Რატომ ტუნგსტენის კარბიდის საჭრელი კბილები უფრო გრძელხანს არსებობენ მძიმე გრუნტის პირობებში

Მკაცრი სიმართლე: რატომ ვერ უძლებენ ტრადიციული საჭრელი კბილები Აბრაზიულ და ინტერმიტირებულ ქანებში

Სტანდარტული ბურღის კბილები ხშირად სრულიად გამოიყენება ძალზე მძიმე ფორმაციებში მუშაობის დროს, რომლებშიც ბევრი ფლინტი ან ცემენტირებული ქანების ფენები შედის. პრობლემა წარმოიშობა ამ მცირე ფლინტის ნაკლებით, რომლებიც მინერალების სიმტკიცის სკალაზე (რომელსაც უმეტესობა მოჰსის სკალას უწოდებს) 7–9 დიაპაზონში მოხვდებიან. ეს მცირე ნაკლები მიკროსკოპულ დონეზე სახსრის მსგავსად მოქმედებენ და მაღალი სიჩქარის ფოლადს (HSS) და ჩვეულებრივ საჭრელ ფოლადს მნიშვნელოვნად უფრო სწრაფად აბალანებენ, ვიდრე ეს ელოდება. ველური ანგარიშების მიხედვით, ამ პირობებში აბალანება დაახლოებით სამჯერ უფრო სწრაფად მიმდინარეობს, ხოლო ბევრი კბილი მხოლოდ 40 საათიანი ექსპლუატაციის შემდეგ უკვე საკმაოდ დაზიანებულად გამოიყურება. რა იწვევს ამ სწრაფ დაშლას? აღმოჩნდა, რომ კვარცის ნაკლები მეტალის უფრო ხელმისაწვდომ ნაკლებში ჩაიჭედება და მუდმივ ხაზებს ქმნის, რაც საბოლოოდ მთლიანად ამცირებს სტრუქტურის სიმტკიცეს. ბურღის ოპერატორებმა ეს მოვლენა არაერთხელ დააკვირვეს, რაც უცებ მოხდენილ შეჩერებასა და ძვირადღირებულ შეცვლებს იწვევს.

Ფლინტით მდიდარ კონგლომერატებსა და ცემენტირებულ ფენებში აჩქარებული აბალანების მოდელები

Მიკროსკოპული ანალიზი ამ ფორმირებეაში ავლენს სამ დომინირებად განადგურების რეჟიმს:

• Ზედაპირის მიკროკვეთვა : ფლინტის ნაკვეთები ყოველ ექსპლუატაციურ ციკლში 0.2–0.5 მმ ღრმა ბრტყელ ხაზებს ქმნის
• Სუსტი გატეხვა : ცემენტირებული სლოიები კარბიდული ჩარევების საზღვრებზე ჩიპირებას იწვევს
• Თერმული დაძაბულობა : 600°C-ზე მაღალი ხახულის ტემპერატურები იწვევს ფოლადში ფაზური გარდაქმნებს

Ეს მექანიზმები ერთად კბილების სიცოცხლის ხანგრძლივობას 68%-ით ამცირებს ეროგონული სიმაგრის ქანების საჭრელად შედარებით, რაც ISO 13314 შემახუშების განადგურების ტესტებით დადასტურდა.

HSS და საჭრელი ფოლადის კბილების შეზღუდვები ციკლური შეჯახების–აბრაზიული აბრაზიის სინერგიის პირობებში

Როდესაც შეჯახების ძალები (≥15 კნ) აბრაზიული მოწინააღმდეგობით ერთდება, ტრადიციული კბილები კრიტიკულ სუსტ მხარეებს ავლენს:

Ეს სინერგია იწვევს ძალდატვირთვის კონცენტრაციის წერტილებში ადრეულ ძვლის გატეხვას, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ვოლფრამის კარბიდის კომპოზიტებში კობალტის ბაინდერის დეფიციტი 40%-ს აღემატება.

Ვოლფრამი Კარბიდული საჭრელი კბილები Მიდრეკილება გამძლეობას: როგორ განსაზღვრავს მიკროსტრუქტურა საერთო შედეგს

WC-ის სიმცირე და კობალტის ბაინდერის შემცველობა: სიმტკიცის (HRA 92–94) და გატეხვის მიდრეკილების წინააღმდეგობის (12 MPa·m) ბალანსი

Ტუნგსტენის კარბიდის (WC) საჭრელი კბილების განსაკუთრებული მტკიცებინა მიზეზი იწყება მიკროსკოპულ მასშტაბზე. როდესაც წარმოებლები კონტროლავენ WC-ის სიმაღლის ზომას 1 მიკრონზე ნაკლებად და არევენ მას 6–12 პროცენტიან კობალტის დამაკავშირებლად, ისინი ქმნიან მასალას, რომელსაც როკველის A სიკიდე 92–94 შორის აქვს. ეს ფინე გრანულური სტრუქტურა ხელს უწყობს ჩანარჩენების გავრცელების შეჩერებას, ამავე დროს შეძლება შეინარჩუნოს გატეხვის წინააღმდეგობა 12 მპა·მ² კვადრატული მეტრის მიღმა. როდესაც საჭრელები მუშაობენ რთულ სამშენებლო პირობებში, ამ მცირე გრანულები ხელს უწყობს მცირე ჩანარჩენების წარმოქმნის თავიდან აცილებას, როდესაც საჭრელი მრავალჯერ იტანს სტრესს. ამავე დროს კობალტის მოქნილი კომპონენტი შეიწოვს შეჯახების შოკს, რაც არ აძლევს მთლიანად შეტეხვის შესაძლებლობას. გამოცდის ლაბორატორიები ამ მთლიანი ეფექტის შეფასებას ახდენენ ASTM B771 შეხევის ტესტების საშუალებით. საუკეთესო ფორმულირებები აჩვენებენ ზედაპირზე თანაბარ აბრაზიულ აბრაზიას, არ არის გამოკვეთილი ნაკვეთები ათასობით სტრესის ციკლის შემდეგ რეალურ პირობებში.

Ოპტიმიზებული 94/6 წონის % WC/Co შეფარდება მძიმე გრუნტისთვის: შეკუმშვის სიმტკიცე 6 გპა და მიკრო-გადაკვეთვის წინააღმდეგ წინააღმდეგობა

Საკმაოდ რთული გამჭრელობის პირობებში 94/6 წონის პროცენტის ვოლფრამის კარბიდი/კობალტის ნარევი მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მექანიკურ მახასიათებლებს. შეკუმშვის ძალა მნიშვნელოვნად აღემატება 6 გპა-ს, რაც მნიშვნელოვანია სილიციუმით დასავსებული კონგლომერატული ფორმაციების გავლის დროს. მატრიცაში კობალტის ნაკლებობის გამო გამჭრელი კბილების საკონტაქტო ზემოქმედების დროს პლასტიკური დეფორმაციის რისკი შემცირდება, მიუხედავად ამისა, მასალა კვლავ კარგად ინარჩუნებს თავის მთლიანობას. მასალების ექსპერტების მიერ ჩატარებულმა კვლევებმა დადგინეს, რომ ეს კონკრეტული ნარევი მნიშვნელოვნად ამცირებს მიკრო გამოკვეთვის აბრაზიულ მოხმარებას. ამ დასკვნას მათ სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპების გამოყენებით დაადასტურეს და 120 საათიანი უწყვეტი მუშაობის შემდეგ კვარცით მდიდარ ნიადაგში დეფორმაციის სიღრმე 0,3 მმ-ზე ნაკლები აღმოჩნდა. ამ სტრუქტურას ასევე ახასიათებს 500 გპა-ზე მეტი იმპრესიური ელასტიურობის მოდული, რის გამოც კვეთვის კიდეები ფორმას სტაბილურად ინარჩუნებენ. ეს ნიშნავს, რომ ინსტრუმენტი მუდმივი სიჩქარით კვეთს მაშინაც კი, როდესაც სტანდარტული მასალები მსგავსი პირობებში სწრაფად დაინგრევიან.

Რეალური ვალიდაცია: გასაგრძელებელი სამსახურის ხანგრძლივობის საველე მტკიცებულება

Როდესაც მასალების შესრულების ჩვენების შესახებ საუბრობთ, არ არსებობს რაიმე, რაც გადააჭარბებს ნამდვილი ველის ტესტებს. მაგალითად, ახლახანს განხორციელებული ინფრასტრუქტურის პროექტი დასავლეთ ევროპაში, სადაც მოუწევდა ძლიერ ცემენტირებული კონგლომერატის ქანების გატყორცნვა. მაღალი სიმტკიცის ვოლფრამის კარბიდის გატყორცნვის ბურღები ამ ოპერაციების დროს დაახლოებით სამჯერ უფრო გრძელი ხანგრძლივობით გამოვიდნენ (დაახლოებით 3,2-ჯერ), ვიდრე ჩვეულებრივი მაღალსიჩქარებიანი ფოლადის ბურღები. ჩვენ ამ მონაცემებს საერთაშორისო ISO 513 სტანდარტების მიხედვით ასევე გამოვიკვლიეთ, რაც ჩვენ ამ შედეგებში ნდობის გამოხატვას მოგვცა. უფრო გრძელი ხანგრძლივობის გატყორცნვის ბურღები ნიშნავს დროთა განმავლობაში ნაკლები შეცვლების აუცილებლობას, რაც ამცირებს აღჭურვილობის დასტურებს მკაცრი გეოლოგიური პირობებში მუშაობის დროს. ამ მიღწევის მნიშვნელობა იმ ფაქტში მდგომარეობს, რომ ის აკავშირებს ლაბორატორიულ პირობებში მიღებულ შედეგებს ველზე ნამდვილად მომხდარ მოვლენებს. ახლა ბურღვის ოპერატორებს, რომლებიც აბრაზიულ და მძლავრი შეტაკების გარემოში მუშაობენ, მყარი დამტკიცებული მტკიცება აქვთ იმის შესახებ, რომ ვოლფრამის კარბიდი უკეთ იძლევა აბრაზიული და მექანიკური გამოყენების შედეგად მომხდარ მოხმარებას ვიდრე ტრადიციული ალტერნატივები.

Ბრიტანეთის ინფრასტრუქტურის პროექტი: 3,2-ჯერ გრძელი სამსახურის ხანგრძლივობა შედარებით HSS-თან ცემენტირებულ კონგლომერატში (ISO 513-ის შესაბამად ტესტირება)

Თორმეტი თვის განმავლობაში მკვლევარები აკვირვებულები იყვნენ იმ მოწყობილობების აბრაზიული მოცვლის დამუშავების პროცესში, რომლებიც ფლინტით მდიდარ ქანებზე მუშაობდნენ. ვოლფრამის კარბიდის კბილები კარგად შეინარჩუნეს თავიანთი ფორმა 420 საათზე მეტი ხნის განმავლობაში, ხოლო სწრაფმომხმარებელი ფოლადის (HSS) კბილები მსგავსი პირობებში მხოლოდ დაახლოებით 130 საათის შემდეგ უნდა შეიცვალოს. სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპიით ზედაპირების შესწავლა აჩვენა მიკრო გაჭრის გამო შედარებით მცირე ზიანი, მიუხედავად იმისა, რომ ამ მასალები ექსპონირებული იყო 60 %-ზე მეტი კვარცის შემცველობის მქონე გარემოში. შედეგების სწორად შესაფასებლად ჯგუფმა გამოიკვლია როგორც მასის კლება დროთან ერთად, ასევე კვეთის ეფექტურობა საინდუსტრიო სტანდარტის ISO 513 მიხედვით. ეს შედეგები მიუთითებს მასალების სიგრძეზე მნიშვნელოვან განსხვავებას აბრაზიული გეოლოგიური გამოწვევების წინაშე.

Უარყოფის რეჟიმის ანალიზი: შერეული გეოლოგიური პირობებში მომხმარებლის მოცვლის მთავარი მექანიზმების გამოყოფა

Შემოკვეთის დატვირთვის მიერ გამოწვეული მოცულობითი დაძაბულობა წინააღმდეგ აბრაზიული აბრაზიის: მტვერ-თიხა მინარევში გამოყენებული ქვიშის ზედაპირების SEM ანალიზის მონაცემები

Ტუნგსტენის კარბიდის საჭრელი კბილების შესწავლა სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპიით აჩვენებს მათი დაზიანების გამოხატულ ნიშნებს მიქსირებული გეოლოგიური პირობებში, მაგალითად, როგორც ქვიშოვან-კავებიან ადგილებში, ასევე კლეიოვან-ქვიშოვან ადგილებში. როდესაც ხდება ქვიშოვანი ფენების გავლა, რომლებშიც შეიცავს კვარცის ნაკერძებს, ვამჩნევთ აბრაზიულ აბრაზიას, რომელიც გამოიხატება პარალელური მიკრო ხაზების სახით და დროთა განმავლობაში მნიშვნელოვნად ამცირებს კარბიდის კინაღებს. მეორე მხრივ, კავებს მიმართული მეტჯერადი შეჯახებები იწვევს ქვეზედაპირულ მიკრო ხარვეზებს, რომლებიც საბოლოოდ იწვევს შეტეხვის ტიპის დაზიანებას. ეს დაზიანებები SEM-ის კვეთებში ჩნდება შტოების სახით, რომლებიც ვრცელდება სტრესის კონცენტრაციის წერტილებიდან. ჩვენი ველური გამოცდები აჩვენებს, რომ კლეიოვანი მატრიცები ფაქტობრივად ამატებენ შეჯახების გამოწვეულ დაზიანებას დაახლოებით 40%-ით, რადგან ენერგიის გადაცემა სხვაგვარად ხდება ტენიან ფენებში, ვიდრე შუშულებში. ამასთან, სილიციუმის ქვიშები ძირითადად პასუხისმგებელნი არიან აბრაზიული ტიპის აბრაზიას. ამ სხვადასხვა დაზიანების რეჟიმების გაგება საშუალებას აძლევს ინჟინერებს შეარჩიონ შესაბამისი მასალები კონკრეტული გამოყენების შემთხვევებისთვის. სპეციალურად შემუშავებული კარბიდის გრადუსების გამოყენება შეიძლება შეამციროს დაშლის რისკი მაღალი შეჯახების არეებში, ხოლო უფრო მცირე გრანულომეტრიული სტრუქტურის მასალები უკეთ იძლევიან აბრაზიული ძალების წინააღმდეგ. მასალების სხვადასხვა ტიპის ტვირთვების ქვეშ დაზიანების ამ დეტალური ცოდნა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა საჭრელი ინსტრუმენტების დიზაინს და გაზრდა მათი სამსახურის ხანგრძლივობას რთულ საჭრელი გარემოებში.

Ხელიკრული

Რატომ ვერ უძლებს ჩვეულებრივი გამჭედლის კბანები აბრაზიულ ქანებში? Ჩვეულებრივი გამჭედლის კბანები ვერ უძლებს ფლინტის ნაკრებების მიერ გამოწვეული სწრაფი აბრაზიული აღნაგობის, ზედაპირის მიკრო-ჭრის, ჩხრეკილი გატეხვის და თერმული დატვირთვის გამო, როცა ისინი აბრაზიულ ქანებში მუშაობენ.

Როგორ აუმჯობესებს ვოლფრამის კარბიდი გამჭედლის კბანების მოქმედებას? Ვოლფრამის კარბიდის გამჭედლის კბანები, რომლებიც ოპტიმიზებულია კონკრეტული WC გრანულების ზომითა და კობალტის ბაინდერის შემცველობით, ავლენენ უმაღლეს მკვრივობას, გატეხვის მეტად მოქნილობას და აბრაზიული აღნაგობის წინააღმდეგ მეტ წინააღმდეგობას, რაც მათ ხანგრძლივ სიცოცხლეს აძლევს რთულ პირობებში.

Რა სარგებლებს იძლევა ვოლფრამის კარბიდის გამჭედლის კბანების საველე გამოყენება? Ვოლფრამის კარბიდის გამჭედლის კბანები გარანტირებულ სამსახურის ხანგრძლივობას აძლევენ, რაც შემცირებს შეცვლებს და დასვენების დროს მკაცრი გეოლოგიური პირობებში, რაც დადასტურებულია საველე გამოცდილობებით და ISO სტანდარტების შესაბამობით.

Რა სახის დაზიანების რეჟიმებია დამახსოვრებული ვოლფრამის კარბიდის გამჭედლის კბანებში? Შეცდომის რეჟიმები მოიცავს შეჯახების დატვირთვის შედეგად წარმოქმნილ მოცულობით დატვირთვას და აბრაზიულ ამოჭრას, რომლებიც შესაძლებელია გაანალიზოს SEM-ის საშუალებით, რაც ხელს უწყობს სხვადასხვა გეოლოგიური პირობებისთვის შესაფერებელი მასალების გაგებასა და არჩევანს.