空氣錘鉆頭斷裂失效原因分析論文

　　一、前言

　　空氣錘鉆井技術(shù)兼容了空氣錘鉆井和沖擊回轉(zhuǎn)鉆井的優(yōu)勢，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。在空氣錘的實際使用過程中，井下鉆具斷裂失效的情況比較多，本文對某空氣錘鉆頭斷裂失效原因進(jìn)行了分析。

　　鉆頭材質(zhì)為18CrNi3MoA,原設(shè)計打孔深度為16m,但是在打孔致6m時，出現(xiàn)鉆頭斷裂。斷裂失效鉆頭的實物見圖1.鉆頭為橫斷面方向斷裂，由于斷裂后的持續(xù)工作，斷口面已經(jīng)被破壞，很難找出裂紋源。在鉆頭頸部及鉆頭齒根處有長鏈狀的剝落痕跡，見圖2標(biāo)注處，同時斷口面未發(fā)現(xiàn)塑性變形區(qū)，初步推斷為疲勞斷裂。

　　二、鉆頭生產(chǎn)工藝流程

　　鉆頭的工藝流程：棒料鋼材退火→下料→平端面→粗鉆內(nèi)孔→靠�！�粗車外圓→粗車內(nèi)錐孔→锪半球形孔→精車內(nèi)錐孔→平長短→靠模半精車外圓→銑合金片槽→銑110°刃面→鉆水孔→銑排粉槽→磨合金片→打毛刺、清洗、配片→焊接→噴砂→磨20°20‘錐面→精車裙部→磨110°刃面→細(xì)部修磨→成品檢查→滾字→錐孔噴涂軟金屬或裝襯墊→表面防銹處理（噴漆或包塑）→貼標(biāo)簽 裝箱、入庫。

　　三、檢驗情況

　　1、化學(xué)成分分析首先將斷裂鉆頭進(jìn)行化學(xué)成分檢驗，結(jié)果見表1.【1】

　　分析結(jié)果表明，鉆頭的化學(xué)成分符合技術(shù)要求。

　　2、非金屬夾雜物檢驗在斷裂鉆頭上取樣，按GB/T10561的最大級別法，對鋼的縱向進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗與評級，非金屬夾雜物符合技術(shù)要求，結(jié)果見表2.【2】

　　3、金相組織在斷裂鉆頭橫向方向上取樣，經(jīng)磨制后、2%濃度的硝酸酒精腐蝕后觀看組織在顯微鏡下看，鉆頭的內(nèi)外表面均有滲碳圈存在，滲碳深度約為2.0m m左右鉆頭內(nèi)孔滲碳圈組織為馬氏體基體組織上分布有沿晶界封閉的滲碳體網(wǎng)絡(luò)，同時鉆頭外表面及齒根周邊、齒頭滲碳處組織為馬氏體基體組織上分布有沿晶界封閉的相當(dāng)厚的滲碳體網(wǎng)絡(luò)，滲碳部位有回火馬氏體+滲碳體網(wǎng)+殘余奧氏體組織，見圖3.

　　在鉆頭的中間部位檢驗了組織及晶粒度，組織為回火馬氏體，晶粒度7級組織情況見圖4

　　四、原因分析及結(jié)論

　　根據(jù)鉆頭的生產(chǎn)工藝流程、外觀設(shè)計、使用情況及化學(xué)成分、非金屬夾雜物、金相組織和晶粒度檢驗結(jié)果看，造成鉆頭斷裂的主要原因有兩方面：一是鉆頭設(shè)計有不足，即棱角太尖；二是鉆頭滲碳及熱處理時因控制不當(dāng)，造成滲碳層組織中有殘余奧氏體組織、封閉的且相當(dāng)厚的滲碳體網(wǎng)由于在晶界處滲碳體網(wǎng)的存在，降低了晶界間的連接作用，使晶界變脆，致使鉆頭在使用時，由于承受反復(fù)的沖擊載荷，將會在滲碳體網(wǎng)處首先出現(xiàn)裂紋，最終導(dǎo)致鉆頭的斷裂。

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