تجزیه و تحلیل شکست ترک خوردگی کوپلینگ آستین و اقدامات بهبود
نظر من:
آستین مته 4Cr5Mo2V (کوپلینگ آستین) برای مته سنگ هیدرولیک پس از 10 روز استفاده ترک خورد. دلایل ترک خوردگی غلاف مته 4Cr5Mo2V با مشاهده مورفولوژی شکست، تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و آزمایش ساختار متالوگرافی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مواد و عملکرد کوپلینگ آستین مطابق با الزامات استاندارد است و دلیل ترک خوردگی آستین مته شکستگی ناشی از تمرکز تنش در حکاکی لیزری سطحی است. یک لایه تغییر شکل در انتهای آستین مته تحت نیروی ضربه ظاهر می شود و سختی به دلیل سخت شدن کار افزایش می یابد که مستعد شکست ترک است. توصیه می شود برای جلوگیری از عیوب ایجاد شده توسط حکاکی لیزری، کاهش تمرکز تنش روی سطح آستین مته و افزایش عمر مفید آستین مته، از علامت گذاری چاپی استفاده کنید.
مقدمه
دکل حفاری سنگ هیدرولیک یک تجهیزات پیشرفته حفاری سنگ است که در معادن، تونل ها و پروژه های زیرزمینی با استفاده از روش حفاری و انفجار استفاده می شود. مکانیزاسیون و اتوماسیون فناوری حفاری را درک می کند، کارگران ساختمانی را از کار حفاری سنگ در شرایط سخت و کار سنگین رها می کند، کارایی کار را بهبود می بخشد و آلودگی را کاهش می دهد. آستین آداپتور ساقه یکی از بخش های مهم مکانیزم بافر مته سنگ هیدرولیک است. عملکرد اصلی آستین آداپتور ساقه ایفای نقش محدود کننده بین آداپتور ساقه و پیستون بافر است. در عین حال، عمر پیستون بافر را تحت ضربه فرکانس بالا افزایش می دهد. آستین آداپتور ساقه انرژی برگشتی را به پیستون بافر منتقل می کند و هنگامی که پیستون بافر برمی گردد آداپتور ساقه را فشار می دهد تا دوباره تنظیم شود. با توجه به اثر نیروی ضربه چرخه ای، شکل رایج شکست آستین آداپتور ساقه فرو ریختن است.
آستین آداپتور ساقه 4Cr5Mo2V یک مارک خاص مته سنگی در حین پردازش در اتمسفر کنترل شده توسط کوره تا دمای 1010 درجه سانتیگراد گرم می شود و پس از خاموش کردن روغن دو بار در دمای 550 درجه سانتیگراد گرم می شود. شرط فنی این است که سختی کمتر از 52HRC نباشد. آستین آداپتور ساق بعد از 10 روز استفاده ترک خورد. متفاوت از حالت شکست فروپاشی آستین های آداپتور ساقه سنتی، آستین آداپتور ساقه ترک خورده و در انتها فرو ریخت. با بررسی مورفولوژی ماکروسکوپی و میکروسکوپی شکستگی آستین آداپتور ساقه، ترکیب شیمیایی، سختی، عملکرد ضربه، اجزاء و ساختار متالوگرافی آستین آداپتور ساقه، علت ترک خوردگی آستین آداپتور ساقه تجزیه و تحلیل می شود که یک نظریه نظری ارائه می دهد. پایه ای برای بهبود بیشتر فرآیند عملیات حرارتی آستین آداپتور ساقه و بهبود عمر مته سنگ هیدرولیک
1 فرآیند آزمایشی و نتایج
1.1 تجزیه و تحلیل مورفولوژی ماکروسکوپی آستین مته
شکل 1 مورفولوژی جانبی و انتهایی آستین مته شکست خورده را برای مته سنگ نشان می دهد. از شکل می توان فهمید که آستین مته دارای یک ترک نافذ محوری است که از خط حکاکی شده وسط عبور می کند و در امتداد جهت فلش تا انتهای آستین مته امتداد می یابد. انتهای دیگر ترک، ریشه شیار انتهای آستین مته است. نمونه در امتداد محور آستین مته برش داده شد تا مورفولوژی شکستگی ترک آستین مته مشاهده شود. در همان زمان، ترکیب مواد، سختی، انرژی جذب ضربه، اجزاء و ریزساختار آستین مته مورد آزمایش و تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
شکل 2 مورفولوژی ماکروسکوپی شکستگی آستین مته را نشان می دهد. از شکل مشاهده می شود که شکستگی عمدتاً به چهار ناحیه A، B، C و D تقسیم می شود. ناحیه A نسبتاً صاف و صاف است و در داخل آن قوس ها و خطوط شعاعی وجود دارد. با توجه به جهت قوس ها و خطوط شعاعی، می توان دید که ناحیه بیضی شکل که با عدد 1 در شکل 2 مشخص شده است، منبع ترک است. ناحیه B دارای نوسانات زیاد، سطح نسبتاً صاف و کمان و خطوط شعاعی در داخل است. با توجه به جهت قوس ها و خطوط شعاعی، می توان استنباط کرد که ناحیه B از ناحیه بیضی شکل که در شکل 2 با شماره 2 مشخص شده است سرچشمه می گیرد. ناحیه C نسبتاً صاف و صاف است و تعداد زیادی خطوط شعاعی در داخل آن وجود دارد. با توجه به جهت خطوط شعاعی می توان دید که ناحیه C از سمت چپ این ناحیه سرچشمه می گیرد. ناحیه D دارای نوسانات زیادی است، سمت چپ نسبتا صاف و سمت راست نسبتا ناهموار است. با توجه به مشخصات مورفولوژیکی ناحیه D می توان دریافت که سمت چپ ناحیه D از ناحیه C در سمت چپ این ناحیه و سمت راست از سطح آستین آداپتور ساق سرچشمه می گیرد. با توجه به تجزیه و تحلیل قبلی، ترک آستین آداپتور ساق از ناحیه بیضی شکل 1 در شکل 2 سرچشمه می گیرد. در مقایسه با مورفولوژی جانبی آستین آداپتور ساقه شکست خورده در شکل 1، می توان دید که این مکان محل تقاطع است. خط پیکان سمت چپ روی سطح بیرونی آستین آداپتور ساق پا.
1.2 مشاهده میکروسکوپی شکستگی
نواحی مختلف شکستگی در شکل 2 با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مشاهده شد. شکل 3 تصاویر SEM کم مصرف و پرقدرت ناحیه منبع کرک است. از شکل مشخص می شود که این ناحیه از نظر میکروسکوپی نسبتاً مسطح است و سطح دارای تغییر شکل پلاستیکی آشکاری است که نشان می دهد پس از ایجاد شکستگی روی یکدیگر فشرده می شوند. شکل 4 تصاویر SEM کم مصرف و پرقدرت از ناحیه گسترش ترک را نشان می دهد. از شکل مشخص می شود که ویژگی های آن مشابه با ناحیه منبع ترک است. پس از ایجاد شکستگی، تغییر شکل پلاستیک به دلیل اکستروژن متقابل رخ می دهد. در مقایسه با دو ناحیه، تغییر شکل پلاستیک شکستگی به دلیل تشکیل زودتر ناحیه منبع ترک، اکستروژن بیشتر شکستگی و زمان‌های اصطکاک جدی‌تر است.
1.3 تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی آستین آداپتور ساقه
ترکیب شیمیایی آستین آداپتور ساق با استفاده از طیف مورد آزمایش قرار گرفت. می توان مشاهده کرد که مواد آستین آداپتور ساق دارای الزامات ترکیب فولادی 4Cr5Mo2V در استاندارد گیگابایت/T1299-2014 ابزار " استیلددههه است.
1.4 تست خواص مکانیکی آستین آداپتور ساق
نمونه ها در امتداد محور غلاف آداپتور ساقه برداشته شدند و آزمایش خواص مکانیکی ضربه طبق استاندارد گیگابایت/T229-2020 انجام شد. مقدار KU2 مواد آستین آداپتور ساق 28.7 ژول است.
1.5 اجزاء و تجزیه و تحلیل ساختار متالوگرافی
اجزاء مواد آستین مته توسط میکروسکوپ نوری مشاهده شد. با توجه به استاندارد گیگابایت/T10561-2005 " نمودار رتبه بندی استاندارد روش بازرسی میکروسکوپی برای تعیین اجزای غیر فلزی در استیلددههه، اجزای غیر فلزی آستین مته را می توان به عنوان C0,5,D0,D0 و A0 و B0 درجه بندی کرد. .5.
شکل‌های 7 تا 9 نمودارهای ریزساختاری سطح انتهایی، سطح بیرونی و هسته آستین مته است. از شکل می توان فهمید که ریزساختار هر ناحیه از آستین مته تروستیت + کاربید تمپر شده است. یک لایه تغییر شکل در اثر برهمکنش با مته در قسمت انتهایی آستین مته تشکیل شده است (منطقه روشن سفید در شکل 7). با توجه به اثر سخت شدن کار، سختی سطح انتهایی آستین مته کمی بالاتر است. لایه سفید روشن زیر ریزساختار هسته آستین مته، لایه اکسیدی است که در طول فرآیند برش سیم تشکیل شده است.
2 تجزیه و تحلیل نتایج
فولاد 4Cr5Mo2V بر اساس ترکیب شیمیایی فولاد H13 است. با کاهش محتوای سیلیکون و افزایش محتوای V ذوب می شود. سختی پذیری خوب، استحکام حرارتی و مقاومت در برابر سایش دارد و به طور گسترده در قالب های ریخته گری قالب، قالب های مهر زنی داغ و قالب های فورج گرم استفاده می شود. عنصر مو در آلیاژ با بهبود پایداری آستنیت فوق خنک، سختی فولاد را بهبود می بخشد. در عین حال، مو یک عنصر تشکیل دهنده کاربید قوی است که می تواند سختی، استحکام و مقاومت در برابر سایش فولاد را بهبود بخشد، چقرمگی و پایداری فولاد را افزایش دهد. در طی فرآیند تمپر کردن، وانادیم محلول جامد به شکل ترکیبات V (C, N) رسوب می‌کند که نقش تقویت‌کننده بارش و سخت‌کنندگی ثانویه را ایفا می‌کند و چقرمگی فولاد در دمای بالا و پایداری حرارتی را افزایش می‌دهد. پس از عملیات حرارتی بازپخت و خاموش کردن و تمپر کردن، سختی فولاد کمتر از 52HRC نیست و انرژی جذب ضربه به 28.7 ژول می رسد. مقاومت در برابر سایش سطح و چقرمگی هسته خوبی دارد. در حین استفاده، آستین آداپتور ساق می تواند در برابر ضربه چرخه ای مقاومت کند و عمر خستگی خوبی دارد. به دلیل نیاز به نصب و تطبیق، سطح بیرونی آستین آداپتور ساق با خطوط لیزر مشخص شده است. در تقاطع خطوط پیکان، تمرکز تنش وجود دارد و یک منبع خستگی را تشکیل می دهد و آستین آداپتور ساقه باعث شکستگی خستگی می شود. ترک تحت نیروی ضربه به گسترش خود ادامه می دهد و شکافی را در آستین آداپتور ساق ایجاد می کند. تحت ضربه، دو وجه انتهایی ترک تشکیل شده یکدیگر را ساییده و فشرده می کنند و مورفولوژی میکروسکوپی سطح شکستگی تغییر شکل پلاستیکی را نشان می دهد. به دلیل نیروی ضربه آداپتور ساقه و پیستون بافر، یک لایه تغییر شکل در انتهای آستین آداپتور ساقه ظاهر می شود. به دلیل اثر سخت شدن کار، سختی انتهای آستین آداپتور ساق افزایش می یابد و در استفاده طولانی مدت به راحتی ترک می شود.
با توجه به محیط کار و شکل خرابی آستین آداپتور ساق، توصیه می شود که علامت آستین آداپتور ساقه حالت چاپ را اتخاذ کند تا از آسیب دیدن سطح آستین آداپتور ساق ناشی از علامت گذاری خط که منجر به تمرکز استرس و خستگی می شود جلوگیری شود. ترک در آستین آداپتور ساق پا
3 نتیجه گیری
از طریق بازرسی و تجزیه و تحلیل مورفولوژی ماکروسکوپی و میکروسکوپی شکستگی آستین آداپتور ساق، ترکیب شیمیایی مواد، سختی، عملکرد ضربه، اجزاء و ساختار متالوگرافی، مشخص شد که دلیل اصلی ترک خوردگی آستین آداپتور ساقه شکستگی ناشی از تمرکز تنش در خط لیزر سطحی است. انتهای آستین آداپتور ساق دارای لایه تغییر شکل تحت نیروی ضربه خواهد بود و سختی انتهای آن در اثر سخت شدن کار افزایش می یابد که به راحتی باعث ترک خوردن و خرابی در هنگام استفاده می شود. برای کاهش تمرکز تنش روی سطح آستین آداپتور ساق و افزایش طول عمر آستین آداپتور ساق، استفاده از علائم چاپی و عیوب ایجاد شده توسط مارک لیزری توصیه می شود.
