Verbesserte Oberflächenverschleißfestigkeit von Bohrstangen mit geradem Schaft

38CrMoAlA ist ein hochwertiger legierter Baustahl. Seine einzigartige chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur sorgen für hervorragende mechanische Eigenschaften für Bohrstangen mit geradem Schaft. Unter diesen ist das Vorhandensein einer dispergierten Phase der Schlüssel zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von 38CrMoAlA-legiertem Stahl. Die dispergierte Phase ist eine komplexe Verbindung, die aus Legierungselementen wie Cr (Chrom), Mo (Molybdän), Al (Aluminium) und Kohlenstoffelementen besteht. Sie sind gleichmäßig in der Stahlmatrix verteilt und bilden ein „Verstärkungsnetzwerk“. Dieses Verstärkungsnetzwerk verbessert nicht nur die Matrixhärte des Stahls, sondern bietet auch eine gute Grundlage für die anschließende Oberflächenhärtungsbehandlung.

Obwohl der legierte Stahl 38CrMoAlA selbst eine hohe Härte aufweist, wird seine Oberfläche während der Langzeitverarbeitung weiterhin abgenutzt. Um die Verschleißfestigkeit von Bohrstangen mit geradem Schaft weiter zu verbessern, wurde die Technologie der Oberflächenhärtung entwickelt. Die Oberflächenhärtungstechnologie ist eine Methode zur Verbesserung der Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und anderer Eigenschaften durch Änderung der chemischen Zusammensetzung, der Organisationsstruktur oder des Spannungszustands der Oberflächenschicht des Materials. Bei der Bearbeitung von Bohrstangen mit geradem Schaft werden häufig Technologien zur Oberflächenhärtung eingesetzt, darunter Nitrieren und Aufkohlen.

Nitrieren ist ein chemischer Wärmebehandlungsprozess, bei dem Stickstoffatome in die Metalloberfläche eingeschleust werden. Während des Nitrierprozesses verbinden sich Stickstoffatome mit Eisenatomen im Stahl und bilden Verbindungen wie Eisennitrid, die eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit aufweisen. Gleichzeitig kann durch die Nitrierbehandlung auch eine dichte Nitridschicht auf der Stahloberfläche entstehen. Diese Nitridschicht verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit des Stahls, sondern verhindert auch wirksam das Eindringen von Verschleißpartikeln und verlängert so die Lebensdauer der Bohrstange mit geradem Schaft.

Bei legiertem 38CrMoAlA-Stahl kann eine Nitrierbehandlung die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit weiter verbessern. Da die dispergierte Phase in 38CrMoAlA dem Stahl bereits eine hohe Matrixhärte verliehen hat, kann eine Nitrierbehandlung auf dieser Basis den Oberflächenhärtegradienten weiter erhöhen und so eine „Hart-Weich-Hart“-Mehrschichtstruktur bilden. Diese Struktur verbessert nicht nur die Verschleißfestigkeit der Bohrstange mit geradem Schaft, sondern reduziert auch die Entstehung und Ausbreitung von Rissen durch die Pufferwirkung der „weichen Schicht“ beim Aufprall und verbessert so ihre Schlagzähigkeit.

Beim Aufkohlen handelt es sich um einen chemischen Wärmebehandlungsprozess, bei dem Kohlenstoffatome in die Metalloberfläche eingeschleust werden. Im Gegensatz zum Nitrieren besteht der Hauptzweck des Aufkohlens darin, den Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche des Stahls zu erhöhen und dadurch seine Festigkeit und Härte zu verbessern. Beim Aufkohlungsprozess wird der Stahl in ein Aufkohlungsmedium eingebracht. Bei hoher Temperatur diffundieren Kohlenstoffatome in die Oberfläche des Stahls und bilden eine kohlenstoffreiche Schicht. Diese kohlenstoffreiche Schicht kann beim anschließenden Abschreckprozess Hartphasenstrukturen wie Martensit bilden und dadurch die Härte und Verschleißfestigkeit des Stahls verbessern.

Für Bohrstangen mit geradem Schaft Durch Aufkohlen kann nicht nur die Härte und Verschleißfestigkeit ihrer Oberfläche verbessert werden, sondern durch sinnvolle Abschreck- und Anlassprozesse kann der Stahl auch eine gute Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit erreichen. Durch diese Kombination behält die Bohrstange mit geradem Schaft eine ausreichende Festigkeit bei und vermeidet Sprödbrüche bei Bearbeitungen mit hoher Belastung und hoher Geschwindigkeit.

Die Kombination aus legiertem 38CrMoAlA-Stahl und Oberflächenhärtungstechnologie bietet eine hervorragende Verschleißfestigkeit für Bohrstangen mit geradem Schaft. Einerseits verbessert die dispergierte Phase in 38CrMoAlA die Matrixhärte des Stahls und bietet eine gute Grundlage für die Oberflächenhärtungsbehandlung. Andererseits verbessern Oberflächenhärtungstechnologien wie Nitrieren und Aufkohlen die Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche der Bohrstange mit geradem Schaft weiter und verlängern deren Lebensdauer.

In praktischen Anwendungen ermöglicht dieser synergistische Effekt, dass die Bohrstange mit geradem Schaft eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Stabilität während der Langzeitbearbeitung beibehält. Gleichzeitig wird durch die Verbesserung der Verschleißfestigkeit die Austauschhäufigkeit der Bohrstange mit geradem Schaft erheblich reduziert, wodurch Produktionskosten und Ausfallzeiten reduziert werden.