉆井設(shè)備5LZ224WB型彎殼體螺桿鉆具的重要零件，材料選用35CrMo鋼。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，鉆具連續(xù)工作近30h突發(fā)傳動軸斷裂事故，造成很大損失。

斷裂傳動軸宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，斷裂發(fā)生于軸截面過渡*大的圓弧處，斷口和軸線垂直，基本為平齊狀，沿外圓周向內(nèi)約5mm外分布有放射形快速斷裂棱線呈臺階狀，未發(fā)現(xiàn)縮頸等宏觀塑性變形，瞬斷區(qū)距內(nèi)孔徑約15mm左右，該斷口特征屬脆性斷口。觀察斷口形貌發(fā)現(xiàn)，斷口瞬斷區(qū)表面粗糙，無金屬光澤，出現(xiàn)月芽狀凹陷和徑向法線夾角約為10℃ - 15℃。，該處面積約1000mm2；而瞬斷區(qū)與內(nèi)之間區(qū)域出現(xiàn)光滑的金屬疲勞形貌。斷裂傳動軸試棒力學(xué)性能中顯示，低于技術(shù)要求值，該傳動軸不合格。其金相組織檢查發(fā)現(xiàn)，其金相組織除回火索氏體外，存在眾多寬帶狀鐵素體與少量魏氏組織以及出現(xiàn)明顯的枝狀晶，并且組織中含有非金屬夾雜物。眾所周知，魏氏組織是亞共析鋼中較嚴(yán)重的非正常組織，危害很大。傳動軸件出現(xiàn)魏氏組織，工件沖擊韌度明顯下降，脆性增大，該魏氏組織和伴生的枝晶狀組織使工件塑性和沖擊韌度大大下降，同時(shí)鋼中存在帶狀鐵素體組織和非金屬夾雜物缺陷，使工件性能進(jìn)一步惡化，因而造成工件在外力作用下發(fā)生早期脆性斷裂失效。

綜上所述，傳動軸容易斷裂的主要原因如下：（1）鑄鋼件存在粗大枝狀晶及帶狀偏析，組織粗大不均，以及出現(xiàn)魏氏組織缺陷，是傳動軸斷裂的主要原因。(2)鍛造中鍛壓比不足，基礎(chǔ)組織不良，直接影響奧氏體均勻化和調(diào)質(zhì)處理質(zhì)量，使鋼中枝狀晶和帶狀組織形態(tài)保留下來，造成工件強(qiáng)度、沖擊韌度和塑性明顯下降。因而在交變應(yīng)力作用下，極易產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致工件產(chǎn)生早期斷裂失效。

為防止工件斷裂失效，提出高頻淬火工藝改進(jìn)措施如下：(1)鑄鋼傳動軸件在冶煉、軋制中嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求及質(zhì)量檢驗(yàn)，以避免出現(xiàn)晶粒粗大、魏氏組織和枝晶狀偏析，以及盡量減少非金屬類雜物數(shù)量，使鋼材獲得組織和性能良好的基礎(chǔ)組織。(2)合理選擇鍛造比。鍛造可以矯正晶粒粗大、魏氏組織缺陷，并可使枝晶狀組織細(xì)化成纖維狀組織，同時(shí)改變鋼中夾雜物的分布狀態(tài)。使用上述組織缺陷對力學(xué)性能的危害明顯降低和緩解。對于35CrMo鋼，鍛造比取4 -5 為宜。(3)工件調(diào)質(zhì)處理應(yīng)嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，如加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度等，淬火時(shí)確保淬火溫度和保溫時(shí)間充分，以得到要求的索氏體組織，保證工件綜合力學(xué)性能優(yōu)良。

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