تحليل فشل التشقق في وصلات الأكمام وتدابير التحسين
رأيي:
تشقق غلاف مثقب 4Cr5Mo2V (وصلة الغلاف) للحفر الصخري الهيدروليكي بعد 10 أيام من الاستخدام. تم تحليل أسباب تشقق غلاف مثقب 4Cr5Mo2V من خلال ملاحظة مورفولوجيا الكسر وتحليل التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية واختبار البنية المعدنية. تظهر النتائج أن مادة وأداء وصلة الغلاف تلبي المتطلبات القياسية، وأن سبب تشقق غلاف مثقب الحفر هو كسر التعب الناجم عن تركيز الإجهاد عند النقش بالليزر على السطح. تظهر طبقة تشوه في نهاية غلاف مثقب الحفر تحت قوة التأثير، وتزداد الصلابة بسبب التصلب الناتج عن العمل، وهو عرضة لفشل التشقق. يوصى باستخدام العلامات المطبوعة لتجنب العيوب التي تشكلها النقش بالليزر، وتقليل تركيز الإجهاد على سطح غلاف مثقب الحفر، وزيادة عمر خدمة غلاف مثقب الحفر.
مقدمة
جهاز الحفر الهيدروليكي للصخور هو جهاز حفر صخور متقدم يستخدم في المناجم والأنفاق والمشاريع تحت الأرض باستخدام طريقة الحفر والتفجير. إنه يحقق ميكنة وأتمتة تقنية الحفر، ويحرر عمال البناء من أعمال حفر الصخور في ظل ظروف قاسية وعمل شاق، ويحسن كفاءة العمل ويقلل التلوث. يعد غلاف محول الساق أحد الأجزاء المهمة في آلية تخزين الصخور الهيدروليكية. الوظيفة الرئيسية لغلاف محول الساق هي لعب دور مقيد بين محول الساق ومكبس التخزين. في نفس الوقت، يطيل عمر مكبس التخزين تحت تأثير التردد العالي. ينقل غلاف محول الساق طاقة الارتداد إلى مكبس التخزين، ويدفع محول الساق لإعادة الضبط عندما يعود مكبس التخزين. بسبب تأثير قوة التأثير الدورية، فإن شكل الفشل الشائع لغلاف محول الساق هو الانهيار.
يتم تسخين غلاف محول الساق 4Cr5Mo2V لعلامة تجارية معينة من مثقاب الصخور إلى 1010 درجة مئوية في جو يتم التحكم فيه بالفرن أثناء المعالجة، ويتم تلطيفه مرتين عند 550 درجة مئوية بعد إخماد الزيت. المتطلب الفني هو ألا تقل الصلابة عن 52HRC. تشقق غلاف محول الساق بعد 10 أيام من الاستخدام. على عكس وضع فشل الانهيار لأغلفة محول الساق التقليدية، تشقق غلاف محول الساق وانهار في النهاية. من خلال فحص الشكل الكلي والمجهري لكسر غلاف محول الساق، والتركيب الكيميائي، والصلابة، وأداء التأثير، والشوائب والبنية المعدنية لغلاف محول الساق، يتم تحليل سبب تشقق غلاف محول الساق، مما يوفر أساسًا نظريًا لمزيد من تحسين عملية المعالجة الحرارية لغلاف محول الساق وتحسين عمر مثقاب الصخور الهيدروليكي.
1 العملية التجريبية والنتائج
1.1 تحليل الشكل الكلي لغلاف مثقب الحفر
يوضح الشكل 1 الشكل الجانبي والشكل النهائي لغلاف مثقب الحفر الفاشل لحفر الصخور. يمكن ملاحظة من الشكل أن غلاف مثقب الحفر به شق يخترق المحور، ويمر عبر الخط المنقوش الأوسط ويمتد على طول اتجاه السهم إلى نهاية غلاف مثقب الحفر؛ الطرف الآخر من الشق هو جذر الأخدود في نهاية غلاف مثقب الحفر. تم قطع العينة على طول محور غلاف مثقب الحفر لمراقبة شكل الكسر في شق غلاف مثقب الحفر. في الوقت نفسه، تم اختبار وتحليل تركيبة المواد، والصلابة، وطاقة امتصاص الصدمات، والشوائب، والبنية الدقيقة لغلاف مثقب الحفر.
يوضح الشكل 2 الشكل الكلي لكسر غلاف مثقب الحفر. يمكن ملاحظة من الشكل أن الكسر مقسم بشكل أساسي إلى أربع مناطق: A و B و C و D. المنطقة A مسطحة وناعمة نسبيًا، مع أقواس وخطوط شعاعية في الداخل. وفقًا لاتجاه الأقواس والخطوط الشعاعية، يمكن ملاحظة أن المنطقة الإهليلجية المحددة عند 1 في الشكل 2 هي مصدر الكسر. تحتوي المنطقة B على تقلبات كبيرة وسطح أملس نسبيًا وأقواس وخطوط شعاعية في الداخل. وفقًا لاتجاه الأقواس والخطوط الشعاعية، يمكن استنتاج أن المنطقة B تنشأ من المنطقة الإهليلجية المحددة عند 2 في الشكل 2. المنطقة C مسطحة وناعمة نسبيًا، مع عدد كبير من الخطوط الشعاعية في الداخل. وفقًا لاتجاه الخطوط الشعاعية، يمكن ملاحظة أن المنطقة C تنشأ من الجانب الأيسر لهذه المنطقة. تحتوي المنطقة D على تقلبات كبيرة، والجانب الأيسر أملس نسبيًا، والجانب الأيمن خشن نسبيًا. وفقًا للخصائص المورفولوجية للمنطقة D، يمكن ملاحظة أن الجانب الأيسر للمنطقة D ينشأ من المنطقة C على الجانب الأيسر من هذه المنطقة، والجانب الأيمن ينشأ من سطح غلاف محول الساق. وفقًا للتحليل السابق، فإن شق غلاف محول الساق ينشأ من المنطقة الإهليلجية 1 في الشكل 2. بالمقارنة مع مورفولوجيا الجانب لغلاف محول الساق الفاشل في الشكل 1، يمكن ملاحظة أن هذا المكان هو تقاطع خط السهم الأيسر على السطح الخارجي لغلاف محول الساق.
1.2 المراقبة المجهرية للكسر
تم ملاحظة المناطق المختلفة للكسر في الشكل 2 بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (محرك البحث الإلكتروني). الشكل 3 هو صور المجهر الإلكتروني الماسح منخفضة الطاقة وعالية الطاقة لمنطقة مصدر الكسر. يمكن ملاحظة ذلك من الشكل أن المنطقة مسطحة نسبيًا من الناحية المجهرية، وأن السطح به تشوه بلاستيكي واضح، مما يشير إلى أنه بعد تكوين الكسر، يتم ضغطه ضد بعضه البعض. يوضح الشكل 4 صور المجهر الإلكتروني الماسح منخفضة الطاقة وعالية الطاقة لمنطقة امتداد الكسر. يمكن ملاحظة ذلك من الشكل أن خصائصه مماثلة لتلك الموجودة في منطقة مصدر الكسر. بعد تكوين الكسر، يحدث تشوه بلاستيكي بسبب البثق المتبادل. بالمقارنة مع المنطقتين، يكون تشوه البلاستيك في الكسر أكثر خطورة بسبب التكوين المبكر لمنطقة مصدر الكسر، وزيادة أوقات البثق والاحتكاك للكسر.
1.3 تحليل التركيب الكيميائي لغلاف محول الساق
تم اختبار التركيب الكيميائي لغلاف محول الساق باستخدام الطيف. ويمكن ملاحظة أن مادة غلاف محول الساق تلبي متطلبات تكوين الفولاذ 4Cr5Mo2V في معيار المملكة المتحدة/T1299-2014 "أداة فولاذددددد.
1.4 اختبار الخواص الميكانيكية لغلاف محول الساق
تم أخذ العينات على طول محور غلاف محول الساق، وتم إجراء اختبار الخواص الميكانيكية للصدمات وفقًا للمعيار المملكة المتحدة/T229-2020. قيمة KU2 لمادة غلاف محول الساق هي 28.7J.
1.5 تحليل الشوائب والبنية المعدنية
تم ملاحظة الشوائب الموجودة في مادة غلاف مثقب الحفر باستخدام المجهر الضوئي. وفقًا لمعيار المملكة المتحدة/T10561-2005 "معياري تصنيف جدول مجهرية تقتيش طريقة ل تحديد ل غير-معدني الادراج في فولاذددددد، يمكن تصنيف الشوائب غير المعدنية في غلاف مثقب الحفر على أنها A0 وB0 وC0 وD0.5 وDS0.5.
الشكلان 7 إلى 9 عبارة عن مخططات للبنية الدقيقة للوجه النهائي والسطح الخارجي ولب غلاف مثقب الحفر. يمكن ملاحظة من الشكل أن البنية الدقيقة لكل منطقة من غلاف مثقب الحفر عبارة عن تروستيت مقسّى + كربيد. توجد طبقة تشوه تتشكل من خلال التفاعل مع مثقب الحفر على الوجه النهائي لغلاف مثقب الحفر (المنطقة البيضاء الساطعة في الشكل 7). بسبب تأثير التصلب بالعمل، تكون صلابة الوجه النهائي لغلاف مثقب الحفر أعلى قليلاً. الطبقة البيضاء الساطعة أسفل البنية الدقيقة للب غلاف مثقب الحفر هي طبقة الأكسيد المتكونة أثناء عملية قطع الأسلاك.
2 تحليل النتيجة
يعتمد فولاذ 4Cr5Mo2V على التركيب الكيميائي لفولاذ H13. يتم صهره عن طريق تقليل محتوى السيليكون وزيادة محتوى V. يتمتع بقدرة جيدة على الصلابة وقوة الحرارة ومقاومة التآكل ويستخدم على نطاق واسع في قوالب الصب وقوالب الختم الساخن وقوالب التشكيل الساخن. يحسن عنصر الموليبدينوم في السبائك من قابلية الصلابة للفولاذ من خلال تحسين استقرار الأوستينيت المبرد. في الوقت نفسه، يعد الموليبدينوم عنصرًا قويًا لتشكيل الكربيد، والذي يمكنه تحسين صلابة الفولاذ وقوته ومقاومته للتآكل، وزيادة صلابة الفولاذ واستقراره في عملية التلدين. أثناء عملية التلدين، يترسب الفاناديوم المذاب الصلب في شكل مركبات V (C، N)، والتي تلعب دورًا في تقوية الترسيب والتصلب الثانوي، وتعزز صلابة الفولاذ في درجات الحرارة العالية واستقراره في عملية التلدين. بعد التلدين والإخماد والمعالجة الحرارية للتلطيف، لا تقل صلابة الفولاذ عن 52HRC، وتصل طاقة امتصاص الصدمات إلى 28.7J. يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل على السطح ومتانة أساسية. أثناء الاستخدام، يمكن لغلاف محول الساق أن يتحمل الصدمات الدورية وله عمر تعب جيد. نظرًا للحاجة إلى التثبيت والمطابقة، يتم تمييز السطح الخارجي لغلاف محول الساق بخطوط الليزر. عند تقاطع خطوط السهم، يوجد تركيز إجهاد، مما يشكل مصدر تعب، وينتج غلاف محول الساق كسر تعب. يستمر الشق في التمدد تحت قوة التأثير، مما يشكل شقًا واضحًا في غلاف محول الساق. تحت التأثير، تحتك وجها الشق المشكلان ويضغطان على بعضهما البعض، ويظهر الشكل المجهري لسطح الكسر تشوهًا بلاستيكيًا. بسبب قوة تأثير محول الساق ومكبس التخزين المؤقت، تظهر طبقة تشوه في نهاية غلاف محول الساق. بسبب تأثير التصلب أثناء العمل، تزداد صلابة نهاية غلاف محول الساق، ومن السهل أن يتشقق أثناء الاستخدام طويل الأمد.
وفقًا لبيئة العمل وشكل فشل غلاف محول الساق، يوصى بأن يعتمد وضع علامة غلاف محول الساق على وضع الطباعة لتجنب إتلاف سطح غلاف محول الساق الناتج عن علامة الخط، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد وشقوق التعب في غلاف محول الساق.
3 الخاتمة
من خلال فحص وتحليل الشكل المجهري والعيوب العيانية لكسر غلاف محول الساق، والتركيب الكيميائي للمادة، والصلابة، وأداء التأثير، والشوائب والبنية المعدنية، وجد أن السبب الرئيسي لتشقق غلاف محول الساق هو كسر التعب الناجم عن تركيز الإجهاد عند خط الليزر السطحي. سيكون لنهاية غلاف محول الساق طبقة تشوه تحت قوة التأثير، وستزداد صلابة النهاية بسبب التصلب الناتج عن العمل، مما سيؤدي بسهولة إلى التشقق والفشل أثناء الاستخدام. يوصى باستخدام العلامات المطبوعة والعيوب التي تشكلت بواسطة علامات الليزر لتقليل تركيز الإجهاد على سطح غلاف محول الساق وزيادة عمر خدمة غلاف محول الساق.
