Часть 3: Выбор марки твердого сплава

Пневмоударное бурение, Блог

Ударное бурение включает в себя очень высокое давление и ударные нагрузки. Оно требует штырей с хорошей износоустойчивостью и высокой прочностью (то есть, стойкостью к поломке). Твердый сплав, используемый для штырей коронок ударного бурения это спрессованная смесь карбида вольфрама и гранул порошка кобальта, спеченных при высокой темпера туре, образовывающих цельный, не содержащий пор штырь. Карбид вольфрама придает штырю твердость и износоустойчивость, в то время, как связывающий кобальт придает необходимую прочность.

Свойства твердого сплава

14Измерение твердости это один из наиболее распространенных методов оценки износоустойчивости твердого сплава, но при этом следует также учесть, что износ это явление, вызванное многими факторами, и измерения твердости могут не всегда объективно соответствовать производительности.

Твердосплавные штыри для ударного бурения состоят, как правило, из 88-94% карбида вольфрама и 6-12% кобальта. Однако, во многих сферах применения обычной является марка твердого сплава с 6% содержания кобальта. Различные степени твердости и прочности этой марки достигаются изменением размера порошковых гранул. Чем меньше размер гранулы, тем большую твердость будет иметь штырь.

Износ это постепенная потеря, вызванная взаимным перемещением двух поверхностей, находящихся в соприкосновении. С другой стороны, прочность это способность материала не ломаясь выполнять возложенную на него задачу. На рисунке 1 показано повышение износоустойчивости с повышением твердости для стандартных твердых сплавов, при этом прочность, или устойчивость к поломке соответственно снижается.

Такая закономерность не действительна для особого типа твердого сплава, известного как твердый сплав, имеющий двойные свойства (DP). Штырь, изготовленный из твердого сплава DP, состоит из нескольких зон, отличающихся содержанием кобальта. Используя технологию DP, можно одновременно увеличить износоустойчивость и прочность твердосплавных штырей. Также можно улучшить одно из свойств независимо от других, как показано на рисунке 1.

Марки твердого сплава

На рисунке 1 наглядно продемонстрировано, как, по сравнению с наиболее популярной маркой твердого сплава 40, используя марку 50 можно повысить износоустойчивость, но в то же время и увеличивается вероятность поломки. Далее, более высокую устойчивость к поломке можно получить, несколько пожертвовав износоустойчивостью, использовав марку DP86. С другой стороны, используя марку DP65, можно получить более высокую износоустойчивость при одинаковых прочностных характеристиках. И, наконец, более высокую устойчивость к поломке при неизменной износоустойчивости можно получить с помощью марки DP55.

Выход из строя твердосплавных штырей

Как правило, твердосплавные штыри выходят из строя по одной из трех причин: 1) износ, 2) поломка или 3) то и другое. Повышенный износ можно предотвратить путем изменения параметров бурения, например, снизив скорость вращения, уменьшив прижимное давление и улучшив очистку скважины и/или увеличив твердость и диаметр твердосплавного штыря.

Поломка без изнашивания может быть результатом повреждения при обслуживании, ударной перегрузки твердого сплава или из-за скола по типу “змеиной кожи”.

15
16

15Поломка твердосплавного штыря вследствие ударной перегрузки происходит в результате образования острого скола (остроконечной трещины), как показано на рисунке 2. Признаком первой стадии такой поломки является перелом по заднему концу штыря, как показано на рисунке 3. На рисунке 4 изображено развитие образования трещины, которое ведет в конечном итоге к остроконечному сколу. Ударная перегрузка на верхней поверхности штыря вызывает трещину на заднем конце штыря, последствием которой является образование трещины на переднем конце с образованием остроконечного скола на поверхности трещины. Этого типа поломки можно избежать, снизив прижимное давление, увеличив скорость вращения коронки и/или используя твердосплавные штыри с более высокими прочностными качествами.

17

 16Трещины по типу “змеиной кожи” случаются при усталости поверхности твердого сплава, а сетка микротрещин сильно напоминает чешую змеиной кожи, как видно на рисунке 5. Микротрещины можно удалить, выполнив заточку сразу же после их обнаружения, в противном случае они будут углубляться и в конце концов вызовут разлом компонентов твердого сплава. Если позволить им распространяться, произойдет катастрофическая поломка твердого сплава, выражающаяся в многогранных сколах на поверхности твердого сплава, как показано на рисунке 6. Избежать “змеиной кожи” можно путем более частой заточки, даже тогда, когда скорость проходки остается высокой и не наблюдается никаких признаков износа. Еще два других способа избежать трещин по типу “змеиной кожи” это использование коронки со штырями большего диаметра или использование штырей с более высокой прочностью и более низкой износоустойчивостью.

Трещины от “теплового удара” возникают из-за избыточного перегрева при трении твердосплавных штырей во время вращения по дну и стенкам скважины. Это всегда влечет за собой повышенный износ твердого сплава.

18
19 1
20
21

2021Количество наблюдаемых на штыре трещин может быть как очень малым (рисунок 7), так и очень большим (рисунок 8). Подобно трещинам по типу “змеиной кожи”, трещины по типу  “теплового удара”, если не остановить их распространение, могут вызвать катастрофическую поломку твердосплавного штыря. Это может также повлечь за собой многогранные сколы поверхности твердосплавного штыря, подобные тем, которые изображены на рисунке 6, последствием которых будет полный выход из строя ряда периферийных штырей коронки, что изображено на рисунке 9.

Трещин по типу “теплового удара” можно избежать, затачивая штыри с более частыми интервалами, обеспечивая нужное выступание штырей, позволяющее надлежащую заточку, используя больший диаметр штырей или используя штыри с более высокой прочностью и более низкой износоустойчивостью.

22

Продолжение статьи следует…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Получить оптовую цену

0
    0
    Корзина
    Корзина пустаВернуться в каталог