Analyse de la rupture par fissuration des manchons d'accouplement et mesures d'amélioration
Mon avis :
Le manchon de foret 4Cr5Mo2V (accouplement de manchon) pour marteau perforateur hydraulique s'est fissuré après 10 jours d'utilisation. Les raisons de la fissuration du manchon de foret 4Cr5Mo2V ont été analysées par observation de la morphologie des fractures, analyse de la composition chimique, propriétés mécaniques et tests de structure métallographique. Les résultats montrent que le matériau et les performances de l'accouplement de manchon répondent aux exigences standard, et la raison de la fissuration du manchon de foret est une fracture de fatigue causée par la concentration de contrainte à la surface de la gravure au laser. Une couche de déformation apparaît à l'extrémité du manchon de foret sous la force d'impact, et la dureté augmente en raison de l'écrouissage, ce qui est sujet à une rupture par fissuration. Il est recommandé d'utiliser un marquage imprimé pour éviter les défauts formés par la gravure au laser, réduire la concentration de contrainte à la surface du manchon de foret et augmenter la durée de vie du manchon de foret.
Introduction
La foreuse hydraulique est un équipement de forage de roche avancé utilisé dans les mines, les tunnels et les projets souterrains utilisant la méthode de forage et de dynamitage. Il réalise la mécanisation et l'automatisation de la technologie de forage, libère les ouvriers du bâtiment des travaux de forage de roche dans des conditions difficiles et un travail lourd, améliore l'efficacité du travail et réduit la pollution. Le manchon adaptateur de tige est l'une des pièces importantes du mécanisme tampon de la foreuse hydraulique. La fonction principale du manchon adaptateur de tige est de jouer un rôle limitatif entre l'adaptateur de tige et le piston tampon. En même temps, il prolonge la durée de vie du piston tampon sous un impact à haute fréquence. Le manchon adaptateur de tige transfère l'énergie de rebond au piston tampon et pousse l'adaptateur de tige pour se réinitialiser lorsque le piston tampon revient. En raison de l'effet de la force d'impact cyclique, la forme de défaillance courante du manchon adaptateur de tige est l'effondrement.
Le manchon adaptateur de tige 4Cr5Mo2V d'une certaine marque de marteau perforateur est chauffé à 1010 ℃ dans une atmosphère contrôlée par un four pendant le traitement, et revenu deux fois à 550 ℃ après trempe à l'huile. L'exigence technique est que la dureté ne soit pas inférieure à 52 HRC. Le manchon adaptateur de tige s'est fissuré après 10 jours d'utilisation. Contrairement au mode de défaillance par effondrement des manchons adaptateurs de tige traditionnels, le manchon adaptateur de tige s'est fissuré et s'est effondré à l'extrémité. En inspectant la morphologie macroscopique et microscopique de la fracture du manchon adaptateur de tige, la composition chimique, la dureté, la performance d'impact, les inclusions et la structure métallographique du manchon adaptateur de tige, la cause de la fissuration du manchon adaptateur de tige est analysée, ce qui fournit une base théorique pour améliorer encore le processus de traitement thermique du manchon adaptateur de tige et améliorer la durée de vie du marteau perforateur hydraulique.
1 Déroulement et résultats expérimentaux
1.1 Analyse de la morphologie macroscopique du manchon du trépan
La figure 1 montre la morphologie latérale et terminale du manchon de foret défaillant pour foret à roche. On peut voir sur la figure que le manchon de foret présente une fissure pénétrante axialement, qui traverse la ligne gravée au milieu et s'étend dans le sens de la flèche jusqu'à l'extrémité du manchon de foret ; l'autre extrémité de la fissure est la racine de la rainure à l'extrémité du manchon de foret. L'échantillon a été coupé le long de l'axe du manchon de foret pour observer la morphologie de fracture de la fissure du manchon de foret. Dans le même temps, la composition du matériau, la dureté, l'énergie d'absorption des chocs, les inclusions et la microstructure du manchon de foret ont été testées et analysées.
La figure 2 montre la morphologie macroscopique de la fracture du manchon du trépan. On peut voir sur la figure que la fracture est principalement divisée en quatre zones : A, B, C et D. La zone A est relativement plate et lisse, avec des arcs et des lignes radiales à l'intérieur. Selon la direction des arcs et des lignes radiales, on peut voir que la zone elliptique marquée en 1 sur la figure 2 est la source de la fissure. La zone B présente de grandes fluctuations, une surface relativement lisse et des arcs et des lignes radiales à l'intérieur. Selon la direction des arcs et des lignes radiales, on peut en déduire que la zone B provient de la zone elliptique marquée en 2 sur la figure 2. La zone C est relativement plate et lisse, avec un grand nombre de lignes radiales à l'intérieur. Selon la direction des lignes radiales, on peut voir que la zone C provient du côté gauche de cette zone. La zone D présente de grandes fluctuations, le côté gauche est relativement lisse et le côté droit est relativement rugueux. Selon les caractéristiques morphologiques de la zone D, on peut voir que le côté gauche de la zone D provient de la zone C sur le côté gauche de cette zone, et le côté droit provient de la surface du manchon adaptateur de tige. Selon l'analyse précédente, la fissure du manchon adaptateur de tige provient de la zone elliptique 1 de la figure 2. Par rapport à la morphologie latérale du manchon adaptateur de tige défaillant de la figure 1, on peut voir que cet endroit est l'intersection de la ligne de flèche gauche sur la surface extérieure du manchon adaptateur de tige.
1.2 Observation microscopique de la fracture
Français Les différentes zones de la fracture de la figure 2 ont été observées au microscope électronique à balayage (MEB). La figure 3 montre les images MEB à faible et à forte puissance de la zone source de la fissure. On peut voir sur la figure que la zone est relativement plate en termes microscopiques et que la surface présente une déformation plastique évidente, ce qui indique qu'une fois la fracture formée, elles sont comprimées les unes contre les autres. La figure 4 montre des images MEB à faible et à forte puissance de la zone d'extension de la fissure. On peut voir sur la figure que ses caractéristiques sont similaires à celles de la zone source de la fissure. Une fois la fracture formée, une déformation plastique se produit en raison de l'extrusion mutuelle. Par rapport aux deux zones, la déformation plastique de la fracture est plus grave en raison de la formation précoce de la zone source de la fissure, des temps d'extrusion de la fracture et de frottement plus longs.
1.3 Analyse de la composition chimique du manchon adaptateur de tige
La composition chimique du manchon adaptateur de tige a été testée à l'aide du spectre. On peut constater que le matériau du manchon adaptateur de tige répond aux exigences de composition de l'acier 4Cr5Mo2V de la norme GB/T1299-2014 "Tool Steel".
1.4 Essai des propriétés mécaniques du manchon adaptateur de tige
Les échantillons ont été prélevés le long de l'axe du manchon adaptateur de tige et le test des propriétés mécaniques d'impact a été effectué conformément à la norme GB/T229-2020. La valeur KU2 du matériau du manchon adaptateur de tige est de 28,7 J.
1.5 Analyse des inclusions et de la structure métallographique
Les inclusions du matériau du manchon du foret ont été observées au microscope optique. Selon la norme GB/T10561-2005 "Tableau de notation standard Méthode d'inspection microscopique pour la détermination des inclusions non métalliques dans l'acier", les inclusions non métalliques du manchon du foret peuvent être classées A0, B0, C0, D0,5 et DS0,5.
Les figures 7 à 9 sont des diagrammes de microstructure de la face d'extrémité, de la surface extérieure et du noyau du manchon du trépan. On peut voir sur la figure que la microstructure de chaque zone du manchon du trépan est en troostite + carbure trempé. Il y a une couche de déformation formée par l'interaction avec le trépan sur la face d'extrémité du manchon du trépan (zone blanche brillante sur la figure 7). En raison de l'effet de durcissement par écrouissage, la dureté de la face d'extrémité du manchon du trépan est légèrement plus élevée. La couche blanche brillante sous la microstructure du noyau du manchon du trépan est la couche d'oxyde formée pendant le processus de coupe au fil.
2 Analyse des résultats
L'acier 4Cr5Mo2V est basé sur la composition chimique de l'acier H13. Il est fondu en réduisant la teneur en silicium et en augmentant la teneur en V. Il a une bonne trempabilité, une bonne résistance à la chaleur et une bonne résistance à l'usure et est largement utilisé dans les moules de moulage sous pression, les moules d'emboutissage à chaud et les moules de forgeage à chaud. L'élément Mo dans l'alliage améliore la trempabilité de l'acier en améliorant la stabilité de l'austénite surfondue. En même temps, Mo est un élément puissant de formation de carbure, qui peut améliorer la dureté, la résistance et la résistance à l'usure de l'acier, augmenter la ténacité et la stabilité de revenu de l'acier. Pendant le processus de revenu, le vanadium dissous dans le solide précipite sous forme de composés V (C, N), qui jouent un rôle de renforcement par précipitation et de durcissement secondaire, et améliorent la ténacité à haute température et la stabilité de revenu de l'acier. Après le traitement thermique de recuit et de trempe et de revenu, la dureté de l'acier n'est pas inférieure à 52 HRC et l'énergie d'absorption des chocs atteint 28,7 J. Il présente une bonne résistance à l'usure de surface et une bonne ténacité du noyau. Pendant l'utilisation, le manchon adaptateur de tige peut résister aux impacts cycliques et a une bonne durée de vie en fatigue. En raison de la nécessité d'installation et d'adaptation, la surface extérieure du manchon adaptateur de tige est marquée de lignes laser. À l'intersection des lignes fléchées, il y a une concentration de contrainte, formant une source de fatigue, et le manchon adaptateur de tige produit une fracture de fatigue. La fissure continue de s'étendre sous la force d'impact, formant une fissure traversante dans le manchon adaptateur de tige. Sous l'impact, les deux faces d'extrémité de la fissure formée frottent et se serrent l'une l'autre, et la morphologie microscopique de la surface de fracture présente une déformation plastique. En raison de la force d'impact de l'adaptateur de tige et du piston tampon, une couche de déformation apparaît à l'extrémité du manchon adaptateur de tige. En raison de l'effet de durcissement au travail, la dureté de l'extrémité du manchon adaptateur de tige augmente et il est facile de le fissurer lors d'une utilisation à long terme.
Selon l'environnement de travail et la forme de défaillance du manchon adaptateur de tige, il est recommandé que le marquage du manchon adaptateur de tige adopte le mode d'impression pour éviter d'endommager la surface du manchon adaptateur de tige causé par le marquage de ligne, entraînant une concentration de contraintes et des fissures de fatigue dans le manchon adaptateur de tige.
3 Conclusion
Grâce à l'inspection et à l'analyse de la morphologie macroscopique et microscopique de la fracture du manchon adaptateur de tige, de la composition chimique du matériau, de la dureté, de la performance d'impact, des inclusions et de la structure métallographique, il a été constaté que la principale raison de la fissuration du manchon adaptateur de tige est la fracture de fatigue provoquée par la concentration de contrainte au niveau de la ligne laser de surface. L'extrémité du manchon adaptateur de tige aura une couche de déformation sous la force d'impact, et la dureté de l'extrémité augmentera en raison du durcissement par écrouissage, ce qui provoquera facilement des fissures et des défaillances pendant l'utilisation. Il est recommandé d'utiliser des marquages imprimés et des défauts formés par marquage laser pour réduire la concentration de contrainte sur la surface du manchon adaptateur de tige et augmenter la durée de vie du manchon adaptateur de tige.
