Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3

Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3

Технологическое оборудование,

оснастка и инструменты

____________________________________________________________________

325

Теория

Несмотря на схожесть химического состава, стали, применяемые для изготовления

ротационных деталей буровых машин российскими и зарубежными производителями, суще-

ственно отличаются содержанием вредных примесей, распределением и формой присут-

ствующих в них неметаллических включений.

Результаты работы по определению содержания состава материалов ротационных де-

талей, таких как букса, коробка клапана, седло клапана, трубка, ударник, цилиндр, показали,

что в образцах деталей из стали 12ХН3А по ГОСТ 4543 содержится превышающее норму

количество содержания серы, что в значительной степени соответствует результатам метал-

лографических исследований (табл. 1), выполненных в работах [1, 2].

Таблица 1

Содержание легирующих химических элементов в исследуемой стали

Название элемента

C Mn Si

P Cu

Содержание легирующего эле-

мента, %, в стали 12ХН3А по

ГОСТ 4543

0,09…0,16

0,3…0,6

0,17…0,37

0,6…0,9

2,75…3,15

Не более 0,025

Не более 0,3

Фактическое содержание эле-

мента, %

0,12

0,41

0,26

0,84

3,08

0,028

0,011

0,13

Данные микроструктурного анализа позволяют сделать вывод, что в используемых

отечественными производителями сталях 45 и 12ХН3А имеет место наличие достаточно

большого количества неметаллических включений. Загрязненность стали 45 неметалличе-

скими включениями соответствует четвертому, а стали 12ХН3А – третьему баллу [2].

В местах неметаллических включений имеет место процесс возникновения усталост-

ных трещин. Величина остаточных растягивающих напряжений увеличивается, трещины

растут в размерах и распространяются в объеме металла с повышенной скоростью. Следова-

тельно, увеличение количества неметаллических включений отрицательно влияет на показа-

тели сопротивления усталостному разрушению сталей, как в низкопрочном, так и высоко-

прочном состоянии.

Неметаллические включения, присутствующие в стали, играют роль концентраторов

напряжений, поэтому для изготовления качественных деталей нужно применять стали по-

вышенной чистоты [7].

Из этого можно предположить, что, несмотря на близкий к норме химический состав

сталей, в условиях многократного динамического нагружения, наличие в стали включений,

нарушающих структуру, значительно снижает показатели усталостной долговечности и ре-

сурс деталей.

Опыт изучения работы погружных пневмоударников показывает, что типичной при-

чиной отказа их работы является усталостное разрушение детали «Ударник». Технология

изготовления этой ответственной и нагруженной в конструкции машины детали предусмат-

ривает проведение перед финишным этапом термической обработки – закалки с отпуском.

Как следует из статистических данных, традиционная технология не позволяет обеспечить

соответствующие требованиям показатели состояния материала детали и приемлемый ресурс