CN102900663B - 缸套及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缸套，包括外层金属管及内层耐磨层，所述内层耐磨层，通过内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结形成。本发明还公开了一种缸套的制造方法，该方法包括：在外层金属管内壁涂覆耐磨材料粉末；将内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结，形成内层耐磨层。该缸套和缸套的制造方法，采用烧结工艺制造内层耐磨层，制造工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种缸套及其制造方法。
背景技术
缸套作为石油开采中，泥浆泵的核心部件，用于承受泥浆磨损、腐蚀，其使用寿命的长短直接影响采油效率。
国内目前普遍采用的缸套有两种：双金属缸套和陶瓷缸套。这两种缸套的结构均是由外层金属管和由耐磨材料制成的内层耐磨管组成，内层耐磨管采用耐磨合金制成则为双金属缸套，内层耐磨管采用耐磨陶瓷制成则为陶瓷缸套。
现有的缸套制造方法是外层金属管以及内层耐磨管分别加工成型，然后再通过热装配将内层耐磨管嵌套在外层金属管内，使外层金属管与内层耐磨管形成过盈配合，最后再按照实际需要加工为缸套产品。
现有的缸套产品，内层耐磨管的材质耐磨性能有限。
其中，在外层金属管以及内层耐磨管分别加工的过程中，以及热装配过程中，需要经过多次的机械加工，并进行反复的加热，制造工艺复杂，能耗大，成本高。
另外，在热装配时，要杜绝耐磨材料层严重变形或者产生裂纹，耐磨材料层的厚度需要达到4毫米以上，然而缸套在使用过程中由于活塞、泥浆的磨损，缸套内表面与活塞之间的间隙逐渐增大，泥浆开始渗漏，当缸套内表面磨损达到0.5毫米后，泥浆泵会因泥浆渗漏严重而失效，致使缸套报废，此时耐磨材料的有效利用率只有20%，浪费严重。
而且，现有的缸套产品由于外层金属管以及内层耐磨管是通过过盈配合热装配形成，在使用过程中内外两层管还容易发生脱离，使缸套产品的可靠性大大降低。
发明内容
本发明提供了一种缸套及其制造方法，制造工艺简单。
为达上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种缸套，包括外层金属管层及内层耐磨层，所述内层耐磨层，通过内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结形成。
优选地，所述内层耐磨层，以重量百分比记，包括：铬15~20%，硅5~10%，铁30~35%，镍40~44%。
优选地，所述内层耐磨层，以重量百分比记，包括：铬17%，硅8%，铁35%，镍40%。
优选地，所述内层耐磨层厚度为0.2~4毫米。
优选地，所述内层耐磨层厚度为0.5毫米。
一种缸套的制造方法，该方法包括：
在外层金属管内壁涂覆耐磨材料粉末；
将内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结，形成内层耐磨层。
优选地，所述内层耐磨层以重量百分比记，包括：铬15~20%，硅5~10%，铁30~35%，镍40~44%。
优选地，所述内层耐磨层，以重量百分比记，包括：铬17%，硅8%，铁35%，镍40%。
优选地，所述在保护气氛下进行烧结，包括：
在氢气保护气氛下进行烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间1~3小时后自然冷却。
优选地，所述在保护气氛下进行烧结，包括：
烧结温度1100～1120℃，烧结时间2小时后自然冷却。
由上述技术方案可见，本发明的这种缸套及其制造方法，内层耐磨层通过烧结成型并与外层金属管结合，无需进行多次热加工和热装配的步骤，制造工艺简单。
另外，由于采用烧结工艺，内层耐磨层的厚度不会受到热装配过程的加工限制，无需满足4毫米厚度要求，可以制造出内层耐磨层的厚度小于4毫米的缸套产品，从而减少了内层耐磨层的耐磨材料浪费。
再有，采用烧结工艺，内层耐磨层与外层金属管之间晶格相连，结合紧密，不易发生通过机械加工方式形成的过盈配合可能造成的内层耐磨层脱落或者内层耐磨层与外层金属管之间错位等情况，提高了缸套的可靠性。
最后，本发明中，内层耐磨层采用了铬15~20%，硅5~10％，铁30~35%，镍40~44%配比的耐磨材料，经实验证明，相比现有技术的耐磨材料，有更高的硬度，提高了耐磨性。
附图说明
图1为本发明实施例的缸套结构示意图。
图2为本发明实施例一的缸套制作方法流程图。
图3为本发明实施例二的缸套制作方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例的缸套包括：
外层金属管1及内层耐磨层2，其中，内层耐磨层2是通过内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管1在保护气氛下进行烧结形成的。内层耐磨层2通过烧结成型并与外层金属管1结合，无需进行多次热加工和热装配的步骤，制造工艺非常简单。
其中，内层耐磨层2的耐磨材料任意，可以使用现有任意耐磨材料，例如耐磨金属、耐磨陶瓷等。外层金属管也可以使用任意的现有金属管，例如45号锻钢，采用45号锻钢可以使缸套产品在经济性和抗压强度、断裂韧性等使用性能间达到一个较好的平衡。
为了达到更好的耐磨效果，提高缸套使用寿命，作为较佳实施例，用耐磨材料制成的内层耐磨层2，以重量百分比记，可以包括：铬15~20%，硅5~10%，铁30~35%，镍40~44%。其中以铬17%，硅8%，铁35%，镍40%为更佳，采用该组分配比，可以使最终形成的内层耐磨层2的洛氏硬度HRC达到68以上，高硬度带来更好的耐磨性能。
通过上述烧结方法制造而成的内层耐磨层2，其厚度可以做到4毫米以下，例如0.2~4毫米，从而减少因缸套报废时，耐磨材料没有磨光，造成的对耐磨材料的浪费。其中，内层耐磨层2的厚度以0.5毫米为最佳，因为一般耐磨层磨损0.5毫米后就会报废，因此内层耐磨层2的厚度为0.5毫米时，耐磨层浪费最小。
上述缸套的制造方法的实施例一如图2所示，包括如下步骤：
步骤201，在外层金属管内壁涂覆耐磨材料粉末；
具体涂覆时，可以采用任意现有的涂覆方式，例如使用喷涂的方式会比较均匀，也比较好控制喷涂的厚度。耐磨材料可以是任意现有耐磨材料。
步骤202，将内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结，形成内层耐磨层。
具体烧结工艺任意，可以根据耐磨材料的特性选择适合的烧结温度和烧结时间，保证能够在外层金属管内壁烧结形成一个耐磨层结构即可。
另外，本发明还提出了缸套的制造方法实施例二，如图3所示，包括如下步骤：
步骤301，混料。
将以质量百分比记，铬：15~20%；硅：5~10%；铁：30~35%；镍：40~44%的原材料颗粒混合后倒入三维混料机中混料1小时，得到耐磨材料粉末。其中，原材料粒度优选为150~300目，原材料粒度太粗会导致成分不均匀，会造成合金偏析，粒度太细因流动性差，各种不同材料之间不容易混和均匀。
步骤302，喷涂。
将上述混合后的耐磨材料粉末均匀喷涂在45号锻钢内壁上，喷涂厚度0.5毫米。
由于缸套会在内层耐磨层的厚度会在磨损0.5毫米后包报废，因此喷涂厚度超过0.5毫米会造成耐磨材料的浪费，而少于0.5毫米则会在缩短缸套使用寿命，使缸套提前报废，因此，0.5毫米为最佳。
步骤303，烧结。
在氢气保护气氛下进行烧结，温度1100～1120℃下保温2小时，当随炉自然冷却至100℃时即可取出毛坯。
当然，烧结的温度根据不同的耐磨材料配比来确定，例如1000～1200℃，烧结时间也可以根据具体的耐磨材料确定，例如1~3小时。冷却的方式任意，自然冷却、风冷水冷均可。烧结温度过高，时间过长，耐磨材料的晶粒会***；造成耐磨性能下降，而烧结温度过低，时间过短，烧结不完全，晶粒过小，或无法完全结晶，也会造成耐磨性能下降，经反复实验，烧结温度1100～1120℃下保温2小时，得到的内层耐磨层硬度较高，耐磨性能好。
另外，保护气氛还可以采用其它任意还原性气体，采用氢气作为保护气氛，成本低，性价比较高，而且氢气也很容易制备，原料来源广泛。
步骤304，加工成品。
将毛坯按照图纸要求加工成缸套产品。
经实验，通过本发明实施例制造的缸套，使用后寿命达到3000小时以上，没有出现100小时以下的缸套产品，可靠性和寿命均超过国内目前使用的缸套产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (5)
1.一种缸套，包括外层金属管及内层耐磨层，其特征在于，所述内层耐磨层，通过内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结形成；所述内层耐磨层，以重量百分比记，由以下原材料制成：铬15～20％，硅5～10％，铁30～35％，镍40～44％；
所述缸套由以下方法制造而成：
在外层金属管内壁涂覆耐磨材料粉末；
将内壁涂覆有耐磨材料粉末的外层金属管在保护气氛下进行烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间1～3小时后自然冷却形成所述内层耐磨层。
2.如权利要求1所述的缸套，其特征在于，所述内层耐磨层，以重量百分比记，包括：铬17％，硅8％，铁35％，镍40％。
3.如权利要求1或2中所述的缸套，其特征在于，所述内层耐磨层厚度为0.2～4毫米。
4.如权利要求3所述的缸套，其特征在于，所述内层耐磨层厚度为0.5毫米。
5.如权利要求1所述的缸套，其特征在于，所述在保护气氛下进行烧结，包括：
烧结温度1100～1120℃，烧结时间2小时后自然冷却。
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