Analisi della rottura per fessurazione del giunto a manicotto e misure di miglioramento
La mia opinione:
Il manicotto della punta da trapano 4Cr5Mo2V (accoppiamento manicotto) per trapano idraulico si è incrinato dopo 10 giorni di utilizzo. Le ragioni della rottura del manicotto della punta da trapano 4Cr5Mo2V sono state analizzate mediante osservazione della morfologia della frattura, analisi della composizione chimica, proprietà meccaniche e test della struttura metallografica. I risultati mostrano che il materiale e le prestazioni dell'accoppiamento manicotto soddisfano i requisiti standard e la ragione della rottura del manicotto della punta da trapano è la frattura da fatica causata dalla concentrazione di stress sulla superficie dell'incisione laser. Uno strato di deformazione appare all'estremità del manicotto della punta da trapano sotto la forza d'impatto e la durezza aumenta a causa dell'incrudimento, che è soggetto a rottura per rottura. Si consiglia di utilizzare la marcatura stampata per evitare difetti formati dall'incisione laser, ridurre la concentrazione di stress sulla superficie del manicotto della punta da trapano e aumentare la durata utile del manicotto della punta da trapano.
Introduzione
La perforatrice idraulica per rocce è un'attrezzatura avanzata per la perforazione di rocce utilizzata in miniere, tunnel e progetti sotterranei utilizzando il metodo di perforazione e brillamento. Realizza la meccanizzazione e l'automazione della tecnologia di perforazione, libera i lavoratori edili dal lavoro di perforazione di rocce in condizioni difficili e lavori pesanti, migliora l'efficienza del lavoro e riduce l'inquinamento. Il manicotto dell'adattatore del gambo è una delle parti importanti del meccanismo di buffer della perforatrice idraulica per rocce. La funzione principale del manicotto dell'adattatore del gambo è quella di svolgere un ruolo di limitazione tra l'adattatore del gambo e il pistone del buffer. Allo stesso tempo, prolunga la durata del pistone del buffer sotto impatto ad alta frequenza. Il manicotto dell'adattatore del gambo trasferisce l'energia di rimbalzo al pistone del buffer e spinge l'adattatore del gambo a ripristinarsi quando il pistone del buffer ritorna. A causa dell'effetto della forza di impatto ciclica, la forma di guasto comune del manicotto dell'adattatore del gambo è il collasso.
Il manicotto adattatore gambo 4Cr5Mo2V di una certa marca di trapano da roccia viene riscaldato a 1010℃ in atmosfera controllata da forno durante la lavorazione e temprato due volte a 550℃ dopo la tempra in olio. Il requisito tecnico è che la durezza non sia inferiore a 52HRC. Il manicotto adattatore gambo si è incrinato dopo 10 giorni di utilizzo. Diversamente dalla modalità di rottura per collasso dei manicotti adattatore gambo tradizionali, il manicotto adattatore gambo si è incrinato e collassato all'estremità. Ispezionando la morfologia macroscopica e microscopica della frattura del manicotto adattatore gambo, la composizione chimica, la durezza, le prestazioni di impatto, le inclusioni e la struttura metallografica del manicotto adattatore gambo, viene analizzata la causa della rottura del manicotto adattatore gambo, che fornisce una base teorica per migliorare ulteriormente il processo di trattamento termico del manicotto adattatore gambo e migliorare la durata del trapano da roccia idraulico.
1 Processo sperimentale e risultati
1.1 Analisi della morfologia macroscopica del manicotto della punta da trapano
La figura 1 mostra la morfologia laterale e finale del manicotto della punta di perforazione difettoso per trapano da roccia. Dalla figura si può vedere che il manicotto della punta di perforazione presenta una crepa penetrante assialmente, che attraversa la linea incisa centrale e si estende lungo la direzione della freccia fino all'estremità del manicotto della punta di perforazione; l'altra estremità della crepa è la radice della scanalatura all'estremità del manicotto della punta di perforazione. Il campione è stato tagliato lungo l'asse del manicotto della punta di perforazione per osservare la morfologia della frattura della crepa del manicotto della punta di perforazione. Allo stesso tempo, sono stati testati e analizzati la composizione del materiale, la durezza, l'energia di assorbimento dell'impatto, le inclusioni e la microstruttura del manicotto della punta di perforazione.
La figura 2 mostra la morfologia macroscopica della frattura del manicotto della punta da trapano. Dalla figura si può vedere che la frattura è principalmente divisa in quattro aree: A, B, C e D. L'area A è relativamente piatta e liscia, con archi e linee radiali all'interno. In base alla direzione degli archi e delle linee radiali, si può vedere che l'area ellittica contrassegnata con 1 nella figura 2 è la fonte della crepa. L'area B presenta grandi fluttuazioni, una superficie relativamente liscia e archi e linee radiali all'interno. In base alla direzione degli archi e delle linee radiali, si può dedurre che l'area B ha origine dall'area ellittica contrassegnata con 2 nella figura 2. L'area C è relativamente piatta e liscia, con un gran numero di linee radiali all'interno. In base alla direzione delle linee radiali, si può vedere che l'area C ha origine dal lato sinistro di quest'area. L'area D presenta grandi fluttuazioni, il lato sinistro è relativamente liscio e il lato destro è relativamente ruvido. In base alle caratteristiche morfologiche dell'area D, si può vedere che il lato sinistro dell'area D ha origine dall'area C sul lato sinistro di quest'area, e il lato destro ha origine dalla superficie del manicotto adattatore del gambo. In base all'analisi precedente, la crepa del manicotto adattatore del gambo ha origine dall'area ellittica 1 nella Figura 2. Rispetto alla morfologia laterale del manicotto adattatore del gambo guasto nella Figura 1, si può vedere che questo punto è l'intersezione della linea della freccia sinistra sulla superficie esterna del manicotto adattatore del gambo.
1.2 Osservazione microscopica della frattura
Le varie aree della frattura nella Figura 2 sono state osservate tramite microscopia elettronica a scansione (SEM). La Figura 3 è l'immagine SEM a bassa e alta potenza dell'area di origine della crepa. Si può vedere dalla figura che l'area è relativamente piatta in termini microscopici e la superficie ha una deformazione plastica evidente, indicando che dopo che la frattura si è formata, viene schiacciata l'una contro l'altra. La Figura 4 mostra immagini SEM a bassa e alta potenza della zona di estensione della crepa. Si può vedere dalla figura che le sue caratteristiche sono simili a quelle dell'area di origine della crepa. Dopo che la frattura si è formata, si verifica una deformazione plastica a causa dell'estrusione reciproca. Rispetto alle due aree, la deformazione plastica della frattura è più grave a causa della formazione precedente dell'area di origine della crepa, di tempi di estrusione e attrito maggiori della frattura.
1.3 Analisi della composizione chimica del manicotto dell'adattatore del gambo
La composizione chimica del manicotto adattatore gambo è stata testata utilizzando lo spettro. Si può vedere che il materiale del manicotto adattatore gambo soddisfa i requisiti di composizione dell'acciaio 4Cr5Mo2V nello standard GB/T1299-2014 "Tool Steel".
1.4 Prova delle proprietà meccaniche del manicotto dell'adattatore del gambo
I campioni sono stati prelevati lungo l'asse del manicotto dell'adattatore del gambo e il test delle proprietà meccaniche di impatto è stato eseguito secondo lo standard GB/T229-2020. Il valore KU2 del materiale del manicotto dell'adattatore del gambo è 28,7J.
1.5 Inclusioni e analisi della struttura metallografica
Le inclusioni del materiale del manicotto della punta da trapano sono state osservate al microscopio ottico. Secondo lo standard GB/T10561-2005 "Standard Rating Chart Microscopic Inspection Method for Determination of Non-metallic Inclusions in Steel", le inclusioni non metalliche del manicotto della punta da trapano possono essere classificate come A0, B0, C0, D0.5 e DS0.5.
Le figure da 7 a 9 sono diagrammi di microstruttura della faccia terminale, della superficie esterna e del nucleo del manicotto della punta da trapano. Dalla figura si può vedere che la microstruttura di ogni area del manicotto della punta da trapano è troostite temprata + carburo. C'è uno strato di deformazione formato dall'interazione con la punta da trapano sulla faccia terminale del manicotto della punta da trapano (area bianca brillante nella figura 7). A causa dell'effetto di incrudimento, la durezza della faccia terminale del manicotto della punta da trapano è leggermente superiore. Lo strato bianco brillante sotto la microstruttura del nucleo del manicotto della punta da trapano è lo strato di ossido formato durante il processo di taglio del filo.
2 Analisi dei risultati
L'acciaio 4Cr5Mo2V si basa sulla composizione chimica dell'acciaio H13. Viene fuso riducendo il contenuto di silicio e aumentando il contenuto di V. Ha una buona temprabilità, resistenza al calore e resistenza all'usura ed è ampiamente utilizzato negli stampi per pressofusione, stampi per stampaggio a caldo e stampi per forgiatura a caldo. L'elemento Mo nella lega migliora la temprabilità dell'acciaio migliorando la stabilità dell'austenite sottoraffreddata. Allo stesso tempo, Mo è un forte elemento formante carburo, che può migliorare la durezza, la resistenza e la resistenza all'usura dell'acciaio, aumentare la tenacità e la stabilità di rinvenimento dell'acciaio. Durante il processo di rinvenimento, il vanadio disciolto in solido precipita sotto forma di composti V (C, N), che svolgono un ruolo di rafforzamento della precipitazione e di indurimento secondario e migliorano la tenacità ad alta temperatura e la stabilità di rinvenimento dell'acciaio. Dopo il trattamento termico di ricottura, tempra e rinvenimento, la durezza dell'acciaio non è inferiore a 52HRC e l'energia di assorbimento dell'impatto raggiunge 28,7J. Ha una buona resistenza all'usura superficiale e tenacità del nucleo. Durante l'uso, il manicotto dell'adattatore del gambo può resistere all'impatto ciclico e ha una buona durata della fatica. A causa della necessità di installazione e adattamento, la superficie esterna del manicotto dell'adattatore del gambo è contrassegnata con linee laser. All'intersezione delle linee della freccia, c'è concentrazione di stress, formando una fonte di fatica e il manicotto dell'adattatore del gambo produce frattura da fatica. La crepa continua ad espandersi sotto la forza d'impatto, formando una crepa passante nel manicotto dell'adattatore del gambo. Sotto l'impatto, le due facce terminali della crepa formata si sfregano e si schiacciano a vicenda e la morfologia microscopica della superficie di frattura mostra una deformazione plastica. A causa della forza d'impatto dell'adattatore del gambo e del pistone tampone, appare uno strato di deformazione all'estremità del manicotto dell'adattatore del gambo. A causa dell'effetto di incrudimento, la durezza dell'estremità del manicotto dell'adattatore del gambo aumenta, e può facilmente rompersi durante l'uso a lungo termine.
In base all'ambiente di lavoro e alla forma di guasto del manicotto dell'adattatore del gambo, si consiglia di adottare la modalità di stampa per la marcatura del manicotto dell'adattatore del gambo, per evitare danni alla superficie del manicotto dell'adattatore del gambo causati dalla marcatura della linea, con conseguente concentrazione di sollecitazioni e crepe da fatica nel manicotto dell'adattatore del gambo.
3 Conclusion
Attraverso l'ispezione e l'analisi della morfologia macroscopica e microscopica della frattura del manicotto dell'adattatore del gambo, della composizione chimica del materiale, della durezza, delle prestazioni di impatto, delle inclusioni e della struttura metallografica, si è scoperto che la ragione principale della rottura del manicotto dell'adattatore del gambo è la frattura da fatica causata dalla concentrazione di stress sulla linea laser superficiale. L'estremità del manicotto dell'adattatore del gambo avrà uno strato di deformazione sotto la forza di impatto e la durezza dell'estremità aumenterà a causa dell'incrudimento, che causerà facilmente crepe e guasti durante l'uso. Si consiglia di utilizzare marcature stampate e difetti formati dalla marcatura laser per ridurre la concentrazione di stress sulla superficie del manicotto dell'adattatore del gambo e aumentare la durata utile del manicotto dell'adattatore del gambo.
