Analys av sprickbrott i hylskoppling och förbättringsåtgärder
Min åsikt:
4Cr5Mo2V-borrhylsan (hylskoppling) för hydraulisk bergborr har spruckit efter 10 dagars användning. Orsakerna till sprickbildningen av 4Cr5Mo2V-borrhylsan analyserades genom observation av brottmorfologi, analys av kemisk sammansättning, mekaniska egenskaper och metallografisk strukturtestning. Resultaten visar att hylskopplingens material och prestanda uppfyller standardkraven, och orsaken till att borrhylsan spricker är utmattningsbrott orsakad av spänningskoncentration vid lasergravyren på ytan. Ett deformationsskikt uppstår i änden av borrhylsan under slagkraften, och hårdheten ökar på grund av arbetshärdning, som är benägen att spricka. Det rekommenderas att använda tryckt märkning för att undvika defekter som bildas av lasergravering, minska spänningskoncentrationen på ytan av borrhylsan och öka livslängden för borrhylsan.
Introduktion
Den hydrauliska bergborrriggen är en avancerad bergborrutrustning som används i gruvor, tunnlar och underjordiska projekt med borr- och sprängningsmetoden. Den realiserar mekanisering och automatisering av borrteknik, befriar byggnadsarbetare från bergborrningsarbete under tuffa förhållanden och tungt arbete, förbättrar arbetseffektiviteten och minskar föroreningar. Skaftadapterhylsan är en av de viktiga delarna av den hydrauliska bergborrbuffertmekanismen. Huvudfunktionen hos skaftadapterhylsan är att spela en begränsande roll mellan skaftadaptern och buffertkolven. Samtidigt förlänger det buffertkolvens livslängd vid högfrekvent stöt. Skaftadapterhylsan överför returenergin till buffertkolven och trycker skaftadaptern för att återställas när buffertkolven kommer tillbaka. På grund av effekten av cyklisk slagkraft är den vanliga brottformen för skaftadapterhylsan kollaps.
4Cr5Mo2V skaftadapterhylsan av ett visst märke av bergborr värms upp till 1010 ℃ i ugnskontrollerad atmosfär under bearbetning och härdas två gånger vid 550 ℃ efter oljesläckning. Det tekniska kravet är att hårdheten inte är mindre än 52HRC. Skaftadapterhylsan sprack efter 10 dagars användning. Till skillnad från kollapsfelsläget för traditionella skaftadapterhylsor, sprack och kollapsade skaftadapterhylsan i slutet. Genom att inspektera den makroskopiska och mikroskopiska morfologin hos skaftadapterhylsan, den kemiska sammansättningen, hårdheten, slagprestanda, inneslutningar och metallografiska strukturen hos skaftadapterhylsan, analyseras orsaken till sprickbildningen i skaftadapterhylsan, vilket ger en teoretisk grund för att ytterligare förbättra värmebehandlingsprocessen för skaftadapterhylsan och förbättra livslängden för det hydrauliska berget borra.
1 Experimentell process och resultat
1.1 Analys av den makroskopiska morfologin för borrhylsan
Figur 1 visar sido- och ändmorfologin för den trasiga borrhylsan för bergborr. Av figuren framgår att borrhylsan har en axiellt genomträngande spricka, som går genom den mittgraverade linjen och sträcker sig längs med pilens riktning till änden av borrhylsan; den andra änden av sprickan är roten av spåret i änden av borrhylsan. Provet skars ut längs axeln av borrkronans hylsa för att observera brottmorfologin hos borrkronans hylsa spricka. Samtidigt testades och analyserades materialsammansättningen, hårdheten, stötdämpningsenergin, inneslutningarna och mikrostrukturen hos borrhylsan.
Figur 2 visar den makroskopiska morfologin för borrkronans hylsfraktur. Av figuren framgår att sprickan huvudsakligen är uppdelad i fyra områden: A, B, C och D. Område A är relativt platt och jämnt, med bågar och radiella linjer inuti. Beroende på bågarnas och de radiella linjernas riktning kan det ses att det elliptiska området markerat med 1 i figur 2 är sprickkällan. Område B har stora fluktuationer, en relativt slät yta och bågar och radiella linjer inuti. Beroende på bågarnas och de radiella linjernas riktning kan man dra slutsatsen att area B härrör från det elliptiska området markerat med 2 i figur 2. Area C är relativt platt och jämnt, med ett stort antal radiella linjer inuti. Beroende på de radiella linjernas riktning kan man se att området C härrör från den vänstra sidan av detta område. Område D har stora fluktuationer, den vänstra sidan är relativt slät och den högra sidan är relativt grov. Enligt de morfologiska egenskaperna för område D kan det ses att den vänstra sidan av område D härrör från område C på vänster sida av detta område, och den högra sidan kommer från ytan av skaftadapterhylsan. Enligt den tidigare analysen kommer sprickan på skaftadapterhylsan från det elliptiska området 1 i figur 2. Jämfört med sidomorfologin för den trasiga skaftadapterhylsan i figur 1, kan det ses att denna plats är skärningspunkten för vänster pillinje på utsidan av skaftadapterhylsan.
1.2 Mikroskopisk observation av fraktur
De olika områdena av frakturen i figur 2 observerades genom svepelektronmikroskopi (SEM). Figur 3 är SEM-bilderna med låg effekt och hög effekt av sprickkällans område. Det framgår av figuren att området är relativt platt i mikroskopiska termer, och ytan har uppenbar plastisk deformation, vilket indikerar att efter att frakturen har bildats, kläms den mot varandra. Figur 4 visar SEM-bilder med låg effekt och hög effekt av sprickförlängningszonen. Det framgår av figuren att dess egenskaper liknar sprickkällans egenskaper. Efter att frakturen har bildats uppstår plastisk deformation på grund av ömsesidig extrudering. Jämfört med de två områdena är den plastiska sprickdeformationen allvarligare på grund av den tidigare bildningen av sprickkällans område, mer sprickextrudering och friktionstider.
1.3 Analys av kemisk sammansättning av skaftadapterhylsan
Den kemiska sammansättningen av skaftadapterhylsan testades med användning av spektrum. Det kan ses att skaftadapterhylsmaterialet uppfyller 4Cr5Mo2V-stålsammansättningskraven i GB/T1299-2014 "Tool Steel"-standarden.
1.4 Mekaniska egenskaper test av skaftadapterhylsan
Proverna togs längs axeln av skaftadapterhylsan och testet för slagmekaniska egenskaper utfördes enligt standarden GB/T229-2020. KU2-värdet för skaftadapterhylsmaterialet är 28,7J.
1.5 Inklusioner och metallografisk strukturanalys
Inneslutningarna av borrskärshylsmaterialet observerades med optiskt mikroskop. Enligt standard GB/T10561-2005 "Standard Rating Chart Mikroskopisk inspektionsmetod för bestämning av icke-metalliska inneslutningar i Steel", kan de icke-metalliska inneslutningarna i borrskärshylsan klassificeras som A0, B0, C0, D0,5 och DS0 .5.
Figurerna 7 till 9 är mikrostrukturdiagram av ändytan, ytterytan och kärnan av borrkronans hylsa. Det kan ses av figuren att mikrostrukturen för varje område av borrhylsan är härdad troostit + karbid. Det finns ett deformationsskikt som bildas av samverkan med borrkronan på ändytan av borrkronans hylsa (vitt ljust område i figur 7). På grund av arbetshärdningseffekten är hårdheten på ändytan på borrhylsan något högre. Det vita ljusa skiktet under mikrostrukturen av kärnan i borrhylsan är oxidskiktet som bildas under trådskärningsprocessen.
2 Resultatanalys
4Cr5Mo2V-stål är baserat på den kemiska sammansättningen av H13-stål. Den smälts genom att minska kiselhalten och öka V-halten. Den har god härdbarhet, värmehållfasthet och slitstyrka och används i stor utsträckning i pressgjutformar, varmpressningsformar och heta smidesformar. Mo-elementet i legeringen förbättrar stålets härdbarhet genom att förbättra stabiliteten hos underkyld austenit. Samtidigt är Mo ett starkt karbidbildande element, som kan förbättra stålets hårdhet, styrka och slitstyrka, öka stålets seghet och anlöpningsstabilitet. Under anlöpningsprocessen fälls det fast lösta vanadinet ut i form av V (C, N)-föreningar, som spelar en fällningsförstärkande och sekundär härdningsroll och förbättrar stålets högtemperaturseghet och anlöpningsstabilitet. Efter glödgning och härdning och härdning av värmebehandling är stålets hårdhet inte mindre än 52HRC, och slagabsorptionsenergin når 28,7J. Den har god ytslitagebeständighet och kärnseghet. Under användning tål skaftadapterhylsan cyklisk stöt och har en bra utmattningslivslängd. På grund av behovet av installation och matchning är den yttre ytan på skaftadapterhylsan markerad med laserlinjer. Vid skärningspunkten mellan pillinjerna uppstår spänningskoncentration, vilket bildar en utmattningskälla, och skaftadapterhylsan ger utmattningsbrott. Sprickan fortsätter att expandera under slagkraften och bildar en genomgående spricka i skaftadapterhylsan. Under stöten gnuggar och klämmer de två ändytorna av den bildade sprickan varandra, och den mikroskopiska morfologin hos brottytan visar plastisk deformation. På grund av slagkraften från skaftadaptern och buffertkolven uppstår ett deformationsskikt i änden av skaftadapterhylsan. På grund av den arbetshärdande effekten ökar hårdheten på änden av skaftadapterhylsan, och den är lätt att spricka under långvarig användning.
Enligt arbetsmiljön och felformen för skaftadapterhylsan rekommenderas att skaftadapterhylsans markering använder utskriftsläget för att undvika skador på ytan på skaftadapterhylsan orsakad av linjemarkeringen, vilket resulterar i stresskoncentration och trötthet sprickor i skaftadapterhylsan.
3 Slutsats
Genom inspektion och analys av den makroskopiska och mikroskopiska morfologin hos skaftadapterhylsfrakturen, den kemiska sammansättningen av materialet, hårdheten, slagprestandan, inneslutningarna och den metallografiska strukturen, visar det sig att huvudorsaken till sprickbildning av skaftadapterhylsan är utmattningsbrottet som orsakas av spänningskoncentrationen vid ytlaserlinjen. Änden av skaftadapterhylsan kommer att ha ett deformationsskikt under slagkraften, och ändens hårdhet kommer att öka på grund av arbetshärdning, vilket lätt orsakar sprickor och fel under användning. Det rekommenderas att använda tryckta markeringar och defekter som bildas av lasermärkning för att minska spänningskoncentrationen på ytan av skaftadapterhylsan och öka livslängden på skaftadapterhylsan.
