I. Zalety dodatkowej obróbki powierzchni guzików z węglika spiekanego
Podczas wiercenia wiertłami typu Down-the-Hole (DTH) o wysokiej twardości (współczynnik twardości skały f = 14-16 i w formacjach skalnych o wysokiej ścieralności, guziki z węglika spiekanego są stale poddawane dużym obciążeniom udarowym, skrawaniu i zużyciu ściernemu spowodowanemu przez twardą skałę.
Konwencjonalne procesy produkcyjne zazwyczaj skutkują wytwarzaniem guzików węglikowych o niekorzystnych warunkach naprężeń powierzchniowych, niewystarczającym zagęszczeniu warstwy powierzchniowej i stosunkowo niskiej odporności na pękanie. Pod ciągłym cyklicznym obciążeniem mikropęknięcia łatwo inicjują się i rozprzestrzeniają, co prowadzi do rodzajów awarii, takich jak odpryskiwanie guzików, pękanie i nadmierne zużycie, co ostatecznie skutkuje przedwczesną awarią wiertła DTH. Częsta wymiana bitów nie tylko znacząco zwiększa koszty materiałów eksploatacyjnych w operacjach wydobywczych, ale także niekorzystnie wpływa na ciągłość produkcji i wydajność operacyjną.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych podejść, które skupiają się głównie na optymalizacji składu węglika lub dostosowaniu parametrów spiekania, co często zapewnia jedynie ograniczoną poprawę wydajności, technologia dodatkowej obróbki powierzchni poprawia mikrostrukturę i stan naprężeń warstwy powierzchniowej poprzez mechaniczne odkształcenie plastyczne powierzchni. To zasadniczo poprawia odporność na zużycie i odporność na pękanie guzików z węglika spiekanego.
Główne zalety są następujące:
(1) Zwiększenie wydajności bez zmiany materiału podłoża
Proces nie wymaga modyfikacji składu podłoża węglikowego. Zamiast tego, znaczną poprawę wydajności osiąga się poprzez mechaniczne wzmocnienie warstwy wierzchniej.
(2) Optymalizacja stanu naprężeń powierzchniowych
Wprowadza się stabilną warstwę resztkowych naprężeń ściskających, aby skutecznie kompensować zmienne naprężenia rozciągające powstające podczas operacji wiercenia. Hamuje to inicjację i propagację mikropęknięć powierzchniowych, zwiększa odporność na uderzenia zmęczeniowe i zmniejsza ryzyko kruchego pękania pod chwilowym obciążeniem udarowym.
(3) Zwiększona twardość powierzchni i odporność na zużycie
Wzmocnienie mechaniczne zagęszcza stosunkowo porowatą strukturę powierzchni guzika węglikowego, jednocześnie udoskonalając strukturę ziaren węglika, tworząc w ten sposób gęstą, wzmocnioną warstwę powierzchniową o wysokiej twardości, o doskonałej odporności na zużycie i erozję.
(4) Poprawiona odporność na pękanie (KIC)
Wzmocnienie mechaniczne naprawia oryginalne mikroskopijne defekty powierzchni, optymalizuje pole naprężeń powierzchniowych i tępi wierzchołki pęknięć, skutecznie hamując propagację pęknięć i znacznie poprawiając odporność na pękanie (KIC) wypustek z węglika spiekanego.
II. Test porównawczy
1. Warunki testu
Test terenowy przeprowadzono w dużej krajowej kopalni wolframu i molibdenu. Złoże rudy stanowiła gęsta, twarda ruda wolframowo-molibdenowa o współczynniku twardości skały f = 14-16. Formacja wykazywała doskonałą integralność i wyjątkowo wysoką ścieralność, co stanowiło jedno z najbardziej wymagających środowisk wiertniczych, w których występuje duże zużycie wiertła.
2. Wyniki testu
Podczas wiercenia wiertłami typu Down-the-Hole (DTH) o wysokiej twardości (współczynnik twardości skały f = 14-16 i w formacjach skalnych o wysokiej ścieralności, guziki z węglika spiekanego są stale poddawane dużym obciążeniom udarowym, skrawaniu i zużyciu ściernemu spowodowanemu przez twardą skałę.
Konwencjonalne procesy produkcyjne zazwyczaj skutkują wytwarzaniem guzików węglikowych o niekorzystnych warunkach naprężeń powierzchniowych, niewystarczającym zagęszczeniu warstwy powierzchniowej i stosunkowo niskiej odporności na pękanie. Pod ciągłym cyklicznym obciążeniem mikropęknięcia łatwo inicjują się i rozprzestrzeniają, co prowadzi do rodzajów awarii, takich jak odpryskiwanie guzików, pękanie i nadmierne zużycie, co ostatecznie skutkuje przedwczesną awarią wiertła DTH. Częsta wymiana bitów nie tylko znacząco zwiększa koszty materiałów eksploatacyjnych w operacjach wydobywczych, ale także niekorzystnie wpływa na ciągłość produkcji i wydajność operacyjną.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych podejść, które skupiają się głównie na optymalizacji składu węglika lub dostosowaniu parametrów spiekania, co często zapewnia jedynie ograniczoną poprawę wydajności, technologia dodatkowej obróbki powierzchni poprawia mikrostrukturę i stan naprężeń warstwy powierzchniowej poprzez mechaniczne odkształcenie plastyczne powierzchni. To zasadniczo poprawia odporność na zużycie i odporność na pękanie guzików z węglika spiekanego.
Główne zalety są następujące:
(1) Zwiększenie wydajności bez zmiany materiału podłoża
Proces nie wymaga modyfikacji składu podłoża węglikowego. Zamiast tego, znaczną poprawę wydajności osiąga się poprzez mechaniczne wzmocnienie warstwy wierzchniej.
(2) Optymalizacja stanu naprężeń powierzchniowych
Wprowadza się stabilną warstwę resztkowych naprężeń ściskających, aby skutecznie kompensować zmienne naprężenia rozciągające powstające podczas operacji wiercenia. Hamuje to inicjację i propagację mikropęknięć powierzchniowych, zwiększa odporność na uderzenia zmęczeniowe i zmniejsza ryzyko kruchego pękania pod chwilowym obciążeniem udarowym.
(3) Zwiększona twardość powierzchni i odporność na zużycie
Wzmocnienie mechaniczne zagęszcza stosunkowo porowatą strukturę powierzchni guzika węglikowego, jednocześnie udoskonalając strukturę ziaren węglika, tworząc w ten sposób gęstą, wzmocnioną warstwę powierzchniową o wysokiej twardości, o doskonałej odporności na zużycie i erozję.
(4) Poprawiona odporność na pękanie (KIC)
Wzmocnienie mechaniczne naprawia oryginalne mikroskopijne defekty powierzchni, optymalizuje pole naprężeń powierzchniowych i tępi wierzchołki pęknięć, skutecznie hamując propagację pęknięć i znacznie poprawiając odporność na pękanie (KIC) wypustek z węglika spiekanego.
II. Test porównawczy
1. Warunki testu
Test terenowy przeprowadzono w dużej krajowej kopalni wolframu i molibdenu. Złoże rudy stanowiła gęsta, twarda ruda wolframowo-molibdenowa o współczynniku twardości skały f = 14-16. Formacja wykazywała doskonałą integralność i wyjątkowo wysoką ścieralność, co stanowiło jedno z najbardziej wymagających środowisk wiertniczych, w których występuje duże zużycie wiertła.
2. Wyniki testu
Obróbka końcowa węglika spiekanego:
Standardowy węglik spiekany:
W porównaniu ze standardowym węglikiem spiekanym, węglik poddany obróbce końcowej zapewnia o 10% wzrost całkowitej żywotności wiertła, bardziej stabilną wydajność wiercenia, wyższą wydajność penetracji i 20% redukcję częstości pękania guzika.
III. Wniosek
Technologia dodatkowej obróbki powierzchni ulepsza warstwę powierzchniową wypustek z węglika spiekanego poprzez mechaniczne wzmocnienie i odkształcenie plastyczne, skutecznie optymalizując zarówno ich właściwości mechaniczne, jak i stan naprężeń powierzchniowych. W rezultacie odporność na zużycie i udarność guzików z węglika wiertła DTH uległa zasadniczej poprawie, skutecznie eliminując podstawowe mechanizmy awarii, takie jak szybkie zużycie i pękanie guzików spotykane w formacjach skalnych o wysokiej twardości.