Изменение структуры и свойств вольфрамокобальтовых твердосплавных зубков уровых коронок высокоэнергетическими воздействиями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 622.24.051.79

© С.Е. Сухорукова, 2013

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЗУБКОВ БУРОВЫХ КОРОНОК ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ

Применение высокоэнергетических воздействий приводит к образованию в твердом сплаве структур, обладающих повышенной износостойкостью, изменению его физико-механических свойств и увеличивает прогнозируемый срок службы буровых коронок. В качестве высокоэнергетических методов обработки твердосплавных зубков буровых коронок были использованы: облучение у-квантами, облучение быстрыми электронами и магнитно-импульсная обработка.

Ключевые слова: горные машины, породоразрушающий инструмент, буровой инструмент, буровые коронки, твердые сплавы, твердосплавные зубки, карбид вольфрама, высокоэнергетические воздействия.

Решением задачи по увеличению срока службы твердосплавного бурового инструмента занимались такие ученые как Солод Г.И., Солод В.И., Кантович Л.И., Морозов В.И. Пастоев И.Л., Шешко Е.Е., Родина Т.Н. и т.д. В создание теоретических основ эксплуатации твердосплавного инструмента большой вклад внесли отечественные ученые: Панов В.С., Чувилин А.М., Крей-мер Г.С., Ибатуллин И.Д., Огар П.М., а также зарубежные исследователи Киффер Р., Шварцкопф П., и др.

По литературным данным проанализированы методы повышения долговечности изделий из твердых сплавов (рис. 1). Наиболее перспективными методами повышения долговечности твердосплавных зубков являются методы высокоэнергетического воздействия.

В качестве высокоэнергетических методов обработки твердосплавных зубков буровых коронок были использованы: облучение у-квантами, облучение быстрыми электронами и магнитно -импульсная обработка.

Рис. 1. Методы повышения долговечности изделий из твердых сплавов

Гамма-излучение представляет собой фотоны, т.е. электромагнитную волну, несущую энергию. В лабораторных условиях обработка гамма-излучением была проведена с помощью рентгеновской установки. Рентгеновское излучение аналогично гамма-излучению, но оно получено искусственно в рентгеновской трубке.

Облучение образцов твердосплавных зубков буровых коронок у-квантами с энергией 661 кэВ проводилось от изотопа цезия С8. Были установлены зависимости микротвердости зубков твердого сплава ВК8 от продолжительности облучения у-квантами (рис. 2) и стойкость эффекта во времени (рис. 3).

Другим видом воздействия являлось облучение быстрыми электронами (Р-излучение), испускаемыми радиоизотопным источником 8г90+У90. Характерной особенностью этого источника является широкий энергетический спектр электронов, простирающийся от 0,63 до 2,27 МэВ.

Сущность процесса электронно-лучевого воздействия состоит в том, что кинетическая энергия сформированного в вакууме электронного пучка превращается в тепловую в зоне обработки. Так как диапазоны мощности и концентрации энергии в луче велики, то практически возможно получение всех видов термического воздействия на материалы: нагрев до заданных температур, плавление и испарение с очень высокими скоростями.

I 1300 -

i

Время после облучении I, ни

2300

7

|

£ 2000

1 в

£ IM» £

I

| 1000 500 |

2 ЗД 10 Л JOO Мб 1(|| iL4i i1 4flи ruO,], иек

Рис. 2. Зависимость микротвердости зубков твердого сплава ВК8 от продолжительности облучения у-квантами

Рис. 3. Стойкость эффекта повышения микротвердости после облучения у-квантами

2300

2000

1300

0

1 9.1 10 Л 100 >1« нрсмя получения tod.i, ч ас

Рис. 4. Зависимость микротвердости зубков твердого сплава ВК8 от продолжительности облучения быстрыми электронами

¿500

Г

± з'йи

В &

| 1000

500 —

о

113 4 5 6

Врсч» ИОСЛ?О0. !уЧ«|]ЛЛ |ьмсс

Рис. 5. Стойкость эффекта повышения микротвердости после облучения быстрыми электронами

Рассчитана величина энергии, которую необходимо ввести в твердый сплав для начала процесса изменения его структуры и свойств. Она составила 0,67 МэВ. Для определения режимов установки-источника нужно определить, какая часть испускаемой энергии воспринимается твердосплавным зубком.

Максимальное количество энергии передается покоящимся частицам при лобовом ударе. В этом случае, пренебрегая массой электрона по сравнению с массой протона, получаем, что твердосплавный зубок воспринимает порядка 70 % испускаемой энергии.

Рис. 6. Зависимость микротвердости зубков твердого сплава ВК8 от напряжения при магнитно-импульсной обработке

Рис. 7. Стойкость эффекта повышения микротвердости после магнитно-импульсной обработки

Облучение твердого сплава ВК8 быстрыми электронами вызывает дробление блоков до наноразмеров и уменьшение микродеформаций, что приводит в большинстве случаев к возрастанию предела текучести, т.е. к упрочнению материала. Были установлены зависимости микротвердости зубков твердого сплава ВК8 от продолжительности облучения быстрыми электронами (рис. 5) и стойкость эффекта во времени (рис. 6).

Магнитно-импульсная обработка буровых коронок проводилась на объемном источнике магнитных импульсов - ПИОМ-1. Выявлены оптимальные режимы обработки: произведение 3 импульсов по 500 В и 1000 В.

СПИСОК ЛИТУРАТУРЫ

1. ГОСТ 9391-80. Сплавы твердые спеченные: методы определения пористости и микроструктуры (СТ СЭВ 2947-81 и СТ СЭВ 2952-81). -М.: Стандарты, 1985. - 5 с.

2. Булычев С.И. Теоретические основы обработки концентрированными потоками энергии. - М.: МГИУ, 2008. - 148 с.