發(fā)布時間：2017-05-19 13:19

  本文關鍵詞：37CrMnMo石油鉆桿熱處理及摩擦焊接頭性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文以37CrMnMo石油鉆桿接頭為研究對象,首先采用不同熱處理工藝對其進行調(diào)質處理,確定了最佳熱處理方案;并且采用慣性摩擦焊方法對鉆桿管體與鉆桿接頭實施焊接。通過金相實驗力學性能實驗等討論了淬火溫度與回火溫度對37CrMnMo接頭顯微組織及力學性能的影響;分析了不同焊接參數(shù)與接頭質量的關系,研究了摩擦焊接頭的金屬塑性流動特性、接頭斷裂機制、焊縫及熱影響區(qū)處元素的擴散機理。37CrMnMo接頭用鋼在860℃-890℃區(qū)間內(nèi)設定四組加熱溫度實施淬火處理,回火溫度均選擇560℃。硬度實驗結果表明,隨淬火溫度的不斷升高其調(diào)質后硬度值逐漸增大。淬火溫度為870℃,560℃回火后試樣的沖擊吸收功達到117.68J,硬度的均值為28.38HRC。在選定的淬火溫度區(qū)間內(nèi),隨著溫度的階梯上升,調(diào)質后的抗拉強度無明顯變化,而屈服強度呈現(xiàn)增加后又降低的趨勢,于870℃達到峰值。淬火溫度繼續(xù)增加,屈服強度值減小。在860℃淬火時,存在未熔鐵素體組織,當溫度達到890℃時因奧氏體晶粒有長大傾向,進而淬火后出現(xiàn)晶粒粗大的馬氏體,導致回火后的回火索氏體晶粒也變得粗大,沖擊吸收功略有降低。37CrMnMo鋼經(jīng)870℃淬火后水冷,顯微組織是以板條狀馬氏體為主同時存在針狀馬氏體的混合組織。500℃-640℃回火后,抗拉強度和屈服強度先升高后下降,試樣沖擊吸收功隨回火溫度的升高先迅速上升,600℃回火后逐漸下降。顯微組織觀察表明,其組織為回火索氏體。隨著回火溫度上升,碳化物形貌從分布不均的片狀逐漸演變成彌散分布的粒狀,提升了沖擊韌性。640℃回火后,粒狀碳化物粗化導致沖擊韌性下降。從斷口形貌觀察,560℃和640℃回火處理后雖然都呈韌性斷裂,但其韌窩不如600℃時沖擊斷口中的韌窩均勻且分布細小。為保證37CrMnMo鋼工程應用的安全性,在600℃回火可以得到較好的強韌性配合。慣性摩擦焊接工藝表明,其它參數(shù)不變的情況下,旋轉速度增加時摩擦加劇,焊縫金屬塑性流動增強,在軸向壓力作用下會沿接頭的徑向方向不斷被擠出,飛邊形貌愈來愈大,也導致試樣的軸向燒損量增大。焊接接頭的顯微組織分析表明,焊縫向母材擴展方向可以劃分為四個區(qū)域:完全塑性變形區(qū)(Zpl)、部分塑性變形區(qū)(Zpd)、未變形區(qū)(Zud)以及母材區(qū)(BM)。在扭矩與頂鍛力的作用下金屬在界面處作平面圓周運動以及在軸向擴展方位作螺旋式移動,導致了組織中存在了橫、縱以及彎曲狀金屬流線。經(jīng)摩擦焊接和焊后熱處理后,接頭處金屬充分流動形成牢固接頭。在焊縫界面出現(xiàn)大致“100μm”寬度的咬合,呈現(xiàn)凹凸狀嵌入對方組織。元素在界面處發(fā)生了擴散,Si元素從管體側向鉆桿接頭側遷移擴散了約“30μm”,其它濃度梯度不大的元素在界面處經(jīng)擴散作用,焊縫兩側成分較均勻。Zpl區(qū)焊后熱處理后組織為回火索氏體,鉆桿側的未變形區(qū)的末端因受到高溫作用存在軟相鐵素體,致使此處硬度降低,焊縫偏向管體側的未變形區(qū)末端存在塊狀鐵素體,較接頭側鐵素體含量多且晶粒狀粗大,導致此處易發(fā)生斷裂。
【關鍵詞】：慣性摩擦焊 塑性流動 調(diào)質處理 焊縫組織 力學性能
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE921.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 慣性摩擦焊技術簡介9-16
• 1.2.1 慣性摩擦焊原理與過程10-12
• 1.2.2 慣性摩擦焊焊接設備12-13
• 1.2.3 慣性摩擦焊技術特點13-14
• 1.2.4 慣性摩擦焊應用領域14-15
• 1.2.5 慣性摩擦焊技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 鉆桿工具接頭的熱處理及焊后熱處理16-18
• 1.3.1 焊后熱處理研究現(xiàn)狀17
• 1.3.2 焊后熱處理的重要意義17-18
• 1.4 慣性摩擦焊焊接接頭的無損檢測18-19
• 1.4.1 摩擦焊接頭中的缺陷18
• 1.4.2 鉆桿接頭的超聲波檢測18-19
• 1.5 課題研究的背景、意義及內(nèi)容19-20
• 第二章 實驗條件和研究方法20-26
• 2.1 主要實驗材料20-21
• 2.2 實驗設備21-22
• 2.2.1 摩擦焊設備21
• 2.2.2 焊前熱處理設備21-22
• 2.2.3 感應熱處理設備22
• 2.3 實驗方法22-26
• 2.3.1 焊前熱處理與焊后感應熱處理22-23
• 2.3.2 摩擦焊接的準備與操作23-24
• 2.3.3 鉆桿接頭的力學性能實驗24-25
• 2.3.4 顯微組織的分析25-26
• 第三章 焊前熱處理工藝對 37CrMnMo組織與力學性能的影響26-36
• 3.1 淬火溫度對接頭用鋼的力學性能影響26-29
• 3.2 淬火溫度對調(diào)質后顯微組織的影響29-30
• 3.3 回火溫度對 37CrMnMo鋼力學性能的影響30-32
• 3.4 回火溫度對 37CrMnMo鋼顯微組織的影響32-33
• 3.5 不同回火溫度對沖擊吸收功的影響33-35
• 3.6 熱侵蝕時間對晶粒度顯示的影響35-36
• 第四章 慣性摩擦焊接頭顯微組織及性能分析36-52
• 4.1 引言36-37
• 4.2 慣性摩擦焊焊縫的熱塑性金屬流動分析37-45
• 4.2.1 慣性摩擦焊不同焊接速度對飛邊的影響37-38
• 4.2.2 焊接接頭的金屬流動特性研究38-42
• 4.2.3 焊接界面的元素擴散分析42-45
• 4.3 慣性摩擦焊縫及熱影響區(qū)的組織研究45-49
• 4.4 慣性摩擦焊接頭的力學性能分析49-52
• 4.4.1 慣性摩擦焊接頭的硬度分析49-50
• 4.4.2 摩擦焊接頭的拉伸性能分析50-52
• 第五章 結論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-58
• 作者簡介58
• 攻讀碩士學位期間研究成果58

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  本文關鍵詞：37CrMnMo石油鉆桿熱處理及摩擦焊接頭性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：378824