Материалы вооружения породоразрушающих инструменто в

Сталь

Вооружение из стали имеют только шарошечные породоразрушающие инструменты, предназначенные для разбуривания неабразивных горных пород. Используются легированные среднеуглеродистые стали. Например, ОАО «Волгабурмаш» изготавливает шарошки из стали марки 15Н3МА, т.е. из никель-молибденовой стали.

На стальной заготовке шарошки на токарном станке прорезаются вен-цовые выступы. Затем выступы профрезеровывают с образованием клино-вых зубьев. Далее шарошки проходят сложную химико-термическую об-работку, включающую цементацию поверхности шарошек на глубину до 2 мм, двойную закалку и отпуск. В результате получают относительно вязкую сердцевину и твердую поверхность шарошек, в том числе и зубьев.

Твердый сплав

Твердый сплав является одним из самых распространенных материалов для вооружения и армирования рабочих элементов породоразрушающих инструментов. Основными компонентами твердого сплава являются карбид вольфрама (WC) и кобальт (Со). В таблице 5.3. приведены некоторые показатели механических свойств карбида вольфрама и кобальта по данным Г. С. Креймера.

Таблица 5.3

Показатели механических свойств карбида вольфрама и кобальта

Компонента	Модуль	Коэффициент	σ_сж,	σ_и,	Микротвердость,
Компонента	Юнга, МПа	Пуассона	МПа	МПа	МПа
WC	731000	0,20	3000	520–560	17300
Co	215000	0,32	1250	–	2500

Из таблицы 5.3 видно, что компоненты твердого сплава имеют суще-ственно разные механические свойства. Соответственно, при изменении содержания компонент в сплаве меняются и его свойства. Например, для изготовления зубков используются твердые сплавы ВК4В, ВК8ВК, ВК11ВК и др. В шифре первые две буквы означают вольфрамо-кобальтовый, цифры – содержание кобальта в процентах, последние буквы отражают особенности сплава: В – повышенная вязкость, К – повышенная стойкость при ударных нагрузках.

Для армирования поверхностей наплавкой используются релит «З» (зерновой) — при нагреве токами высокой частоты и релит «ТЗ» (трубчато-зерновой) — при нагреве ацетилено-кислородным пламенем. Основной частью релита также является порошкообразный карбид вольфрама. Зерновые сплавы представляют собой шихту, при расплавлении и последующем твердении которой на поверхности армируемой детали или инструмента образуется твердый износостойкий слой.

Микротвердость материала твердосплавных зубков составляет 14000…16000 МПа, а прочность на изгиб (σи) – не менее 1750 МПа. Микротвердость наиболее твердого породообразующего минерала кварца составляет около 11000 МПа, т.е. ниже, чем твердого сплава. Такое соотношения твердостей обеспечивает высокую износостойкость рабочих поверхностей породоразрушающих инструментов при разбуривании высоко-абразивных горных пород.

Алмаз как материал для изготовления вооружения долот

Алмаз – минерал, полиморфная модификация углерода. Кристаллы алмаза представляют собой октаэдры, тетраэдры, ромбододекаэдры и др. Размеры кристаллов от микроскопических до весьма крупных , массой до 3000 карат (1 карат равен 0,2 г ). Кристаллическая структура атомная, отличается плотной упаковкой и равномерным распределением связей
в пространстве. Это обусловливает высокую плотность (3500 кг/м³), твердость и жесткость алмаза. Микротвердость алмаза в 10 раз выше,
чем кварца, и в 6 раз выше, чем твердого сплава. Модуль Юнга алмаза 88·10⁴МПа, т.е. в два раза выше, чем у твёрдого сплава, и в четыре раза выше, чем у стали. Алмазы имеют уникально высокие теплофизические свойства: теплопроводность алмаза в 2,3 раза , а теплоемкость в 3 раза выше, чем у твердого сплава. Благодаря этим свойствам алмазы имеют исключительно высокую износостойкость при трении скольжения.

Наряду с достоинствами алмаз имеет и недостатки: он весьма хрупок (имеет совершенную спайность по октаэдру), при температуре 1850 ^оС в вакууме алмаз превращается в графит, на воздухе уже при температуре около 600 ^оС быстро окисляется, а при более высокой температуре сгорает с образованием углекислого газа.

Алмазы делятся на две группы: ювелирные и технические. Для буре-ния используют только технические алмазы, которые делятся на подгруп-пы: борт, баллас и карбонадо.

Борт – алмазы в виде неправильных кристаллов и агрегатов желтого, коричневого или серого цвета.

Баллас – шаровидные агрегаты, представляющие собой крупнокри-сталлическое ядро, покрытое мелкокристаллической корочкой. Цвет от мутно-белого до серого.

Карбонадо – плотные, мелкокристаллические агрегаты. Цвет от серого до черного.

Подготовка алмазов к применению имеет целью повышение сопротивления разрушению. Вначале их подвергают избирательному дроблению, при котором алмазные агрегаты раскалываются по дефектным местам. Затем проводится овализация. Этот процесс осуществляется во вращающейся камере, в которой алмазы путем взаимного истирания приобретают округлую форму (рис. 5.2). Для снятия внутренних напряжений алмазы нагревают до 920…940 С в защитной от окисления среде и затем медленно охлаждают.

Современная промышленность освоила производство искусственных (синтетических) алмазов, а также композиционных сверхтвердых материалов, которые используются для изготовления элементов вооружения породоразрушающих инструментов. Элементы вооружения могут представлять собой как специально подготовленные алмазные зерна, так и изготовленные пластинки, резцы и зубки.

Рис. 5.2. Алмазы (алмазные зерна), подготовленные для оснащения породорарушающих инструментов

Следует отметить, что прочность на сжатие синтетических алмазов пока в два раза меньше, чем натуральных (естественных). А поэтому они используются при оснащении породоразрушающих инструментов для разбуривания мягких горных пород и горных пород средней твердости, породоразрушающие инструменты для разбуривания твердых горных пород оснащаются естественными (натуральными алмазами).

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 684; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 34 35 36 37 383940 41 42 43 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!