Выявление дефектов цилиндра глубинно-штангового насоса после ионного азотирования

А С Хомутов; В В Муравьев

doi:10.22213/2410-9304-2023-2-16-26

Авторы

А. С. Хомутов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
В. В. Муравьев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-16-26

Ключевые слова:

дефекты, металлография, деформация, ионное азотирование, цилиндры глубинно-штанговых насосов

Аннотация

Исследовано влияние процессов ионного азотирования на деформацию цилиндров глубинно-штанговых насосов, изготовленных из трубной заготовки, марка стали 38Х2МЮА. Описан анализ основных дефектов в образцах цилиндров глубинно-штанговых насосов, получаемых после проведения упрочнения внутренней поверхности цилиндра методом ионного-плазменного азотирования. В процессе исследования отобраны несколько образцов цилиндров глубинно-штанговых насосов, подвергнутых механической обработке согласно технологическому процессу и химико-термической обработке внутреннего рабочего диаметра цилиндров методом ионного азотирования. Изготовленные образцы проконтролированы с помощью прибора «Аэротест» «Цилиндр ШГН-Р» - на предмет соответствия фактических параметров внутреннего диаметра цилиндра требованиям конструкторской документации. В дальнейшем из цилиндров изготовлены образцы-свидетели, с помощью которых проведена проверка твердости азотированного слоя и металлографический анализ микроструктуры азотированного слоя. В результате исследования выявлено наличие отклонений формы и размеров внутреннего диаметра цилиндров, которые были классифицированы по двум типам: кольцевая и овальная деформация. Результаты металлографического исследования и проверки твердости показали наличие отклонения по поверхностной твердости и отклонения от штатной микроструктуры азотированного слоя. Структура азотированного слоя деформированных образцов имеет вне зависимости от типа дефекта крупные включения нитридов на поверхности и рыхлый азотированный слой. На дефектных образцах отсутствует необходимая высококачественная нитридная зона с повышенной твердостью для обеспечения высоких антикоррозионных и триботехнических свойств, определяющих ресурс работы цилиндра глубинно-штангового насоса. Определены и классифицированы основные виды дефектов, возникающие в процессе упрочнения внутреннего рабочего диаметра цилиндра. Исследована и описана микроструктура азотированного слоя в штатном образце и образцах с дефектами. Установлена взаимосвязь дефектов структуры азотированного слоя и геометрических параметров внутреннего диаметра цилиндра.

Биографии авторов

А. С. Хомутов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

аспирант

В. В. Муравьев, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Приборы и методы измерений, контроля, диагностики»

Библиографические ссылки

Лахтин Ю. М., Крымский Ю. Н. Физические процессы при ионном азотировании // Защитные покрытия на металлах. 1968. Вып. 2. С. 225-229.

Гуляев А. П., Коновальцев В. И., Никитин В. В. Особенности формирования свойств диффузионного слоя в процессе азотирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. № 10. С. 27-30.

Структура и свойства поверхностного слоя высокохромистой аустенитной стали, подвергнутой ионно-плазменному азотированию / Ю. Ф. Иванов, Е. А. Петрикова, С. В. Лыков [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. № 12. С. 805-815. DOI 10.26456/pcascnn/2020.12.805.

Влияние условий азотирования конструкционных сталей на их эксплуатационные свойства и структурный метод оценки качества поверхностного слоя / Л. И. Куксенова, Алексеева М. С., И. А. Хренникова, М. А. Гресс // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1 (336). С. 163-171.

Ионное азотирование высоколегированных конструкционных сталей с ультрамелкозернистой структурой при различных температурах / Р. С. Есипов, Р. А. Абдуллин, Ю. Г. Хусаинов, А. А. Николаев // Поверхность, рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2021. № 10. С. 102-107.

Рамазанов К. Н. Исследование влияния азотирования и высокотемпературного азотирования в тлеющем разряде с эффектом полого катода на фазовые превращения в конструкционных и инструментальных сталях // Вестник УГАТУ. 2008. Т. 10, № 1 (26).

Измерительные преобразователи давления / Ю. Г. Свинолупов, Т. И. Изаак, Л. М. Ромась, В. В. Бычков // Достижения науки - производству: сборник статей. Томск: ТУСУР, 2003. С. 155-171.

Каплун В. Г. Особенности формирования диффузионного слоя при ионном азотировании в безводородных средах // ФИП. 2003. Т. 1, № 2.

Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера, 2004. 384 с.

Прохоров А. П., Баранова А. А. Перспективы развития процессов химико-термического упрочнения легированных сталей (обзорная информация) // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 70-2. С. 78-85. DOI 10.18411/lj-02-2021-59.

Дементьев В. Б., Иванова Т. Н., Ломаева Т. В. Исследование процесса азотирования легированных сталей // Химическая физика и мезоскопия. 2020. Т 22, № 3. С. 299-306. DOI 10.15350/17270529.2020.3.29.

Загибалова Е. А., Москвина В. А., Майер Г. Г. Влияние метода и температуры ионно-плазменной обработки на физико-механические свойства поверхностных слоев в аустенитной нержавеющей стали // Frontier Materials & Technologies. 2021. № 4. С. 17-26. DOI 10.18323/2782-4039-2021-4-17-26.

Куксенова Л. И., Мичугина М. С. Влияние условий нагрева при азотировании на структуру и износостойкость поверхностных слоев стали 38Х2МЮА // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 2. С. 29-34.

Будилов В. В., Агзамов Р. Д., Рамазанов К. Н. Технология ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 7.

Добыча нефти штанговыми насосами / А. К. Мухаметзянов, И. Н. Чернышов, А. И. Липерт, С. Б. Ишемгужин. М.: Недра, 1993. 350 с. ISBN 5-247-02488-5.

Ришмюллер Г., Хамедингер Г. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. Терниц: Шеллер-Блекман, 1988. 148 с.