книги из ГПНТБ / Ударно-канатное бурение И. П. Зорин, А. М. Стороженко. 1960- 12 Мб

При нагреве в электродно-соляных ваннах долота необхо­ димо предварительно просушивать горячим воздухом. Это делают для того, чтобы предотвратить взрывы и выбросы рас­ плавленной соли из ванны, происходящие при внесении в ванну на опускаемом долоте даже небольшого количества влаги. По этой же причине соль, засыпаемая и добавляемая в ванну, должна быть всегда сухой.

Чтобы избежать возникновения в стали вредных темпера­ турных напряжений, долота перед опусканием в электродно­ соляную ванну необходимо подогревать до 400—500° в спе­ циальной электропечи. Продолжительность нагрева долот диа­ метром 200 мм в электродно-соляной ванне перед заправкой в этом случае составит 20—25 мин.

Выдерживать долота в горне или в ванне при температуре 1100° разрешается не более 5—8 мин. Длина нагреваемой части головки должна составлять 100±25 мм; если же она больше, то при заправке возможны искривления и скручива­ ния долот.

Температура долот, направляемых на заправочный станок, должна быть не менее 1000—1100°, т. е. на 200—250° выше тре­ буемой верхней критической точки. Именно на эти 200—250° долота и остывают после переноски и ковки. Если заключи­ тельная стадия ковки будет происходить на более низкой тем­ пературе, начавшаяся кристаллизация стали может быть на­ рушена, появятся внутренние напряжения и образуются тре­ щины. Такое долото необходимо обязательно подвергнуть от­ жигу.

Процесс отжига состоит из двух стадий: 1) нагрева долота до 800—850° и 2) медленного охлаждения его. Отжиг — это подготовительная термическая операция, необходимая для смяг­ чения стали, устранения крупнозернистости ее строения и осво­ бождения стали от внутренних напряжений.

Примерная температура отжига углеродистой стали в зави­ симости от содержания углерода следующая:

В случаях, когда заправка выполнена правильно, отжига можно не делать. Его заменяют медленным охлаждением долот в ящике с негашеной известью (пушонкой) или песком. Такой способ не только уменьшает скорость охлаждения, но и предохраняет долота' от поверхностей декарбонизации и окисления.

Для устранения перегрева и недогрева стали перед заправ­ кой необходимо во время процесса контролировать температуру ее нагрева. Для этого пользуются термоэлектрическими или оптическими пирометрами или магнитными индикаторами. Тем­ пературу в электродно-соляных ваннах регулируют посредством

200

переключения ступеней низкой стороны трансформатора. Рабо­ чим напряжением является 14,7 в. Если ванна загружена не полностью, ее можно переключить на более низкое напряже­ ние— 12,7; 11,2; 10,0 в или еще ниже.

Первичный пуск ванны производится следующим образом. Сначала ванну тщательно просушивают, сжигая в ней дре­ весный уголь или кокс. Горение поддерживают до тех пор, пока полностью не будет удалена влага из футеровки. Сушка считается законченной тогда, когда обшивка каркаса нагре­ лась до 35—40°. Затем на дно ванны насыпают хорошо про­ сушенную соль в количестве, которое покрыло бы концы элек­ тродных пар на 50—100 мм. Два соседних электрода замыкают графитовым стержнем (последний должен соприкасаться с солью). Переключатель ступеней напряжения устанавливают на напряжение 17,4 в, а затем включают рубильник. Графит рас­ каляется, расплавляя вокруг себя соль. После этого другим графитовым стержнем замыкают соседнюю пару электродов

ит. д. до тех пор, пока не образуется сплошное зеркало рас­ плавленной соли вокруг всех трех электродов. Дальнейшее плавление происходит вследствие электропроводности и тепло­ проводности самой соли.

По мере расплавления в ванну добавляют новые порции соли. Саратовский завод рекомендует перед разогревом уплот­ нять соль деревянной трамбовкой (особенно вокруг электродов)

ив сделанные между электродами углубления закладывать вместо графитовых стержней спресованный руками графито­ вый порошок. Вместо графитовых стержней часто применяют также спирали из нихрома.

При плавлении соли необходимо следить за увеличением тока: как только он достигнет рабочего значения, переключают трансформатор на более низкое напряжение. На холостом ходу ванна работает на низких ступенях напряжения.

На .повторный пуск ванны при наличии в тигле застывшей

Употребляемые смеси солей перед закладкой в ванну дол­ жны быть проверены по составу, тщательно измельчены и хорошо перемешаны и просушены. Соли нужно хранить в сухом месте, в железной или деревянной таре.

§ 7. КОВКА ДОЛОТ

Перед ковкой станок нужно хорошо смазать и отрегулиро­ вать. Соответственно диаметру заправляемых долот на нем должны быть установлены: штамп горизонтального молота, боек вертикального молота, подушка наковальни и патрон для резь­ бового конуса долота. По размерам холодного долота на станке

201

устанавливают упорную бабку так, чтобы лицевая поверхность долота находилась на расстоянии примерно 60—65 мм от бойка горизонтального молота, стоящего в среднем положении, а ра­ бочая поверхность бойка -вертикального молота — на расстоя­ нии 25 мм от головки долота. После этого долото снимают со

Заправку долота начинают с высадки головки горизонталь­ ным молотом. Операция продолжается 15 сек., в течение этого времени производится около 120 ударов. Когда машинист включает вертикальный молот, помощник медленно вращает долото по направлению стрелки (рис. 100,а), и боек верти­ кального молота проковывает сначала одну половину бокового

аналогичным образом проковывается второе боковое лезвие. Затем машинист снова передвигает долото под обра­ ботку горизонтальным молотом и снова повторяются все операции.

Описанный порядок наилучшим образом обеспечивает за­ полнение металлом скошенного угла лезвия долота. Исключе­ нием здесь может оказаться случай, когда головка искривлена

( рис. 100,6).

Для обеспечения хорошего качества заправки долот необ­ ходимо строго следить за их температурой в начале и конце ковки. Она должна находиться в следующих пределах:

202

Нельзя производить калибровку долота при почерневшие кромках стали, так как это может вызвать трещины при его закалке. Для определения возможности ковки можно поль­ зоваться магнитом: если он притягивается, ковать нельзя.

После заправки на станке, долото передают на наковальню, где вручную дополнительно производят проковку (шлифовку) углов лезвия и уточнение диаметра рабочей части долота.

Головки у окончательно обработанных долот должны иметь строго установленные размеры. Лезвие должно быть высажено по центру оси долота и не иметь закруглений и искривлений. Правильность диаметра головки проверяют кольцом (рис. 101, а)

Рис. 101. Шаблоны для проверки головки долота:

а — кольцо; б— профильный шаблон лезвия; в — метал­ лический угольник

правильность угла приострения лезвия — шаблоном (рис. 101,6), а угла зазора — металлическим угольником (рис. 101, в). До­ лота с отклонением от требуемых размеров считаются браком

инаправляются снова на переработку.

Втех случаях, когда для повышения износоустойчивости

применяют наплавку лезвий твердыми сплавами, долото сразу же после заправки (при температуре 700—800°) подают на наплавку, а уже потом производят закалку.

§ 8. НАГРЕВ ПЕРЕД ЗАКАЛКОЙ И ЗАКАЛКА ДОЛОТ

От правильного выбора температуры нагрева перед закал­ кой, нагревательной среды и закалочной жидкости во многом зависит качество закаливаемого изделия. В случае недогрева стали закалка может оказаться неудовлетворительной; если же сталь перегреть, то после закалки она приобретает такую хрупкость, что будет ломаться даже при сравнительно слабых ударах. Нагрев долот перед закалкой должен производиться

203

только в электродно-соляных ваннах. Если долото после за­ правки остыло, то перед опусканием в электродно-соляную ванну его нагревают в горне до 450—550°.

Долото, опущенное в ванну, подвешивают за проушину кол­ пачка, навинченного на его резьбовой конус, к серьге электро­ тали крана-укосины. Головка долота должна находиться на равных расстояниях от электродов и быть погруженной в соль на глубину до '/г диаметра долота. Температура нагрева голо­ вок долот должна находиться в пределах 840—860° и постоянно контролироваться при помощи пирометров.

Температура нагрева стали перед закалкой:

Готовность нагретого долота к закалке можно установить магнитным индикатором.

Нагрев в ванне долота с головкой диаметром 200—215 мм

кой 1X1 мм 75%-ным ферросилицием. Раскисление ванны про­ изводится следующим образом: температуру повышают до 900е, забрасывают внутрь ванны 100—150 г порошка ферросилиция и хорошо перемешивают весь состав. По истечении 10—15 мин. после раскисления ванну очищают от всплывшего на поверх­ ность шлама.

В случае перегорания электродов ванну выключают и вы­ черпывают находящуюся в ней расплавленную соль. После этого разбирают верхний слой футеровки, вынимают сгоревшие электроды и заменяют их новыми.

Люди, работающие у ванны, должны пользоваться за­ щитными очками и кожаными рукавицами, так как на них слу­ чайно могут попасть брызги расплавленной соли.

Закалка долота •— одна из самых ответственных операций, в значительной степени определяющая его качество. Доста­ точно указать, что при помощи долот из одинаковой стали, но имеющих различную закалку, на одной и той же породе про­ ходили от 0,25 до 2,5 м, пока долото не затуплялось.

В результате закалки в стали происходят сложные превра­ щения, полностью изменяющие ее структуру. Благодаря этому увеличивается твердость стали, ее хрупкость, объем, сопротив­ ление разрыву, повышаются остаточные магнитные свойства.

Качество закалки определяется главным образом скоростью охлаждения. Сталь, нагретая до 900°, имеет совершенно одно­ родную аустенитную структуру. При скорости охлаждения до 30° в 1 сек. сгаль приобретает сорбитную структуру, а при

204

скорости 0—7е — перлитную (зерна сорбита мельче зерен пер­ лита). Сталь сорбитной структуры по сравнению с перлитной характеризуется более высокой прочностью, упругостью, твер­ достью и износоустойчивостью, более низкой пластичностью и в то же время достаточно высокой вязкостью.

При скорости охлаждения до 90° в 1 сек. сталь приобретает еще более мелкую — троститную — структуру. Эта сталь обла­ дает более высокой прочностью, упругостью, твердостью и изно­ соустойчивостью, чем сорбитная, но зато значительно уступает ей в пластичности и вязкости.

При скорости охлаждения до 125° в 1 сек. высоконагретая сталь приобретает мартенситную структуру, отличающуюся очень высокой твердостью, прочностью, упругостью и износо­ устойчивостью. Однако пластичность и вязкость ее чрезвычайно низкие.

Наконец, при скорости охлаждения до 150° в 1 сек. высоко­ нагретая (до 900°) сталь сохраняет аустенитную структуру.

Ниже приведены данные, заимствованные у Нессельштрауса,

Приведенные здесь твердости соответствуют чистым сплавам

Со скоростью охлаждения связана глубина прокала стали. Внутренние слои стали при любой скорости охлаждения осты­ вают значительно медленнее, чем поверхностные. Чем меньше скорость охлаждения, тем больше глубина прокаленного слоя. Скорость охлаждения стали зависит от размеров закаливае­ мого долота (чем оно крупнее, тем интенсивнее должно про­ ходить охлаждение), качества охладителей, их состояния и физических свойств (теплоемкости, теплопроводности, скрытой теплоты парообразования, вязкости, температуры и циркуляции жидкости в закалочной ванне).

Обычно в момент опускания нагретой головки долота в за­ калочную жидкость последняя сильно кипит, получающиеся при этом в большом количестве пары образуют вокруг головки паровую рубашку. От поверхности головки долота в этот

205

момент отнимается очень большое количество тепла. Чем холод­ нее жидкость, чем больше ее теплоемкость и скрытая теплота парообразования, тем больше тепла теряет долото. Если изде­ лие находится в жидкости в спокойном состоянии, а сама жидкость также неподвижна, то образовавшаяся вокруг до­ лота паровая рубашка тормозит дальнейшее охлаждение долота и получается слабая закалка. Чтобы этого не случилось, жид­ кость должна все время циркулировать около долота.

Закалка долот обычно производится в специальной ванне, вода в которой имеет температуру +18—20°. Продолжитель­ ность переноса нагретого до 850° долота из электродно-соляной ванны в закалочную не должна превышать двух минут, в про­ тивном случае долото следует возвратить в соляную ванну для дополнительного нагрева..

Погружать долото в закалочную жидкость ванны нужно строго вертикально, чтобы не вызвать в головке неравномер­ ного распределения напряжений и, как следствие, образования

полке ванны. В таком положении головка долота должна находиться до тех пор, пока не остынет до 100° (это продол­ жается 30 мин.).

После охлаждения долота до температуры кипения закалоч­ ной жидкости тепло от долота к жидкости передается в основ­ ном за счет теплопроводности последней. Эта теплопроводность зависит от вязкости: чем больше вязкость жидкости, тем труд­ нее она перемешивается и тем хуже передача тепла от долота к ней. Поэтому, например, закалка в воде происходит более быстро и резко, чем в масле.

Температура закалочной жидкости сильно влияет на ско­ рость охлаждения, а значит, и на резкость закалки стали, ее

206

Из данных табл. 37 видно, что наиболее крепкая закалка долота получается при температуре воды +18—20°.

Большое влияние на закалку оказывают различные примеси и вещества, находящиеся в закалочной жидкости. Например,, пена и грязь сильно ослабляют закаливающую способность воды. Другие же вещества, наоборот, специально прибавляют к воде, чтобы повысить ее закаливающую способность и уве­ личить скорость закалки. К ним относятся: хлористый натрий (поваренная соль), хлористый кальций, едкий натр (каустиче­ ская сода). Наиболее часто применяют 10—15%-ный раствор поваренной соли. Так, использование 10%-ного водного-

пературой 330—350°

3.Сильно нагретая чистая вода или водные ра­ створы солей и кислот с температурой 70—

100°

Более мягкую закалку, в сравнении с водой, дают: керосин, глицерин, минеральные и растительные масла, причем чем гуще масло, тем мягче закалка в нем.

207

По данным Френча и Клонша [7], различные охладители обеспечивают разное охлаждение:

В качестве закалочной .жидкости рекомендуется употреблять чистую воду, не содержащую извести, окислов и других при­ месей. Наилучшей является дождевая и кипяченая вода.

Если в результате закалки лезвия оказываются очень хруп­ кими, долота подвергаются отпуску. При хорошей закалке от­ пуск обычно не производят; из ванны долота отправляют прямо на стеллажи готовых изделий.

§9. ОТПУСК И ЦЕМЕНТАЦИЯ ДОЛОТ

Врезультате отпуска увеличивается вязкость стали, но вместе с тем понижается ее твердость.

При отпуске-долото нагревают в горне до 260—340°, затем быстро опускают в закалочную ванну на глубину 100—200 мм, выдерживают до прекращения шипения, а потом погружают на глубину 200—300 мм до полного охлаждения.

Иногда отпуск стали можно производить за счет тепла, оставшегося внутри долота после закалки. В таких случаях долота вынимают из закалочной ванны и задерживают на воз­ духе до тех пор, пока теплота внутренних частей не передастся наружным (при этом на поверхности стали меняется цвет побе­ жалости). При появлении светло-желтого или пурпурно-крас­ ного цвета долото погружают в закалочную ванну на глубину 100—200 мм, выдерживают его до прекращения шипения, а затем опускают до 300 мм — пока оно полностью не охладится.

Потеря твердости закаленной сталью при отпуске практи­ чески очень велика и зависит от температуры отпуска и содер­ жания углерода в стали (табл. 39).

Скорость охлаждения углеродистой 'Стали после отпуска не влияет на ее конечную-твердость.

Цементация стали — это процесс насыщения ее углеродом, в результате которого она приобретает более твердую поверх­ ностную корку. При цементации сталь в течение четырех и бо­ лее часов нагревают до 850—950° в среде (карбюризаторе), содержащей значительное количество углерода и способной при этих температурах передавать углерод стали.

208