螺杆钻具传动轴壳体高频感应加热炉热处理工艺的改进措施

螺杆钻具是油田钻采设备重要部件，传动轴壳体是螺杆钻具的重要零件，工作中主要承受传递动力和扭矩的作用，井下工作条件恶劣，因而技术要求严格。传动轴壳体材料为42CrMo钢。工件热处理采用高频感应加热炉处理，工艺为：650℃x 120min，850℃x80min，然后双液（质量分数为10%-15铂CaClz 的水溶液和3 号锭子油）加热；热处理工艺为590℃×510min，油冷。生产中发现，工件调质后各项力学性能达到技术要求，但传动轴壳体内孔出现开裂，使工件报废。

检验发现，工件开裂部位位于内孔壁上，裂纹沿轴向分布，由表面延伸至心部，裂纹深而长，呈纵向裂纹特征。检验分析工件通过高频感应加热炉加热与冷却工艺，均符合要求。工件尺寸因素检验发现，传动轴壳体较薄壁厚处正处于该钢临界直径附近，工件加热中，工件过渡区存在较大组织应力，该易于产生裂纹；另一方面，工件形状对裂纹产生不利影响。工件热处理冷却时，内孔处冷却慢，热应力小，内孔表面主要应力是组织应力，呈切向拉应力分布。切向拉应力高于工件断裂强度时，将在内孔壁上产生纵向裂纹。检验传动轴壳钵化学成分的影响时发现，化学成分主要元素对临界点影响显著，工件42CrMo钢化学成分检测结果结果显示42CrMo钢临界点数值为：Aci=730℃，AC3=780aC，Ar：=690℃，Ms=360℃；从中可以知道，Si、Mn含量超标明显。Si可增加过冷奥氏体稳定性，使Ms点下降，使马氏体形成温度降低，增大马氏变中的组织应力，使出现裂纹开裂倾向加大。Mn具有提高工件热透性和降点的明显效果和作用。Si和Mn含量超标是工件开裂的主要原因。经理论计算，传动轴壳体件42CrMo钢的Ms点为327.02℃，比正常42CrMo钢Ms点温」32.98℃，该工件Ms氛下降显著，证实了Si、Mn严重超标是工件应力增大，导致工件内孔开裂的主要原因。

综上分析，提出高频感应加热炉热处理工艺改进措施如下：(1)严格工件原材料化学成分检验和控制，防止Si、Mn、S、P严重超标钢材流入加工工序。(2)工件设计和加工尺寸，应尽量避免其有效厚度处于临界直径D。区域。（3)工件设计制作中，尽量避免工件细长管类件与尺寸相差很大的工件同时加热处理。(4)热处理中，工件加热冷却时间应严格控制及科学验证，应参照每批工件的化学成分，修订计算出合理的冷却时间，以保证工件热处理质量良好，并且不出现裂纹缺陷。