Основные закономерности изнашивания закаленной стали при трении о горные породы
Рабочие элементы деталей горного оборудования и инструментов выполняются чаще всего из инструментальных или цементируемых сталей, которые подвергаются соответствующей термической или химико-термической обработке. Нередко применяют упрочнение рабочих поверхностей твердым сплавом или выполняют рабочие элементы из твердого сплава.
Рассмотрим основные закономерности изнашивания металлов на примере закаленных цементируемых сталей, используемых для изготовления шарошек буровых долот. Изучение проведено по схеме изнашивания вращающегося диска применительно к условиям работы бурильного и шарошечного породоразрушающего инструментов, для которых характерен периодический контакт с горной породой. Схема изнашивания приведена на рисунке 4.35.
Рис. 4.35. Схема изнашивания вращающегося диска:
1–образец металла(диск); 2 –горная порода(керн); 3 –охлаждение
Образец из испытываемого металла в виде диска 1 прижат к горной породе 2 силой F и изнашивается при заданной частоте вращения за счет тренияскольжения о горную породу. Испытания проводятся с промывкой или продувкой 3. В случае определения показателей абразивности горных пород диск охлаждается водой, а при изучении влияния среды на износ – соответствующим охлаждающим агентом. Изнашивание ведется при равномерной подаче горной породы со скоростью vп и при непрерывной записи момента трения. В качестве показателя принята скорость изнашивания металла
|
|
|
а = dR/dt,
где R – радиус диска,т.е. а –скорость уменьшения радиуса диска.В качествепараметра режима работы – удельная мощность трения Nуд:
| Nуд = | Mn | , | (4.73) |
| Rb |
где М – момент трения; n – частота вращения диска,об/с; b – ширина рабочейповерхности диска.
По результатам испытаний строятся зависимости а от Nуд, характерный вид которых приведен на рисунке 4.34.
В изученном диапазоне изменения Nуд до 8 Вт/мм2 выделены три области изнашивания стали по существенному изменению характера зависимости от Nуд.
А б
Рис. 4.34. Характерные зависимости а от N уд при трении
об обломочные (а) и кристаллические (б) осадочные горные породы
первой области изнашивания (Nуд< 0,4Вт/мм2)скорость линейно зависит от удельной мощности трения
| а = А 0 N уд , | (4.74) |
где А0 –экспериментальный параметр уравнения изнашивания(4.74).Эта область характерна для нормальных (не аварийных) условий работы деталей горного оборудования и бурильного инструмента и характеризуется окислительным характером изнашивания металла.
|
|
|
Вторая область изнашивания (отNуд1доNуд2)обусловлена уменьшениемтвердости стали под действием тепла трения (термическим разупрочнением стали). Поэтому эту область изнашивания нередко называют тепловой. Переход от первой области ко второй для обломочных горных пород характеризуется скачком скорости изнашивания, а зависимость а от Nуд принимает вид
| а = А Nуд + В, | (4.75) |
где А и В –экспериментальные параметры уравнения изнашивания,зависящиеот абразивности горной породы.
В случае кристаллических осадочных горных пород при переходе из первой области изнашивания во вторую нарушается линейность зависимости а от Nуд,которая принимает вид
| а = АNудk , | (4.76) |
где А и k –экспериментальные параметры,также зависящие от абразивностипороды.
Вторая область изнашивания характерна для работы элементов вооружения породоразрушающих инструментов, т.к. забойная мощность, ограниченная первой областью изнашивания, не обеспечивает приемлемую скорость разрушения горной породы. Ширина второй области зависит от твердости горной породы. Чем тверже порода, тем уже вторая область.
Третья область изнашивания (на рис. 4.36приNуд> Nуд2)наблюдаласьтолько при разрушении наиболее твердых пород. Под действием тепла трения разупрочнение поверхности металла приводит к такому снижению сопротивления сдвигу металла, что оно становится меньше сопротивления сдвигу горной породы, и изнашивание металла приобретает катастрофический характер, так как скорость изнашивания резко возрастает. Эта область изнашивания возникает при нарушении режима смазывания и охлаждения, и нередко ее называют областью катастрофического изнашивания, так как в этом случае детали или инструменты весьма быстро выходят из строя.
|
|
|
Скорость изнашивания твердого сплава при разрушении горных породв 60…100 раз меньше, чем скорость изнашивания закаленной стали, и прямо пропорциональна удельной мощности трения. Это обусловлено тем, что твердость твердого сплава выше твердости любого породообразующего минерала осадочных горных пород. Однако при Nуд > 4 Вт/ мм2 наблюдается резкое увеличение скорости изнашивания твердого сплава, связанное с выкрашиванием, а далее и с хрупким его разрушением. Следовательно, твердый сплав, как и закаленная сталь, не может надежно работать при больших удельных мощностях трения, соответствующих третьей области изнашивания стали.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 502; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!