- •1 Опис і принцип дії
- •3 Технічне обслуговування
- •4 Поточний ремонт
- •3.1 Аналіз факторів, що впливають на вибір конструкційних матеріалів
- •3.2 Номенклатура конструкційних матеріалів. Рекомендації щодо їх використання
- •3.3 Термічні способи зміцнення конструкцій
- •3.4 Хіміко-термічні способи зміцнення конструкцій
- •3.5 Правила позначення на кресленнях методів і параметрів зміцнення
- •3.6 Рекомендації щодо вибору конструкційних матеріалів і методів їх зміцнення
- •4.1 Матеріаломісткість конструкцій.
- •4.2 Способи зниження матеріаломісткості конструкцій
- •Розтягуванні плоскої деталі
- •4.3 Жорсткість конструкції. Основні поняття
- •4.4 Способи підвищення жорсткості конструкції
- •5.2 Номенклатура показників технологічності конструкції і методи їх визначення
- •Коефіцієнт внутрішньої уніфікації деталей виробу. Відображає ступінь багаторазового використання в конструкції одних і тих же деталей. Визначається за фор-мулою
- •5.3 Методика кількісної оцінки технологічності конструкції
- •5.4 Відпрацювання конструкції на технологічність
- •5.5 Технологічність складання–розбирання конструкції
- •Корпусу ( б – кільцевої канавки; в – різьбових отворів):
- •6.1 Основні поняття якості продукції
- •Типові стадії життєвого циклу продукції
- •На якість продукції
- •6.2 Номенклатура показників якості продукції
- •6.3 Методи визначення показників
- •6.4 Методи оцінки технічного рівня і якості продукції
- •6.5 Контроль якості продукції
- •6.6 Випробування продукції. Види випробувань
- •6.7 Підготовка та проведення випробувань
- •6.8 Управління якістю продукції
- •7.1 Мета і задачі контролю технічної документації
- •7.2 Технологічний контроль конструкторської документації
- •7.2 Метрологічний контроль конструкторської документації
- •7.3 Нормоконтроль
3.2 Номенклатура конструкційних матеріалів. Рекомендації щодо їх використання
Для виготовлення деталей та вузлів машин і обладнання використовуються в залежності від призначення і умов роботи різноманітні конструкційні матеріали: чавуни, сталі, кольорові метали та їх сплави, гумові, пластмасові та інші матеріали.
Чавуни. В конструкціях використовують такі види чавунів: сірий, ковкий, високоміцний, легований, анти-фрикційний. Чавуни, як конструкційні матеріали, харак-теризуються як позитивними так і негативними сторонами своїх властивостей. До перших слід віднести відносно невисоку вартість, високі ливарні властивості, добру оброблюваність різанням. Недоліки чавунів – невисока в порівнянні з сталями міцність, крихкість, чутливість до ударних навантажень, низька зварюваність.
Вказані вище недоліки чавунів є причиною їх обмеженого використання в конструкціях бурового і нафто-газопромислового обладнання. Чавуни можуть використо-вуватися для виготовлення станин бурових насосів, корпусів запірних пристроїв на невисокий тиск, клинопасових шківів, корпусів насосів невисокого тиску, опорних вузлів, тощо. Широкого використання в нафтогазовому машинобудуванні набули сірі чавуни. Наприклад, шківи клинопасових передач бурових установок виготовляють з чавунів СЧ–12–28, СЧ–15–36, вхідну кришку насоса ЦНС 180–1900 виготовляють з чавуна СЧ–21–40. Механічні характеристики сірих чавунів показані в табл. 3.3.
Таблиця 3.3 – Механічні властивості відливок з сірого чавуна
Марка чавуна |
Границя міцності на розтяг, МПа, не менше |
Границя міцності на згин, МПа, не менше |
Твердість НВ, МПа |
СЧ 10 |
98 |
274 |
1400-2250 |
СЧ 12 |
120 |
280 |
1430-2290 |
СЧ 15 |
147 |
314 |
1600-2250 |
СЧ 18 |
176 |
358 |
1670-2250 |
СЧ 20 |
196 |
392 |
1670-2360 |
СЧ 24 |
235 |
421 |
1670-2360 |
СЧ 25 |
245 |
451 |
1770-2450 |
СЧ 30 |
294 |
490 |
1780-2500 |
СЧ 35 |
343 |
539 |
1930-2640 |
СЧ 40 |
392 |
588 |
2030-2800 |
СЧ 45 |
441 |
637 |
2250-2840 |
Приклади умовного позначення чавунів:
СЧ 25 - сірий чавун з границею міцності на розтяг 250 МПа;
КЧ 30–6 - ковкий чавун з границею міцності на розтяг 300кМПа і відносним видовженням 6 %;
ВЧ 50–7 - високоміцний чавун з границею міцності на розтяг 500 МПа і відносним видовженням 7 %.
Приклади використання чавунів в машинобудуванні показано в табл. 3.4.
Таблиця 3.4 – Приклади використання чавунів в машинобудуванні
Тип і марка чавуна |
Умови використання |
Приклади використання |
||
Сірий чавун |
||||
СЧ 12-28 |
Малонавантажені де-талі, невідповідальне литво |
Кожухи, кришки, опор-ні плити, зрівноважу-вальні вантажі, махо-вики, втулки |
||
СЧ 15-32 |
Малонавантажені деталі, тонкостінне лит-во (=8-15 мм) з вели-кими габаритами, не-високі вимоги до зно-состійкості |
Деталі складної кон-фігурації, корпуси, крон-штейни, шківи, махо-вики, поршневі кільця, корпуси запірної арма-тури |
||
СЧ 18-36 |
Відповідальне литво з товщиною стінки =10-25 мм, помірно навантажені деталі |
Корпуси редукторів, станини верстатів, де-талі корпусів, зірочки, зубчасті колеса, блоки циліндрів, поршні, пор-шневі кільця |
||
СЧ 24-40 |
Високонавантажені де-талі; відповідальне литво з товщиною стінки =20 – 40 мм; деталі, що працюють при температурі до 300 оС |
Зубчасті колеса, махо-вики, гальмівні бара-бани, гідроциліндри, корпуси гідронасосів і гідромоторів середньо-го тиску (до 8іМПа), блоки двигунів, поршні |
||
СЧ 35-54 |
Відповідальні, висо-конавантажені деталі з товщиною стінки =20-100 мм; деталі, що працюють при температурі до 300 оС; висока зносостійкість |
Зубчасті та ланцюгові колеса, станини, блоки і плити верстатів і пресів, муфти зчеп-лення; кулачки, колін-часті вали, гальмівні барабани |
||
Ковкий чавун |
||||
КЧ 30-6 |
Негабаритні деталі, низькі статичні та ди-намічні навантаження |
Муфти, важелі, клапа-ни, пальці |
||
КЧ 45-6 |
Деталі, що працюють при високих статич-них і динамічних на-вантаженнях, а також в умовах інтенсивного спрацювання |
Колінчасті вали, муф-ти, вилки, зірочки, храповики |
||
Високоміцний чавун |
||||
ВЧ 50-2,
ВЧ 70-2 |
Відповідальні, висо-конавантажені дета-лі, використання вза-мін сталі |
Колінчасті вали, корпу-си, шатуни, зубчасті ко-леса, корпуси підшип-ників |
||
Антифрикційний чавун |
||||
АЧС–1
АЧС–2 |
Високі антифрикційні властивості, робота в парі з термооброб-леними сталевими де-талями |
Вкладиші підшипників, накладки повзунів крейц-копфних машин |
||
АЧС–6 |
Робота у вузлах тертя з температурою до 300 оС з термічно не-зміцненими сталеви-ми деталями |
Вкладиші підшипників, накладки повзунів крейц-копфних машин |
||
Вуглецеві сталі звичайної якості. В машинобудуванні використовують, як правило, сталі звичайної якості групи А, які постачаються з гарантованими механічними властивостями. Випускаються таких марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Зазначені сталі використовують, в основному, для виготовлення деталей з невисокими вимогами до міцності і які не потрібно зміцнювати термічними методами. Вони характеризуються високими пластичними властивостями (відносне видовження 20 – 30 %), добре обробляються різан-ням, зварюються. Це найдешевші сталі.
Властивості та приклади використання вуглецевих сталей звичайної якості наведено в табл. 3.5 і 3.6.
Таблиця 3.5 – Механічні і зварювальні властивості вуглецевих сталей звичайної якості
Марка сталі |
Границя міцності , МПа |
Границя текучості, МПа |
Відносне видовження, % |
Зварюваність |
Ст0 |
Не менше 310 |
200-205 |
20-23 |
ДВ |
Ст1 |
300 – 410 |
205-210 |
31-35 |
ДВ |
Ст2 |
320 – 430 |
215 – 225 |
29-33 |
ДВ |
Ст3 |
360 – 480 |
235 – 245 |
23-27 |
ДВ |
Ст4 |
400 – 530 |
255 – 265 |
21-25 |
В |
Ст5 |
490 – 630 |
285 |
17-20 |
З |
Ст6 |
Не менше 590 |
315 |
12-15 |
З |
Умовні позначення:
ДВ – дуже висока;
В – висока;
З – задовільна
Таблиця 3.6 – Приклади використання вуглецевих сталей звичайної якості
Марка сталі |
Умови використання |
Приклади використання |
Ст0 |
Ненавантажені дета-лі, невідповідальні конструкції |
Деталі металоконструкцій, прокладки, шайби, арма-тура, огорожа, кожухи, стопорні кільця |
Ст1 ССт2 |
Малонавантажені де-талі, ковані та зварні конструкції |
Корпуси підшипників і редукторів, рами, болти, осі, кожухи, деталі мета-локонструкцій |
Ст3 ССт4 |
Маловідповідальні, малонавантажені де-талі; деталі, що по-требують зміцнення цементацією |
Кожухи, кришки, вали, осі, тяги, пальці, гаки, шатуни, металоконструк-ції, кріпильні деталі |
Ст5 ССт6 |
Деталі з підвище-ними вимогами до міцності без вико-ристання зварюван-ня; деталі, зміцнені термообробкою |
Кріпильні деталі, шпонки, вали, осі, зубчасті колеса, шатуни, шпинделі, кулач-кові муфти, гальмівні стрічки, пальці, черв’яки, будівельні конструкції |
Сталі вуглецеві якісні конструкційні. Вуглецеві якісні конструкційні сталі використовують, як правило, для виготовлення середньонавантажених деталей, які зміцнюють термічними або хіміко-термічними методами. Сталі випускають таких марок: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60. Вартість зазначених сталей вища вартості вуглецевих сталей звичайної якості на 20-25 %.
В машинобудуванні знаходять використання низько- і середньовуглецеві якісні конструкційні сталі. Перші (сталі 08, 10, 15, 20) використовують для виготовлення зносостійких деталей з невисокими вимогами до міцності серцевини. Для підвищення поверхневої міцності таких деталей їх зміцнюють шляхом цементації. Крім того, ці сталі характеризуються високою пластичністю, тому з них виготовляють деталі і вузли посудин, що працюють під тиском.
Середньовуглецеві якісні конструкційні сталі викорис-товують для виготовлення деталей порівняно невеликих перерізів, середньої міцності і нескладної конфігурації. Деталі зміцнюють шляхом термічної обробки. Деталі великих перерізів об’ємним гартуванням не зміцнюють.
Властивості та приклади використання вуглецевих якісних конструкційних сталей наведено в табл. 3.7, 3.8.
Таблиця 3.7 – Механічні і технологічні властивості якісних вуглецевих конструкційних сталей
Марка сталі |
Границя міцності в, МПа |
Границя текучості т, МПа |
Відносне видовження , % |
Твердість НВ, МПа |
Оброблюваність різанням |
Зварюваність |
Пластичність при холодній обробці |
Ударна в’язкість, кДж/м2 |
08 |
324 |
196 |
33 |
1260 |
В |
ДВ |
ДВ |
– |
10 |
334 |
206 |
31 |
1400 |
В |
ДВ |
ДВ |
– |
15 |
373 |
225 |
27 |
1450 |
В |
ДВ |
ДВ |
– |
20 |
412 |
245 |
25 |
1590 |
В |
ДВ |
В |
– |
25 |
451 |
274 |
23 |
1660 |
В |
ДВ |
В |
880 |
30 |
490 |
294 |
21 |
1750 |
В |
В |
В |
780 |
35 |
529 |
314 |
20 |
2030 |
В |
В |
В |
690 |
40 |
568 |
321 |
19 |
2130 |
В |
З |
З |
590 |
45 |
598 |
363 |
16 |
2240 |
В |
З |
З |
490 |
50 |
627 |
373 |
14 |
2360 |
З |
З |
З |
380 |
55 |
647 |
382 |
13 |
2500 |
З |
Н |
Н |
– |
60 |
676 |
402 |
12 |
2500 |
З |
Н |
Н |
– |
Примітка: Значення показників в, т, , НВ наведені для нормалізованих заготовок.
Умовні позначення:
ДВ – дуже висока
В – висока
З – задовільна
Н – низька.
Таблиця 3.8 – Приклади використання вуглецевих якісних конструкційних сталей
Марка сталі |
Умови використання |
Приклади використання |
08
10 |
Штамповані деталі; помірно статично навантажені деталі, що не вимагають термообробки; деталі, які зміцнюються цементацією |
Прокладки; шайби; кріпильні деталі; посудини, що працюють під тиском; змійовики; тяги; вилки; трубки; втулки, фрикційні диски, зубчасті колеса |
15 20 25 |
Малонавантажені ковані, штамповані та зварні деталі; зносостійкі деталі, зміцнені хіміко–термічною обробкою; ковані термічно зміцнені деталі |
Деталі посудин, що працюють під тиском; болти; шпильки; пальці; вилки; втулки; зубчасті колеса; осі; вали; з’єднувальні муфти |
30
35 |
Помірно навантажені деталі, зміцнені хіміко-термічною і термічною обробкою |
Шпинделі, осі, серги, траверси, ланцюгові зірочки, тяги, циліндри, маховики, втулки, балансири |
40
45 |
Деталі високої міцності і твердості; деталі, що потребують підвищеної зносостійкості |
Штоки, вали, осі, ланцюгові зірочки, зубчасті колеса, муфти, шпильки, болти, гайки, шпонки, шатуни, плунжери, валики |
50
55 |
Деталі високої міцності. Використовують після гартування з високим відпуском і в нормалізованому стані |
Вали, зубчасті колеса, осі, ексцентрики, мало-навантажені пружини, плунжери, шпонки, ходові гвинти, муфти |
60 |
Деталі високої міцності, пружності, зносостійкості. Використовують після гартування або нормалізації |
Ексцентрики, пружинні кільця, регулювальні прокладки, пружини, шпинделі, осі, бандажі |
Леговані конструкційні сталі. Як відмічалося раніше бурове та нафтогазопромислове обладнання працює у важких експлуатаційних, а деколи екстремальних умовах. Крім того, слід відмітити велику групу деталей та вузлів обладнання, які є надзвичайно важливими і відповідальними в конструкції і відмова яких може привести до непередбачуваних негативних наслідків: важкого травматизму, економічних втрат, екологічного забруднення, втрати свердловини, відкритого фонтанування та ін.
Для прикладу у 80-х роках минулого століття при освоєнні Астраханського газоконденсатного родовища виникла проблема корозійної стійкості свердловинного і устьового обладнання. Газ даного родовища, що містив 18–25 % сірководню (H2S), безпосередньо контактував з устьовим обладнання і приводив його до корозійного руйнування (сульфід-ного розтріскування або загальної корозії в залежності від характеру напруженого стану деталей обладнання).
Для даних умов експлуатації були розроблені і рекомендовані спеціальні марки конструкційних легованих сталей.
Леговані конструкційні сталі використовуються для виготовлення деталей, до яких пред’являють вимоги високої міцності, а також спеціальні вимоги: зносостійкості, термо-стійкості, корозійної стійкості, в’язкості та інші. Деталі, виготовлені з легованих сталей, як правило, зміцнюють термообробкою або хіміко-термічною обробкою.
Як легуючі елементи в сталях використовують: хром – Х, нікель – Н, вольфрам – В, кремній – С, марганець – Г, молібден – М, ванадій – Ф, азот – А, титан – Т, бор – Р, алюміній – Ю. Легуючі елементи можуть бути присутні в сталях як поодинці, так і в комбінації з іншими.
В табл. 3.9 і 3.10 показано вплив основних легуючих елементів на механічні і технологічні властивості сталей.
Практикою нафтогазового машинобудування набутий великий досвід використання легованих сталей. В табл. 3.11 наведена номенклатура найбільш використовуваних легова-них сталей, їх механічні характеристики та основні техноло-гічні властивості. Детальніша інформація про номенклатуру легованих сталей, їх використання в залежності від умов експлуатації викладена в спеціальній літературі.
Таблиця 3.9 – Вплив деяких легуючих елементів на властивості сталі
Легуючий елемент |
Властивості сталі |
Приклади марок сталі |
Приклади деталей |
Хром ( Х ) |
В малих дозах (до 1%) підвищує міцність та зносостійкість деталей, покращує загарто-вуваність, погіршує зварюва-ність сталі |
20Х, 30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х |
Вали, осі, шестірні, зубчасті колеса, шпинделі запірних та регулювальних прис-троїв, клапани і сідла насосів (40Х), стволи верт-люгів (40Х), шпильки |
При значному вмісті (більше 12%) підвищує корозійну стійкість сталі |
1Х13, 3Х13, 30Х13, 95Х18, 20Х13Л |
Робоче колесо насоса типу ЦНС (20Х13Л), сідла кла-панів штангового насоса (30Х13, 95Х18) |
|
Нікель ( Н ) |
Підвищує ударну в’язкість; під-вищує опір конструкції крихко-му руйнуванню, особливо при низьких температурах; підви-щує міцність та загартовуваність |
20Н2М, 40ХНЛ, 40ХН, 38ХГН, 15ХН3Л, 20ХН, 45ХН, 12ХН2 |
Штропи вертлюгів (40ХН, 38ХГН), корпуси трубних елеваторів (40ХНЛ, 15ХН3Л, 40ХН), вали бурових лебідок (40ХН, 30ХМА) |
|
|
|
|
Закінчення табл. 3.9 |
|||
Легуючий елемент |
Властивості сталі |
Приклади марок сталі |
Приклади деталей |
Марганець ( Г ) |
Підвищує зносостійкість, міц-ність та загартовуваність сталі |
30Г, 40Г, 45Г, 30Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г, 50Г2, 18ХГ, 18ХГТ, 38ХГН |
Шківи талевих систем (40Г2Л, 40ГЛ, 50ГЛ), пальці ланок гусениць до трактора (50Г, 50Г2) |
Молібден ( М ) |
Підвищує хімічну стійкість сталі в хлорному середовищі; підвищує міцність, в тому числі і при високих температурах (до 500 ОС); підвищує ударну в’яз-кість сталі при низьких температурах |
15ХМ, 20ХМ, 30ХМ, 38ХМ, 20Н2М, 38Х2МЮА, 40ХН2МА |
Деталі, що працюють при високих температурах (вали та ротори турбін); затвори засувок фонтанних арматур (40ХН2МА, 38Х2МЮА); пла-шки клинових підвісок ко-лонних головок (38Х2МЮА) |
Алюміній ( Ю ) |
Підвищує в’язкість (в тому числі і при низьких темпе-ратурах) та міцність сталі; зменшує чутливість до крих-кого руйнування; понижує чут-ливість до утворення тріщин в зварних конструкціях; покра-щує якість азотування поверхні. |
38Х2МЮА, 38Х2Ю |
Високоміцні деталі, що працюють в агресивних середовищах; зварні кон-струкції; циліндрові втулки і плунжери штангового насо-са (38Х2МЮА) |
Таблиця 3.10 – Вплив основних легуючих елементів на технологічні і механічні властивості сталі
Елемент |
Схильність до нагрівання |
Загартовуваність |
Температура нагріву при термообробці |
Пластичність |
Твердість |
Міцність |
|
при нормальній температурі |
при підвищеній температурі |
||||||
Хром |
ПН |
ПС |
П |
З1) |
П |
П |
П |
Нікель |
ВМ |
П |
З |
П |
П |
П |
П |
Марганець |
ПН |
ПС |
П |
З |
ПС |
ПС |
ВМ |
Молібден |
ВМ |
ПС |
П |
П2) |
ВМ |
П |
П |
Алюміній |
ЗС |
ВМ |
ПС |
П3) |
П |
ВМ |
П |
Кремній |
ВМ |
ПС |
П |
3 |
ПС |
ПС |
ПН |
Примітка: 1) при вмісті більше 15 %;
2) при вмісті до 0,6 %;
3) при малому вмісті
Прийняті умовні позначення в табл. 3.10:
ЗС – зменшує суттєво ;
З – зменшує;
ВМ – впливає мало ;
ПН – підвищує несуттєво;
П – підвищує;
ПС – підвищує суттєво.
Таблиця 3.11 – Механічні та технологічні властивості легованих, термічно зміцнених (гартування і відпуск) конструкційних сталей
Марка сталі |
Границя міцності в, МПа |
Границя текучості т, МПа |
Відносне видовження , % |
Ударна в’язкість, кДж/м2 |
Оброблюваність різанням |
Зварюваність |
Пластичність при холодній обробці |
15Х |
687 |
490 |
12 |
687 |
В |
В |
В |
20Х |
784 |
637 |
11 |
588 |
В |
В |
З |
30Х |
883 |
687 |
12 |
687 |
В |
З |
З |
35Х |
912 |
736 |
11 |
687 |
В |
З |
З |
40Х |
981 |
784 |
10 |
588 |
В |
З |
З |
45Х |
1030 |
833 |
9 |
490 |
В |
Н |
Н |
50Х |
1079 |
883 |
9 |
392 |
В |
Н |
Н |
20Г |
451 |
275 |
24 |
– |
– |
– |
– |
30Г |
539 |
315 |
20 |
784 |
З |
З |
З |
40Г |
588 |
353 |
17 |
588 |
З |
Н |
Н |
45Г |
569 |
372 |
15 |
490 |
З |
Н |
Н |
50Г |
647 |
392 |
13 |
392 |
З |
Н |
Н |
60Г |
981 |
785 |
8 |
800 |
– |
– |
– |
30Г2 |
588 |
343 |
15 |
– |
З |
З |
З |
40Г2 |
657 |
382 |
12 |
– |
З |
Н |
Н |
45Г2 |
687 |
402 |
11 |
– |
З |
Н |
Н |
50Г2 |
736 |
422 |
11 |
– |
З |
Н |
Н |
20ХН |
784 |
588 |
14 |
784 |
В |
З |
З |
|
|
|
|
|
|
|
|
40ХН |
981 |
784 |
11 |
687 |
З |
Н |
З |
45ХН |
1030 |
833 |
10 |
687 |
В |
Н |
Н |
50ХН |
1079 |
883 |
9 |
490 |
В |
Н |
Н |
12ХН2 |
784 |
588 |
12 |
883 |
В |
З |
З |
30ХН3А |
981 |
784 |
10 |
784 |
В |
Н |
Н |
12ХН3А |
932 |
687 |
11 |
883 |
В |
З |
З |
20ХН3А |
932 |
736 |
12 |
1079 |
В |
З |
З |
12Х2Н4А |
1128 |
932 |
10 |
883 |
– |
З |
З |
20Х2Н4А |
1275 |
1079 |
9 |
784 |
В |
З |
З |
15ХМ |
441 |
275 |
21 |
687 |
– |
В |
В |
20ХМ |
784 |
588 |
12 |
883 |
В |
З |
З |
30ХМ |
932 |
736 |
11 |
784 |
В |
Н |
З |
38ХМ |
981 |
883 |
11 |
687 |
В |
Н |
З |
30ХМА |
932 |
736 |
12 |
883 |
В |
Н |
З |
15Н2М |
833 |
637 |
11 |
784 |
– |
– |
– |
20Н2М |
833 |
637 |
10 |
784 |
– |
– |
– |
33ХС |
883 |
687 |
13 |
784 |
З |
Н |
Н |
38ХС |
932 |
736 |
12 |
687 |
З |
Н |
Н |
40ХС |
1296 |
1079 |
12 |
844 |
З |
Н |
Н |
38ХГН |
784 |
687 |
12 |
981 |
– |
– |
– |
|
|||||||
20ХГСА |
784 |
637 |
12 |
687 |
В |
В |
В |
25ХГСА |
1079 |
833 |
10 |
588 |
В |
В |
В |
30ХГС |
1079 |
833 |
10 |
441 |
З |
В |
З |
35ХГСА |
1618 |
1275 |
9 |
392 |
Н |
В |
З |
40ХН2МА |
1079 |
932 |
12 |
784 |
В |
Н |
Н |
18Х2Н4МА |
1128 |
833 |
12 |
981 |
З |
З |
Н |
20ХГР |
981 |
784 |
9 |
784 |
В |
Н |
З |
27ХГР |
1373 |
1176 |
8 |
588 |
В |
Н |
З |
25ХГТ |
1275 |
981 |
9 |
588 |
В |
Н |
З |
40ХГТР |
981 |
784 |
11 |
784 |
В |
Н |
Н |
38Х2МЮА |
981 |
833 |
14 |
883 |
– |
– |
– |
38Х2Ю |
833 |
736 |
10 |
784 |
– |
– |
– |
60С2А |
1570 |
1373 |
6 |
600 |
– |
– |
– |
60С2ХА |
1471 |
1324 |
6 |
600 |
– |
– |
– |
12Х13 |
588 |
415 |
20 |
900 |
З |
Н |
В |
20Х13 |
647 |
441 |
16 |
800 |
З |
Н |
З |
08Х13 |
431 |
245 |
23 |
700 |
З |
Н |
Н |
17Х18Н9 |
588 |
260 |
35 |
– |
Н |
В |
В |
12Х18Н9Т |
532 |
216 |
38 |
– |
Н |
В |
В |
ШХ15 |
715 |
410 |
21 |
440 |
З |
Н |
З |
ШХ15СГ |
715 |
410 |
20 |
420 |
З |
Н |
З |
Умовні позначенняі в табл. 3.11:
В – висока; З – задовільна; Н – низька.
Сплави кольорових металів. Як конструкційні мате-ріали для бурового і нафтогазопромислового обладнання використовуються в основному бронзи, бабіти, латуні.
Бронзи – це сплав міді з оловом, свинцем, цинком, алюмінієм та іншими компонентами. Деталі з бронзи харак-теризуються високими антифрикційними властивостями, ви-соким корозійним опором, універсальними технологічними властивостями (виливаються, обробляються тиском і різан-ням). Бронзи використовуються для виготовлення радіальних і осьових підшипників ковзання, направляючих, ходових гайок, водяної, парової та масляної арматури. Наприклад, в біль-шості конструкцій засувок для фонтанних арматур ходова гайка та опори шпинделя виготовляються з бронзи.
В табл. 3.12 приведені механічні властивості трьох марок бронз. Їх хімічний склад такий:
Бр 04Ц4С17 (олово – 4 %; цинк – 4%; свинець – 17 %; решта – мідь);
Бр А9ЖЗЛ (алюміній – 9 %; залізо – 3 %; решта – мідь);
Бр А10Мц2Л (алюміній – 10 %; марганець – 2 %; решта – мідь)
Таблиця 3.12 – Механічні властивості бронз (ГОСТ 613-79)
Марка бронзи |
Границя міцності, МПа |
Відносне видовження, % |
Твердість НВ, МПа |
Бр 04Ц4С17 |
150 |
5 |
600 |
Бр А9ЖЗЛ |
400 |
10 |
980 |
Бр А10Мц2Л |
490 |
12 |
1078 |
Бабіти – сплави на основі м’яких металів – олова, свинцю, алюмінію та інших. Бабіти – це високоякісний анти-фрикційний підшипниковий матеріал. Вони добре оброб-ляються, мають високу теплопровідність, здатні утримувати мастило. Бабітові підшипники ковзання можуть працювати в режимі високих швидкостей і великих контактних навантажень.
Типовим прикладом використання бабітів є конструкція підшипникових вузлів насоса типу ЦНС, що використовується в системі підтримання пластового тиску. Сталевий вкладиш
підшипника залитий бабітом Б83 або Б89 (сплав олова, сурми і міді) з вмістом олова відповідно 83 % і 89 %.
Механічні властивості бабіту Б83 наведені нижче.
Границя міцності при розтязі, МПа 90
Границя міцності при стиску, МПа 115
Відносне видовження, % 6
Твердість НВ, МПа 300
Бабіти в порівнянні з іншими підшипниковими матеріалами мають нижчі значення коефіцієнта тертя f. Приблизні значення коефіцієнтів тертя деяких підшипникових матеріалів в умовах рідкого змащування наступні:
бабіти олов’яні f = 0,01–0,02
бабіти свинцеві f = 0,015–0,025
бронза свинцева f = 0,02–0,03
чавун антифрикційний f = 0,05–0,08
Допустимі контактні навантаження на бабітові підшип-ники складають 10–15 МПа. Для підвищення довговічності підшипників доцільно вали зміцнювати термообробкою до твердості HRC 50.
Латуні представляють собою сплави міді із цинком. В деяких випадках додають свинець, кремній, алюміній, залізо та інші метали. Латуні характеризуються високими анти-корозійними і технологічними властивостями, мають достатню, як для кольорових сплавів, міцність. Викорис-товуються для виготовлення трубок і арматури спеціального призначення, ущільнювальних прокладок, в приладобуду-ванні, в електромашинобудуванні.
Тверді сплави. Тверді сплави – це сплави на основі карбідів вольфраму, титану, хрому. До них відносяться такі сплави (ГОСТ 3882-74): ВК3, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25, Т30К4, Т15К6 та інші.
Тверді сплави характеризуються високою зносо-стійкістю, твердістю (HRA 80-90), міцністю (границя міцності при статичному згині складає 1170-2150 МПа). Викорис-товуються для виготовлення породоруйнівних і ловильних інструментів, запірних вузлів регулювальних дроселів та інших конструкцій з відповідними вимогами.
Інші конструкційні матеріали. Крім розглянутих вище в нафтогазовому машинобудуванні використовують неметалеві конструкційні матеріали і в першу чергу пластмаси і гуму.
Пластмаси – це матеріали на основі високомолеку-лярних органічних з’єднань. В залежності від типу напов-нювача, який входить до складу пластмас останні можуть мати різноманітні фізико-механічні і технологічні властивості. До основних пластмас, які використовуються в машино-будуванні відносяться: текстоліт, гетинакс, вініпласт, фторопласт, поліамід, поліпропилен, поліуритан та ін. При проектуванні бурового і нафтогазопромислового обладнання пластмаси слід використовувати в конструкціях, які працюють в умовах агресивного середовища (наприклад, робочі апарати відцентрових насосів для видобутку нафти, турбобурів), а також у вузлах ущільнення високого тиску (30 – 100 МПа).
Більш детальна інформація про номенклатуру і умови використання пластмас наводиться в спеціальній літературі.
Гума – матеріал на основі натурального або синтетич-ного каучука. Як конструкційний матеріал, гума має особливі властивості, а саме: допускає великі пружні деформації, гасить коливання, стійка в агресивному середовищі, володіє високими діелектричними властивостями. В буровому і нафтогазопромисловому обладнанні гумові конструкції мають надзвичайно широке використання. З гуми виготовляють різноманітні ущільнення, приводні паси, діафрагми, амортизатори, підшипники ковзання. Конкретніша інформація про фізико-механічні властивості гуми, умови її викорис-тання, рекомендації щодо проектування та виготовлення гумовотехнічних виробів виходить за межі даного посібника і приводиться в [ 7, 11 ].
