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近年来,随着经济的高速发展,我国对石油和天然气等能源的需求逐渐增加,对高温高压井、深井以及超深井的探索力度显著提高,复杂恶劣的钻井环境愈发突显,常规螺杆钻具中的丁腈橡胶定子难以满足耐高温的性能要求,因此需要制备全金属材料螺杆马达,但全金属定转子承受着大扭矩、摩擦力以及冲击力等各种复杂交变应力的作用,极易出现腐蚀、断裂以及严重磨损等失效现象,因此地质钻探技术装备的研发及应用面临着严峻的挑战。面对全金属定转子表面磨损严重的技术难题,本文通过调研激光热处理技术的应用特点以及研究现状,提出了激光热处理技术的工艺研究方案。本文采用HJ系列工业用高功率横流CO2激光器对定转子用4145H钢进行激光淬火处理,通过金相分析、硬度测试以及摩擦磨损实验研究了激光工艺参数对淬火质量的影响机制,并通过ANSYS软件建立了三维实体模型,实现了激光淬火过程的温度场仿真模拟。本文通过综合分析不同激光工艺参数的实验结果以及模拟仿真结果,得出激光工艺参数对淬火质量影响显著,其中,马氏体组织含量、表面硬度以及表面磨损程度随激光功率和激光扫描速度的上升呈现先增大后减小的趋势,而相变冷却速度随激光功率的升高而降低,随激光扫描速度的增大而增大。结果表明,若获得激光淬火相变硬化的最佳效果,应控制激光功率和激光扫描速度处于合理范围内:激光光斑直径为10mm,激光功率为2kW左右,激光扫描速度为400mm/min左右,此时激光辐射温度为1550℃左右,相应的冷却速度处于800℃/s左右,材料表面会生成均匀细小致密的马氏体晶粒。本文着重研究激光热处理全金属定转子用钢的可行性工艺参数,为激光热处理技术提高定转子用4145H钢的材料性能提供理论依据和试验基础,扩大激光热处理技术的应用范畴,指导钻井用具的加工生产,这对于促进地质钻探技术装备的研发及应用具有十分重要的现实意义。