Закономерности разрушения материала ударника при повторяющихся единичных ударах
- 1 — д-р техн. наук профессор Санкт-Петербургский горный университет
- 2 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет
Аннотация
Представлены методика и результаты экспериментов по исследованию закономерностей процесса изнашивания конусообразного острия свободно падающего ударника, изготовленного из сталей 38ХМ, У8, Х12МФ, подвергнутого типовой термической обработке и дополнительно обработанного холодом, при нанесении им многократных (до 10000) единичных ударов по граниту в условиях, приближающихся к условиям работы пики гидромолота. Для объяснения процессов использованы значения напряжений σк, возникающих на площадке контакта ударника и породы, рассчитанные с использованием разработанной математической модели. Установлено, что процесс изнашивания ударника при многократном единичном ударе протекает в три стадии, разделяющиеся критическими значениями , , которые соответствуют прочностным характеристикам материала ударника, демонстрируемым в данных динамических условиях. При малом числе ударов (n ≤ n*) и малых размерах площадки притупления (стадия I взаимодействия) значения σк превышают стали и она на площадке контакта подвергается локальному разрушению, что регистрируется в виде значительной убыли массы ударника; при n* < n ≤ n** (стадия II) возникающих напряжений не хватает для разрушения материала, но оказывается достаточно для его пластической деформации, сопровождаемой перемещением металла с центральной части площадки контакта на периферийную и разрушением части деформированного металла породой; при n > n** (стадия III) возникающие σк не достигают уровня и убыль массы ударника определяется стойкостью использованной стали к истиранию продуктами разрушения породы, вытесняемыми ударником из лунки. Обработка ударников из всех испытанных сталей холодом приводит к повышению их износостойкости; суммарная глубина лунок, выколотых обработанным холодом ударником из стали Х12МФ к моменту прекращения внедрения породу, в четыре раза превышает аналогичный показатель для ударника из стали 38ХМ, подвергнутого типовой термической обработке.
Финансирование
Авторы выражают глубокую признательность доценту А.П.Баталову за помощь, оказанную при подготовке данной статьи.
Литература
- Болобов В.И. К вопросу о разогреве фрагментов разрушения конструкций // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 2. С. 44-45
- Виноградов В.Н. Изнашивание при ударе / В.Н.Виноградов, Г.М.Сорокин, А.Ю.Албагачиев. М.: Машиностроение. 1982. 192 с.
- Ле Тхань Бинь. Влияние обработки холодом на механические свойства и износостойкость материалов пик гидромолотов / Ле Тхань Бинь, В.И.Болобов, Нгуен Кхак Линь // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 12 (специальный выпуск 25). 12 с.
- Обработка холодом как способ повышения износостойкости материала бурового инструмента / Ле Тхань Бинь, В.И.Болобов, Г.А.Юсупов, М.П.Мосеев // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 11. С. 108-114.
- Соколинский В.Б. Машины ударного разрушения. М.: Машиностроение. 1982. 185 с.
- Третьяков А.В. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением / А.В.Третьяков, В.И.Зюзин. М.: Металлургия. 1973. 224 с.
- Ушаков Л.С. Гидравлические машины ударного действия / Л.С.Ушаков, Ю.Е.Котылев, В.А.Кравченко. М.: Машиностроение. 2000. 416 с.
- Холод в машиностроении / A.П.Клименко, Н.В.Новиков, Б.Л.Смоленский, B.И.Могильный, В.И.Климентьев, М.А.Рохленко. М.: Машиностроение. 1969. 248 с.
- Шелковников И.Г. Использование энергии удара в процессах бурения. М.: Недра, 1977. 160 с.
- Candane D. Effect of Cryogenic Treatment on Microstructure and Wear Characteristics of AISI M35 HSS / D.Candane, N.Alagumurthi, K.Palaniradja // International Journal of Materials Science and Applications. 2013. Vol. 2. P. 56-65
- Metallurgical Principles of Cryogenically Treated Tool Steels – a Review on the Current State of Science / S.S.Gill, J.Singh, R.Singh, H.Singh // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2010. Vol. 54. P. 59-82.
- Pavlina E.J. Correlation of Yield Strength and Tensile Strength With Hardness for Steels / E.J.Pavlina, C.J.Van-Tyne // Journal of Materials Engineering and Performance. 2008. Vol. 17(6). P. 888-893
- Tated R.G. Improvement in Tool Life of Cutting Tool by Application of Deep Cryogenic Treatment / R.G.Tated, S.R.Kajale, Iyer Kumar // 7th International Tooling Conference Held / Politecnico di Torino, Italy, 2006. P. 135-141.