چرا بعضی از متههای دکمهای دو برابر دوام میآورند: مشکل از کاربید نیست، مشکل از بدنه است
وقتی یک مته دکمهای زودتر از موعد خراب میشود، اولین چیزی که همه به آن نگاه میکنند، قطعات کاربیدی آن است. دکمههای لبپریده، دکمههای صاف، دکمههای گمشده - آسیب قابل مشاهده است و مقصر واضح است. اما بسیاری از متههایی که به دلیل خرابی کاربید از رده خارج میشوند، در واقع توسط بدنه خودشان از بین رفتهاند. بدنه فولادی که قطعات را نگه میدارد، ترک خورده، تغییر شکل داده یا فرسوده شده است، و قطعات - که هنوز در شرایط کاملاً قابل استفاده هستند - به کار خود ادامه دادهاند.
تفاوت بین مته ای که هزاران متر در سنگ سخت دوام میآورد و مته ای که در اولین جابجایی خود از کار میافتد، اغلب به تصمیمی برمیگردد که مدتها قبل از تماس مته با دکل حفاری گرفته شده است: نحوه ساخت بدنه.
چهار روش برای ساختن یک بدن کوچک - و چرا سه تا از آنها جواب نمیدهند
چهار فرآیند تجاری برای تولید بدنهی متههای دکمهای وجود دارد و با وجود اینکه از فولاد آلیاژی یکسانی شروع میشوند، نتایج کاملاً متفاوتی ایجاد میکنند.
از جنس میلگرد ماشینکاری شده.سادهترین رویکرد: یک میله گرد فولادی بردارید، آن را به طول برش دهید و هر چیزی را که شکل نهایی نیست، ماشینکاری کنید. راهاندازی آن ارزان است - بدون قالب، بدون تجهیزات آهنگری، فقط یک دستگاه تراش CNC. مشکل این است که ماشینکاری فولاد را بهبود نمیبخشد. این کار از ساختار دانهای که هنگام نورد میله تشکیل شده است، عبور میکند و خطوط جریان داخلی فلز را در هر سطح ماشینکاری شده میشکند. این خطوط جریان شکسته به محلهای شروع خستگی تحت بارگذاری ضربهای تبدیل میشوند. و از آنجا که تقریباً نیمی از ماده اولیه را برای ایجاد شکل نهایی برش میدهید، استفاده از مواد وحشتناک است. بدنههای مته ماشینکاری شده برای کاربردهای بسیار سبک مناسب هستند، اما در حفاری سنگ ضربهای - که در آن بدنه مته ضربه کامل پیستون را با هر ضربه جذب میکند - دوام نمیآورند.
اکستروژن سرد.بهتر از ماشینکاری است، اما محدود است. اکستروژن سرد، شمش فولادی را در دمای اتاق و تحت فشار شدید به قالب وارد میکند. این تغییر شکل، چگالی ماده را بهبود میبخشد و ساختار دانه را تا حدودی اصلاح میکند، اما نیروهای مورد نیاز بسیار زیاد هستند - به این معنی که قالبها و پرسها باید عظیم، دقیق و گران باشند. اکستروژن سرد برای قطعات با قطر کوچک و هندسههای ساده مناسب است، اما نمیتواند پروفیلهای داخلی پیچیده قطعات دکمهای بزرگتر را مدیریت کند و هزینههای سایش قالب، آن را برای حجم تولید غیراقتصادی میکند.
اکستروژن گرم.یک راه حل سازشی. شمش تا دمای متوسط - زیر نقطه تبلور مجدد - گرم میشود تا مقاومت در برابر تغییر شکل کاهش یابد. نیروهای فشاری کمتر از اکستروژن سرد هستند، که به معنی سایش کمتر قالب و هزینههای تجهیزات پایینتر است. اما پنجره دما باریک و بیرحم است. اگر خیلی داغ باشد، فلز شروع به تبلور مجدد ناهموار میکند. اگر خیلی سرد باشد، دوباره به نیروهای اکستروژن سرد برمیگردید. اکستروژن گرم برای بدنه متههای سبک با اشکال ساده مناسب است، اما نمیتواند حفرههای عمیق و پیچیدهای را که یک مته دکمهای مدرن برای شستشوی مناسب و تخلیه قلمهها نیاز دارد، ایجاد کند.
آهنگری قالب داغ.این چیزی است که صنعت به دلیلی به آن روی آورد. شمش فولادی تا دمای ۱۱۰۰ تا ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد - بسیار بالاتر از دمای تبلور مجدد - گرم میشود و تحت فشار کنترلشده به درون یک قالب دقیق فشرده میشود. فلز مانند گِل داغ به تمام جزئیات حفره قالب جریان مییابد و هنگامی که سرد میشود، ساختار دانهای، چگالی و یکپارچگی داخلی پیدا میکند که هیچ فرآیند ماشینکاری یا کار سردی نمیتواند با آن برابری کند. آهنگری قالب داغ بیش از ۸۰٪ از تولید بدنه متههای دکمهای در سراسر جهان را تشکیل میدهد و برای کاربردهای حفاری ضربهای، این تسلط به دست آمده است.
چه اتفاقی در فولاد در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد میافتد؟
دگرگونی که بدنه مته آهنگری شده با حرارت را نسبت به مته ماشینکاری شده یا اکسترود شده با سرما برتر میکند، در سطح ریزساختاری اتفاق میافتد و درک آن ارزشمند است زیرا مستقیماً تعیین میکند که مته چه مدت در زیر زمین دوام میآورد.
وقتی شمش در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد وارد پرس آهنگری میشود، سه اتفاق همزمان رخ میدهد که ماشینکاری و شکلدهی سرد نمیتوانند آن را تکرار کنند.
اول،عیوب داخلی با جوش بسته میشوند.هر شمش فولادی حاوی تخلخل میکروسکوپی - حفرههای ریز باقی مانده از فرآیند ریختهگری - و آخالهای غیرفلزی مانند ذرات اکسید یا سولفید است. تحت نیروی فشاری پرس آهنگری در دمای مورد نظر، این حفرهها فرو میریزند و جوش بسته میشود. آخالها به جای اینکه به صورت ذرات متمرکزکننده تنش باقی بمانند، مسطح و پراکنده میشوند. چگالی ماده حاصل به طور قابل توجهی بالاتر است و مهمتر از آن، مکانهای شروع ترک داخلی کمتری وجود دارد که منتظر رشد و تبدیل شدن به شکستگی تحت بارگذاری ضربهای چرخهای هستند.
دوم،ساختار دانه از ابتدا بازسازی میشود.ساختار دانههای درشت و نامنظم به ارث رسیده از شمش نورد شده یا ریختهگری شده، با ترکیبی از گرما و تغییر شکل، کاملاً شکسته میشود. با جریان یافتن فلز به داخل حفره قالب، دانههای قدیمی خرد شده و به دانههای ریز، یکنواخت و هممحور - تقریباً در تمام ابعاد برابر - تبدیل میشوند که به فولاد تعادلی از سختی و چقرمگی میدهد که دستیابی به آن تنها از طریق عملیات حرارتی غیرممکن است. بدنه یک مته دکمهای که به درستی آهنگری شده باشد، در محدوده HRC 35-45 قرار میگیرد و چقرمگی ضربه آن به اندازه کافی بالا است که هزاران ضربه پیستون را بدون ترک خوردن جذب کند.
این امر یک مشکل اساسی در مورد مواد را که تولید اولیه را با مشکل مواجه کرده بود، حل میکند: بده بستان سخت اما شکننده، چقرمه اما نرم. فولاد ماشینکاری شده با عملیات حرارتی را میتوان سخت کرد، اما شکننده میشود - مستعد ترک خوردن در اثر ضربه. یا میتوان آن را چقرمه کرد، اما در این صورت بیش از حد نرم میشود - به سرعت ساییده میشود و تحت بار تغییر شکل میدهد. آهنگری گرم، با اصلاح ساختار دانهبندی همزمان با شکلدهی قطعه، این بده بستان را از بین میبرد. شما سختی و چقرمه را در یک بدنه به دست میآورید.
سوم،جریان دانههای فلزی مسیر بار را دنبال میکند.در یک قطعه ماشینکاری شده، خطوط جریان دانه اصلی از جنس نورد شده مستقیماً از قطعه عبور میکنند و سپس در جایی که یک سطح ماشینکاری شده آنها را قطع میکند، خاتمه مییابند. این پایانهها نقاط ضعف هستند. در یک قطعه آهنگری شده با حرارت، دانههای فلز در طول تغییر شکل در امتداد جهت جریان قرار میگیرند و قالب طوری طراحی شده است که این جهت جریان، مسیرهای بار اولیه را در حین کار دنبال کند. برای یک مته دکمهای، این بدان معناست که جریان دانه در اطراف حفرههای داخلی میپیچد، به طور مداوم در امتداد دامن مته حرکت میکند و در شانه متمرکز میشود، جایی که بارهای ضربه از ساقه به سطح برش منتقل میشوند. معماری داخلی فلز با نیروهایی که با آن روبرو خواهد شد، همسو است و این همسویی به طور قابل توجهی عمر خستگی را افزایش میدهد - 30٪ یا بیشتر در مقایسه با بدنه مته ماشینکاری شده از همان جنس در همان کاربرد.
آهنگری گرم در پیشانی مته به چه معناست؟
برای حفار، تمام این متالورژی به نتایج عملی تبدیل میشود که شیفت به شیفت خود را نشان میدهند.
بدنه مته در قسمت شانه ترک نمیخورد. رایجترین حالت خرابی فاجعهبار برای بدنههای مته ماشینکاری شده، ترک محیطی در محل اتصال دامن به سطح است، جایی که بار ضربهای پیستون متمرکز میشود. بدنههای آهنگری شده با آهنگری گرم در برابر این ترک مقاومت میکنند زیرا جریان دانه در آن بخش پیوسته است.
مته قطر خود را برای مدت طولانیتری حفظ میکند. بدنه آهنگری شده در تمام طول خود سختی و مقاومت در برابر سایش یکنواختی دارد، بدون نقاط نرمی که میتوانند در بدنههای ماشینکاری شده یا تحت عملیات حرارتی ناهموار ایجاد شوند. ردیف گیج به طور یکنواخت ساییده میشود و مته قطر سوراخ ثابتی را از اولین متر تا آخرین متر ایجاد میکند.
اینسرتها در جای خود باقی میمانند. وقتی جسمی تحت ضربه به صورت میکروسکوپی تغییر شکل میدهد - و هر جسمی تا حدودی تغییر شکل میدهد - اتصال تداخلی که دکمههای کاربیدی را در سوکتهایشان نگه میدارد، میتواند شل شود. یک بدنه آهنگری شده با چقرمگی بالاتر و مقاومت خستگی بهتر، ابعاد سوکت خود را در چرخههای بیشتر حفظ میکند، اینسرتها را در جای خود نگه میدارد و از نوعی از دست رفتن اینسرت که یک مته فرسوده را به فلز قراضه تبدیل میکند، جلوگیری میکند.
هنگام خرید به چه نکاتی توجه کنید
هر قطعهای که روی برگه مشخصاتش نوشته «ddhhhforge"» یکسان ساخته نشده است. دو چیز آهنگری باکیفیت را از تولید کالایی متمایز میکند:
کنترل دما.بازه دمایی آهنگری برای اکثر فولادهای آلیاژی مورد استفاده در بدنه مته - معمولاً گریدهای نیکل-کروم-مولیبدن مانند 42CrMo یا مشابه - محدود است. اگر این بازه خیلی بالا باشد، رشد دانه تسریع میشود و دانههای درشتی تولید میشود که چقرمگی را کاهش میدهند. اگر خیلی پایین باشد، فلز به درستی در قالب جریان نمییابد و بخشهای پر نشده یا تمرکز تنش داخلی در گوشههای تیز باقی میماند. یک عملیات آهنگری با کیفیت، دمای بیلت را به طور مداوم کنترل میکند و هر چیزی را که خارج از محدوده مشخص شده باشد، رد میکند.
وضعیت قالب و خنککاری آن.قالبهای آهنگری در طول تولید مداوم در دمای ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد کار میکنند و این دما توسط مدارهای خنککننده آب فعال در نگهدارنده قالب حفظ میشود. اگر دمای قالب از این محدوده بالاتر رود، فولاد قالب نرم شده و دقت ابعادی کاهش مییابد. اگر از این محدوده پایینتر بیاید، شوک حرارتی ناشی از شمش داغ ورودی میتواند سطح قالب را ترک دهد. دمای ثابت قالب به معنای ابعاد ثابت مته است و ابعاد ثابت به این معنی است که هر مته مانند مته قبلی عمل میکند.
