2. Методы и схемы изучения изнашивания металлов при взаимодействии с горной породой

В настоящее время при лабораторном изучении абразивного изна­шивания металлов, работающих и контакте с горной породой, применяют следующие основные схемы.

1. Схема бурения-резания. Эту схему используют при изучении абразивного изнашивания твердосплавных рез­цов применительно к работе вооружения долот режуще-скалыва­ющего класса

2. Схему сверления или истирания эталонных стержней используют исключительно для оценки абразивности горных пород. Сущность метода заключается в истирании стержня о блоки породы при заданном режиме изна­шивания.

Опыты показали, что засорение продуктами износа поверхности трения сильно искажает результаты измерений. В связи с этим была предложена схема 5с непрерывным обновле­нием поверхности трения, т.е. схема изнашивания на цилиндрической поверхности керна (рис, б).

4. Схема изнашивания диска (кольца) (рис.г).

Сущность метода заключается в том, что образец металла в виде диска изнашивается при трении скольжения о горную породу. Вращение диска обеспечивает непрерывность взаимодействия металла с горной породой.

Изнашивание ведется на специальных экспериментальных уста­новках при непрерывном струйном охлаждении рабочей поверх­ности диска, равномерной подаче горной породы и непрерывной записи момента трения.

5. Схема изнашивания образцов металла при ударном взаи­модействии с горной породой предложена В. Н. Виноградовым, Г. М Сорокиным и Г. К. Шрейбером. Эта схема подобна схеме сверления (см. рис.б). Отличительной особенностью является то, что образец металла совершает не вращательное движе­ние, а возвратно-поступательное, нанося удары по поверхности образца породы или абразива.

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПО СХЕМЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ДИСКА

Образцы металла изнашиваются поверхностях образца породы, приготовляемых срезом и шлифов­кой боковых поверхностей керна. Требования к качеству шлифов­ки и параллельности плоскостей те же, что и при подготовке к испытаниям на вдавливание по ГОСТ 12288—66.

Образцы металла готовят из стали или твердого сплава в виде дисков диаметром от 15 до 50 мм с цилиндрической рабочей поверхностью. Длина образующей рабочей поверхности диска (ширина кольца) при испытаниях на хемогенных породах должна быть не менее 2 мм, на обломочных породах — не менее 3,5 мм. Поверхность диска шлифуется. Материал диска и его химико-термическая обработка должны соответствовать моделируемым деталям или инструментам.

Перед испытанием диск промывают в спирте, высушивают и взвешивают на аналитических весах. Затем устанавливают на шпиндель установки и изнашивают при заданном режиме испы­тания. Нагрузку на диск подбирают в соответствии с требуемой интенсивностью нагрузки P_i. P = P_ib, где Р — нагрузка на диск; Ъ— длина образующей диска (ширина кольца).

Частота взаимодействия v и скорость скольжения v_c должны соответствовать частоте взаимодействия и скорости скольжения изучаемого процесса: их подбирают путем выбора диска соответ­ствующего диаметра D, так как v_c = pDv.

Интенсивность охлаждения и вид охлаждающего агента так­же должны соответствовать изучаемому процессу. Расход жидкос­ти Q = qF, где q — удельный расход агента на единицу рабочей поверхности изучаемого объекта; F— рабочая поверхность диска (F = pDb).

Скорость подачи образца горной породы подбирают так, чтобы обеспечить время контактирования точки рабочей поверхности диска с горной породой в пределах, характерных для изучаемого объекта.

В качестве основного показателя процесса принята_; скорость изнашивания, которую определяют по формуле:

а=W/(r_mFt₀)

где W — износ образца) металла по массе; р_м — плотность металла;

t₀ — время опыта.

Физический смысл изнашивания ; а — толщина слоя металла, снимаемого при изнашивании с рабочей поверхности образца в единицу времени.

При анализе результатов скорость изнашивания рассматривали как функцию удельной мощности трения (Вт/мм²), определяемой для случая изнашивания диска по формуле

Nуд=2p Mn/(60F)

где М— средний момент трения за опыт; п — частота вращения диска; F — рабочая поверхность диска.

Коэффициент трения пары металл — горная порода подсчиты­вают по формуле:

. Наиболее распространенным методом определения абразивности пород в горном деле является метод, предложенный Л. И. Бароном и А. В. Кузнецовым. Этот метод соответствует условиям первичного абразивного износа инструмента, до момента «засаливания» металлом образца породы.

Абразивность оценивается средней потерей массы (мг) полого цилиндрического стержня из углеродистой стали – серебрянки путем истирания его об образец породы при вращении со скоростью 400 об/мин под осевой нагрузкой 150 Н в течение 10 мин. Абразивность вычисляется по формуле:

(28)

где q_i – потеря массы стержня за каждый «парный опыт», мг; п – число парных опытов (п = 3 – для однородных, п = 6 – для неоднородных пород).

«Парный опыт» – это испытание стержня с двух его торцов. Показатель абразивности изменяется от 5 мг для малоабразивных пород (известняки, мраморы, каменная соль, глинистые сланцы и др.) до 90 мг и более (корундосодержащие кварцевые породы) (табл. 6).

Таблица 6