De ce unele biți pentru butoane rezistă de două ori mai mult: Nu este carbura - este corpul

Când o freză pentru buton se defectează prematur, primul lucru la care se uită toată lumea sunt plăcuțele din carbură. Nasturi ciobiți, nasturi plați, nasturi lipsă - daunele sunt vizibile, iar vina este evidentă. Dar multe freze care sunt date jos pentru "defectare a carburii " au fost de fapt distruse de propriul corp. Corpul de oțel care susține plăcuțele s-a crăpat, s-a deformat sau a obosit, iar plăcuțele - încă în stare perfectă de utilizare - au rezistat.

Diferența dintre o burghiu care supraviețuiește la mii de metri de percuție în rocă dură și una care cedează din prima schimbare se reduce adesea la o decizie de fabricație luată cu mult înainte ca burghiul să atingă vreodată o instalație de foraj: modul în care a fost fabricat corpul.

Patru moduri de a face un Bit Body - și de ce trei dintre ele nu sunt suficiente

Există patru procese comerciale pentru producerea unui corp de biți pentru buton, iar acestea produc rezultate radical diferite, în ciuda faptului că pornesc de la același oțel aliat.

Prelucrată din bară.Cea mai simplă abordare: luați o bară rotundă de oțel, tăiați-o la lungime și îndepărtați prin prelucrare tot ce nu are forma finală. Este ieftin de montat - fără matrițe, fără echipamente de forjare, doar un strung CNC. Problema este că prelucrarea nu îmbunătățește oțelul. Aceasta taie prin structura granulară care s-a format la laminatul barei, rupând liniile de curgere interne ale metalului la fiecare suprafață prelucrată. Aceste linii de curgere rupte devin locuri de inițiere a oboselii sub sarcina de impact. Și pentru că tăiați aproximativ jumătate din materialul de pornire pentru a crea forma finală, utilizarea materialului este groaznică. Corpurile de burghiu prelucrate sunt potrivite pentru aplicații foarte ușoare, dar în forajul cu percuție - unde corpul burghiului absoarbe impactul complet al pistonului cu fiecare lovitură - acestea nu rezistă.

Extrudare la rece.Mai bună decât prelucrarea mecanică, dar limitată. Extrudarea la rece forțează țagla de oțel într-o matriță la temperatura camerei sub presiune extremă. Deformarea îmbunătățește densitatea materialului și rafinează oarecum structura granulară, dar forțele necesare sunt enorme - ceea ce înseamnă că matrițele și presele trebuie să fie masive, rectificate cu precizie și scumpe. Extrudarea la rece funcționează pentru burghie cu diametru mic și geometrii simple, dar nu poate gestiona profilele interne complexe ale burghielor mai mari, iar costurile de uzură a matriței o fac neeconomică pentru volumele de producție.

Extrudare caldă.Un compromis. Țagla este încălzită la o temperatură intermediară - sub punctul de recristalizare - pentru a reduce rezistența la deformare. Forțele de presare sunt mai mici decât cele ale extrudării la rece, ceea ce înseamnă o uzură mai mică a matriței și costuri mai mici ale echipamentelor. Dar fereastra de temperatură este îngustă și neiertătoare. Prea fierbinte, metalul începe să se recristalizeze neuniform. Prea rece, te întorci la forțele de extrudare la rece. Extrudarea la cald funcționează pentru corpuri de burghie ușoare cu forme simple, dar nu poate produce cavitățile adânci și complexe de care are nevoie un burghiu modern pentru o spălare și o evacuare corectă a deșeurilor.

Forjare la cald.Industria a ales acest lucru dintr-un motiv anume. Țagla de oțel este încălzită la 1100-1250°C — cu mult peste temperatura de recristalizare — și presată într-o matriță de precizie sub presiune controlată. Metalul curge precum argila caldă în fiecare detaliu al cavității matriței, iar când se răcește, are o structură a granulelor, o densitate și o integritate internă pe care nicio prelucrare sau proces de prelucrare la rece nu le poate egala. Forjarea la cald reprezintă peste 80% din producția mondială de corpuri de burghie, iar pentru aplicațiile de găurire cu percuție, această dominație este câștigată.

Ce se întâmplă în interiorul oțelului la 1200°C

Transformarea care face ca un corp de sapă forjat la cald să fie superior unuia prelucrat mecanic sau extrudat la rece are loc la nivel microstructural și merită înțeleasă, deoarece determină în mod direct cât timp sapa supraviețuiește în subteran.

Când țagla intră în presa de forjare la 1200°C, se întâmplă simultan trei lucruri pe care prelucrarea mecanică și formarea la rece nu le pot reproduce.

Primul,Defectele interne sunt sudate.Fiecare țaglă de oțel conține porozitate microscopică - goluri minuscule rămase în urma procesului de turnare - și incluziuni nemetalice, cum ar fi particule de oxid sau sulfură. Sub forța de compresiune a presei de forjare la temperatură, aceste goluri se colapsează și se sudează. Incluziunile se aplatizează și se dispersează, în loc să rămână ca particule care concentrează tensiunea. Densitatea materialului rezultată este măsurabil mai mare și, mai important, există mai puține locuri de inițiere a fisurilor încorporate care așteaptă să se transforme în fracturi sub încărcarea ciclică la impact.

Doilea,structura granulelor este reconstruită de la zero.Structura granulară grosieră și neregulată, moștenită de la țagla laminată sau turnată, este complet descompusă prin combinarea căldurii și a deformării. Pe măsură ce metalul curge în cavitatea matriței, granulele vechi sunt zdrobite și reformate în granule fine, uniforme, echiaxiale - aproximativ egale în toate dimensiunile - care conferă oțelului un echilibru între duritate și tenacitate imposibil de obținut doar prin tratament termic. Un corp de burghiu forjat la cald va ajunge în intervalul HRC 35-45, cu o tenacitate la impact suficient de mare pentru a absorbi mii de lovituri ale pistonului fără a se fisura.

Acest lucru rezolvă o problemă fundamentală a materialelor care a afectat fabricarea anterioară a biților: compromisul "dur, dar fragil, tenac, dar moale. Oțelul prelucrat tratat termic poate fi întărit, dar devine fragil - predispus la fisuri la impact. Sau poate fi întărit, dar apoi devine prea moale - uzându-se rapid și deformându-se sub sarcină. Forjarea la cald, prin rafinarea structurii granulare în același timp cu modelarea piesei, rupe acest compromis. Se obțin duritate și tenacitate în același corp.

Treilea,Curgerea granulelor metalice urmează traiectoria sarcinii.Într-o piesă prelucrată mecanic, liniile originale de curgere a granulelor din bara laminată trec direct prin piesă și apoi se termină oriunde o suprafață prelucrată le traversează. Aceste terminări sunt puncte slabe. Într-o piesă forjată la cald, granulele metalice se aliniază de-a lungul direcției de curgere în timpul deformării, iar matrița este proiectată astfel încât această direcție de curgere să urmeze căile principale de încărcare în timpul funcționării. Pentru o freză tip buton, aceasta înseamnă că fluxul de granule se înfășoară în jurul cavităților interne de spălare, curge continuu de-a lungul fustei frezei și se concentrează la umăr, unde sarcinile de impact trec de la coadă la fața de tăiere. Arhitectura internă a metalului este aliniată cu forțele la care va fi supusă, iar această aliniere prelungește semnificativ durata de viață la oboseală - cu 30% sau mai mult în comparație cu un corp de freză prelucrat din același material în aceeași aplicație.

Ce înseamnă forjarea la cald pe fața burghiului

Pentru forator, toată această metalurgie se traduce în rezultate practice care apar tură după tură.

Corpul burghiului nu se fisurează la nivelul umărului. Cel mai frecvent mod de defectare catastrofală pentru corpurile burghiului prelucrate este o fisură circumferențială la tranziția dintre fustă și față, unde se concentrează sarcina de impact de la piston. Corpurile forjate la cald rezistă acestui lucru deoarece fluxul de granule este continuu prin acea secțiune.

Burghiul își menține diametrul mai mult timp. Un corp forjat are o duritate uniformă și o rezistență la uzură pe tot parcursul său, fără punctele moi care se pot dezvolta în corpurile prelucrate mecanic sau tratate termic neuniform. Rândul de calibru se uzează uniform, iar burghiul produce un diametru constant al găurii de la primul metru până la ultimul.

Plăcuțele rămân la locul lor. Când un corp se deformează microscopic sub impact - și fiecare corp se deformează oarecum - ajustajul cu interferență care ține butoanele de carbură în socluri se poate slăbi. Un corp forjat cu o tenacitate mai mare și o rezistență mai bună la oboseală își menține dimensiunile soclului pe parcursul mai multor cicluri, menținând plăcuțele așezate și prevenind tipul de pierdere a plăcuței care transformă o bucată uzată în fier vechi.

La ce să fii atent când cumperi

Nu fiecare element de buton cu "forged" în fișa tehnică este la fel. Două lucruri diferențiază forjarea de calitate de producția de bază:

Controlul temperaturii.Intervalul de temperatură de forjare pentru majoritatea oțelurilor aliate utilizate în corpurile de biți - de obicei, clase de nichel-crom-molibden, cum ar fi 42CrMo sau similare - este îngust. Dacă este prea mare, creșterea granulelor se accelerează, producând granule grosiere care reduc tenacitatea. Dacă este prea mică, metalul nu va curge corect în matriță, lăsând secțiuni neumplute sau concentrații de tensiuni interne la colțuri ascuțite. O operațiune de forjare de calitate monitorizează continuu temperatura țaglei și respinge orice se află în afara intervalului specificat.

Starea și răcirea matriței.Matrițele de forjare funcționează la 200-300°C în timpul producției continue, menținute de circuite active de răcire cu apă în suportul matriței. Dacă temperatura matriței depășește acest interval, oțelul matriței se înmoaie, iar precizia dimensională se degradează. Dacă scade sub acest interval, șocul termic de la țagla fierbinte care intră poate crăpa suprafața matriței. O temperatură constantă a matriței înseamnă dimensiuni constante ale burghiului, iar dimensiuni constante înseamnă că fiecare burghiu are aceleași performanțe ca și precedentul.