Analiza eșecului de fisurare a cuplajului manșonului și măsuri de îmbunătățire

parerea mea:

Manșonul burghiului 4Cr5Mo2V (cuplarea manșonului) pentru burghiu hidraulic s-a fisurat după 10 zile de utilizare. Motivele fisurii manșonului burghiului 4Cr5Mo2V au fost analizate prin observarea morfologiei fracturii, analiza compoziției chimice, proprietățile mecanice și testarea structurii metalografice. Rezultatele arată că materialul și performanța cuplajului cu manșon îndeplinesc cerințele standard, iar motivul crăpăturii manșonului burghiului este fractura prin oboseală cauzată de concentrarea tensiunilor la suprafața gravată cu laser. Un strat de deformare apare la capătul manșonului burghiului sub forța de impact, iar duritatea crește din cauza întăririi prin lucru, care este predispusă la defecțiunea fisurilor. Se recomandă utilizarea marcajului imprimat pentru a evita defectele formate prin gravarea cu laser, pentru a reduce concentrația de tensiuni pe suprafața manșonului burghiului și pentru a crește durata de viață a manșonului burghiului.

Introducere

Instalația de foraj hidraulic de rocă este un echipament avansat de foraj de rocă utilizat în mine, tuneluri și proiecte subterane folosind metoda de foraj și sablare. Realizează mecanizarea și automatizarea tehnologiei de foraj, eliberează muncitorii din construcții de lucrările de forare a rocii în condiții grele și muncă grea, îmbunătățește eficiența muncii și reduce poluarea. Manșonul adaptor pentru tijă este una dintre părțile importante ale mecanismului tampon hidraulic pentru foraj de rocă. Funcția principală a manșonului adaptor de tijă este de a juca un rol limitator între adaptorul de tijă și pistonul tampon. În același timp, prelungește durata de viață a pistonului tampon sub impact de înaltă frecvență. Manșonul adaptorului de tijă transferă energia de rebound către pistonul tampon și împinge adaptorul de tijă pentru a se reseta când pistonul tampon se întoarce. Datorită efectului forței de impact ciclic, forma obișnuită de defecțiune a manșonului adaptor de tijă este colapsul.

Manșonul adaptor de tijă 4Cr5Mo2V al unei anumite mărci de foraj pentru rocă este încălzit la 1010 ℃ în atmosferă controlată de cuptor în timpul procesării și temperat de două ori la 550 ℃ după stingerea uleiului. Cerința tehnică este ca duritatea să nu fie mai mică de 52HRC. Manșonul adaptorului s-a crăpat după 10 zile de utilizare. Spre deosebire de modul de eșec de prăbușire al manșoanelor adaptoarelor tradiționale, manșonul adaptorului s-a crăpat și s-a prăbușit la capăt. Prin inspectarea morfologiei macroscopice și microscopice a rupturii manșonului adaptor tijă, compoziția chimică, duritatea, performanța la impact, incluziunile și structura metalografică a manșonului adaptor tijă, este analizată cauza fisurii manșonului adaptor tijă, ceea ce oferă o evaluare teoretică. baza pentru îmbunătățirea în continuare a procesului de tratare termică a manșonului adaptor tijă și îmbunătățirea duratei de viață a foraj hidraulic pentru rocă.

1 Proces experimental și rezultate

1.1 Analiza morfologiei macroscopice a manșonului burghiului

Figura 1 prezintă morfologia laterală și de capăt a manșonului de burghiu defectat pentru foraj de rocă. Din figură se poate observa că manșonul burghiului are o fisură care pătrunde axial, care trece prin linia de mijloc gravată și se extinde de-a lungul direcției săgeții până la capătul manșonului burghiului; celălalt capăt al fisurii este rădăcina canelurii de la capătul manșonului burghiului. Proba a fost tăiată de-a lungul axei manșonului burghiului pentru a observa morfologia fracturii fisurii manșonului burghiului. În același timp, au fost testate și analizate compoziția materialului, duritatea, energia de absorbție a impactului, incluziunile și microstructura manșonului burghiului.

Figura 2 prezintă morfologia macroscopică a fracturii manșonului burghiului. Din figură se poate observa că fractura este împărțită în principal în patru zone: A, B, C și D. Zona A este relativ plată și netedă, cu arce și linii radiale în interior. În funcție de direcția arcurilor și a liniilor radiale, se poate observa că zona eliptică marcată cu 1 în Figura 2 este sursa fisurii. Zona B are fluctuații mari, o suprafață relativ netedă și arce și linii radiale în interior. Conform direcției arcelor și liniilor radiale, se poate deduce că zona B provine din zona eliptică marcată cu 2 în figura 2. Zona C este relativ plată și netedă, cu un număr mare de linii radiale în interior. Conform direcției liniilor radiale, se poate observa că zona C provine din partea stângă a acestei zone. Zona D are fluctuații mari, partea stângă este relativ netedă, iar partea dreaptă este relativ aspră. Conform caracteristicilor morfologice ale zonei D, se poate observa că partea stângă a zonei D provine din zona C din partea stângă a acestei zone, iar partea dreaptă provine de la suprafața manșonului adaptor tijă. Conform analizei anterioare, fisura manșonului adaptor tijă provine din zona eliptică 1 din figura 2. În comparație cu morfologia laterală a manșonului adaptor tijă eșuat din figura 1, se poate observa că acest loc este intersecția dintre linia săgeată stânga de pe suprafața exterioară a manșonului adaptor tijă.

1.2 Observarea microscopică a fracturii

Diferitele zone ale fracturii din Figura 2 au fost observate prin microscopie electronică cu scanare (SEM). Figura 3 este imaginile SEM de putere redusă și de mare putere ale zonei sursei fisurii. Se poate observa din figură că zona este relativ plată în termeni microscopici, iar suprafața are o deformare plastică evidentă, ceea ce indică faptul că, după ce se formează fractura, aceasta este strânsă una pe cealaltă. Figura 4 prezintă imagini SEM de putere mică și de mare putere ale zonei de extindere a fisurilor. Din figură se poate observa că caracteristicile sale sunt similare cu cele ale zonei sursei fisurii. După ce se formează fractura, are loc deformarea plastică din cauza extrudarii reciproce. În comparație cu cele două zone, deformarea plastică a ruperii este mai gravă datorită formării mai timpurii a zonei sursei de fisuri, mai multor extrudare a fracturii și timpilor de frecare.

1.3 Analiza compoziției chimice a manșonului adaptor tijă

Compoziția chimică a manșonului adaptor tijă a fost testată folosind spectrul. Se poate observa că materialul manșonului adaptor tijă îndeplinește cerințele de compoziție de oțel 4Cr5Mo2V din standardul GB/T1299-2014 "Tool Steel".

1.4 Testarea proprietăților mecanice ale manșonului adaptor tijă

Probele au fost prelevate de-a lungul axei manșonului adaptor de tijă, iar testul proprietăților mecanice la impact a fost efectuat conform standardului GB/T229-2020. Valoarea KU2 a materialului manșonului adaptor tijă este 28,7J.

1.5 Incluziuni și analiza structurii metalografice

Incluziunile materialului manșonului burghiului au fost observate la microscop optic. Conform standardului GB/T10561-2005 "Tabel de evaluare standard Metoda de inspecție microscopică pentru determinarea incluziunilor nemetalice în Steel", incluziunile nemetalice ale manșonului burghiului pot fi evaluate ca A0, B0, C0, D0.5 și DS0 .5.

Figurile 7 până la 9 sunt diagrame de microstructură ale feței de capăt, suprafeței exterioare și miezului manșonului burghiului. Din figură se poate observa că microstructura fiecărei zone a manșonului burghiului este troostită temperată + carbură. Există un strat de deformare format prin interacțiunea cu burghiul pe fața de capăt a manșonului burghiului (zonă albă strălucitoare în Figura 7). Datorită efectului de întărire prin lucru, duritatea feței de capăt a manșonului burghiului este puțin mai mare. Stratul alb strălucitor de sub microstructura miezului manșonului burghiului este stratul de oxid format în timpul procesului de tăiere a sârmei.

2 Analiza rezultatelor

Oțelul 4Cr5Mo2V se bazează pe compoziția chimică a oțelului H13. Se topește prin reducerea conținutului de siliciu și creșterea conținutului de V. Are o întărire bună, rezistență la căldură și rezistență la uzură și este utilizat pe scară largă în matrițe de turnare sub presiune, matrițe de ștanțare la cald și forme de forjare la cald. Elementul Mo din aliaj îmbunătățește călibilitatea oțelului prin îmbunătățirea stabilității austenitei suprarăcite. În același timp, Mo este un element puternic care formează carbură, care poate îmbunătăți duritatea, rezistența și rezistența la uzură a oțelului, crește duritatea și stabilitatea la revenire a oțelului. În timpul procesului de revenire, vanadiul solid dizolvat precipită sub formă de compuși V (C, N), care joacă un rol de întărire prin precipitare și de întărire secundară și îmbunătățește duritatea la temperatură ridicată și stabilitatea la revenire a oțelului. După recoacere și călire și revenire la căldură, duritatea oțelului nu este mai mică de 52HRC, iar energia de absorbție a impactului ajunge la 28,7J. Are o rezistență bună la uzură la suprafață și duritate a miezului. În timpul utilizării, manșonul adaptor pentru tijă poate rezista la impactul ciclic și are o viață bună la oboseală. Datorită necesității de instalare și potrivire, suprafața exterioară a manșonului adaptor tijă este marcată cu linii laser. La intersecția liniilor săgeților, există o concentrare a tensiunii, formând o sursă de oboseală, iar manșonul adaptor de tijă produce o fractură de oboseală. Fisura continuă să se extindă sub forța de impact, formând o fisură în manșonul adaptorului tijei. Sub impact, cele două fețe de capăt ale fisurii formate se freacă și se strâng una pe cealaltă, iar morfologia microscopică a suprafeței de fractură arată deformare plastică. Datorită forței de impact a adaptorului de tijă și a pistonului tampon, la capătul manșonului adaptorului de tijă apare un strat de deformare. Datorită efectului de întărire, duritatea capătului manșonului adaptor tijă crește și este ușor de spart în timpul utilizării pe termen lung.

În funcție de mediul de lucru și de forma de defecțiune a manșonului adaptorului, se recomandă ca marcarea manșonului adaptorului să adopte modul de imprimare pentru a evita deteriorarea suprafeței manșonului adaptorului cauzată de marcarea liniei, ceea ce duce la concentrarea tensiunii și oboseală. fisuri în manșonul adaptorului tijei.

3 Concluzie

Prin inspecția și analiza morfologiei macroscopice și microscopice a fracturii manșonului adaptorului tijei, compoziția chimică a materialului, duritatea, performanța la impact, incluziunile și structura metalografică, se constată că principalul motiv pentru fisurarea manșonul adaptor de tijă este fractura de oboseală cauzată de concentrarea tensiunilor la linia laser de suprafață. Capătul manșonului adaptor tijă va avea un strat de deformare sub forța de impact, iar duritatea capătului va crește din cauza călirii prin lucru, care va provoca cu ușurință crăpare și defecțiune în timpul utilizării. Se recomandă utilizarea marcajelor imprimate și a defectelor formate prin marcarea cu laser pentru a reduce concentrația de tensiuni pe suprafața manșonului adaptor tijă și pentru a crește durata de viață a manșonului adaptor tijă.