Халуунд боловсруулалт нь чулууны дрилийн ажиллагааг болон үргэлжлэх хугацааг хэрхэн сайжруулдаг
Чулууны дрилүүд нь дэлхийн хамгийн хатуу орчинд ажилладаг тул материал нь тэсвэртэй байх шаардлагатай. Хяналттай дулааны боловсруулалтын процесс нь дрилийн ганг атомын түвшинд хувирган, уламжлалт уурхайн ачааллыг тэвчихэд шаардлагатай хатуу байдал ба нарийн төвөгтэй байдлын нарийвчлалыг олж авдаг.
Уурхайн үйлдвэрлэлд чулууны дрилүүд тулгардаг хатуу нөхцлүүдийг ойлгох
Уул уурхайн орчинд чулууг булаах тоноглолын үзүүрт 50,000 PSI-аас дээш олон чиглэлийн хүч нөлөөлдөг (Mining Engineering Journal 2023), туузлаг үеийн үргэлжид ажиллагааны үед температур нь 650°C хүрдэг. Шаварлаг чулуулагийн бүтэц нь энгийн барилгын булаалтаас харьцуулахад износ хурдыг 300%-иар нэмэгдүүлдэг тул мөргөлдөөнийг тэсвэрлэх, гадаргуугийн задралаас хамгаалах чадвартай материал шаарддаг.
Халуунд боловсруулалтын шинжлэх ухаан: Бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэх микробүтцийг бэхжүүлэх
Хар тугалыг дулааны боловсруулалтад хийх үед кристал бүтэц гурван үндсэн шатын туршид хувирдаг. Эхлээд аустенитжих, дараа нь хөргөх, эцэст нь дахин халаах явцад хувирдаг. Хөргөх процесс нь металлын дотор хатуу мартенситийн бүтцийг үүсгэж, Виккерсын хатуулагийн масштабаар ойролцоогоор 850 хүрч чаддаг. Энэ анхны хатууралтын дараа дахин халаах нэмэлт шатанд ордог. Энэ хоёрдох шат нь материал бага хугарч сайн нарийсаж, хугарах илүү багасдаг бөгөөд ихэвчлэн 40 хувь багасдаг ч гэсэн сайн элэгдэл тэсвэрт чанарыг хадгалж чаддаг. Бат бөх гранит чулуун давхаргуудыг нэвтрэх түрхлэгийн тулгуурт энэ хослол маш сайн ажилладаг. Ийм аргаар үйлдвэрлэсэн түрхлэгийн толгой мянга орчим удаа цохисны дараа ч хурц байдалтай үлддэг бөгөөд ихэвчлэн солих шаардлагатай болохоос өмнө 8000-аас дээш циклд ажилладаг.
Бодит нөлөө: Австралийн төмрийн хүдрийн уурхайнаас авсан тохиолдол
Индукцийн хатуургалаар боловсруулсан чулууны шургуурыг нэвтрүүлснээс хойш төмрийн агуулагтай худалдааны түвшний үйлдвэрлэгч нь дрилийн өнхрүүрийн солилтоос 58% хэмнэсэн. Эмхэтгэлийн дараах шинжилгээ нь элэгдэлтэй гадаргуун дээр карбидийн жигд тархалтыг харуулсан бөгөөд газар шохойн үеийн алдаа гарах хоорондын дундаж цагийг 72-оос 174 цаг болтол нэмэгдүүлсэн (Олборлолтын үр ашигтай байдал талаарх тайлан, 2023).
Чулууны шургуурын үйлдвэрлэлд халуун боловсруулалтыг эрт үеэс нэвтрүүлэх нь хамгийн сайн үр дүнг өгөх боломжийг олгоно
Ахлах үйлдвэрлэгчид одоо анхны тавих үедээ хийн цутгалтаас үлдсэн хүчдлийг арилгахын тулд хэвийнжуүлэх халуун боловсруулалтыг хэрэглэж эхэлсэн. Энэ урьдчилсан боловсруулалтын алхам нь эцсийн хөргөлтийн жигд байдлыг 25%-иар сайжруулж, машинд оруулах үйл ажиллагааны дараах хэмжээний хэлбэлзлийг 0.2 мм-ээс бага болгон бууруулдаг бөгөөд перкуссион шургах үед гидравлик түлхүүрийн таг барьцыг хадгалахад маш чухал.
Хяналттай халуун боловсруулалтаар хатуулаг, элэгдэлд тэсвэрт чанар, хүндийн тэсвэрт чанарыг сайжруулах
Хөргөлт: Чулууны шургуурт өндөр гадаргуугийн хатуургийг олж авах
Гангаар хийсэн юмыг хурдан хөргөх үед халаасны дараа маш хурдан хөргөх замаар мартенситийн хувирал гэж нэрлэдэг үзэгдэл явагддаг. Энэ нь гадаргууг маш хатуу болгох бөгөөд ойролцоогоор 65 HRC хүртэл хатуушилт өгдөг. Хурдан изаж байдаг чулуун давхаргад ажиллах үед ийм төрлийн хатуушилт бараг л заавал шаардлагатай байдаг. 2023 оны саяхны судалгаа гайхалтай зүйлсийг илчилсэн байна. Хурдан хөргөсөн эрэгдэх толгойнуудын хувьд элсэн чулуу дээр ажиллах үед эвлийн биш толгойнуудтай харьцуулахад 38 хувийн илүү их үргэлжлэх хугацаатай байсан. Гэхдээ энэ хурдан хөргөх процесст температурыг сайн удирдах шаардлагатай. Гангаар хийсэн юмыг нефть эсвэл ямар нэг онцгой полимерийн шингэнд хийх өмнө ойролцоогоор 800-900 градус Цельсийн хооронд халуун байх ёстой. Ийм контроллоогүй аргаар хийвэл металл муруйж, жижиг трещинууд үүсч болох бөгөөд эдгээрийг анх үед нь хараахан олдохгүй ч дараа нь асуудал үүсгэх болно.
Температуржуулалт: Изэмшилтийн тэсвэрт чадлыг нарийн тэнцвэртэй болгох
Харин хөргөлт нь хатуугийн хязгаарт хүрэх бол, 200–600°C температурт дахин халаах нь уян хатан байдлыг 40–60%-иар бууруулдаг тул карбидийн зохистой ялгарал нь Роквеллын хатуу байдлын 55–60 HRC хооронд оновчтой мужийг бий болгодог. Энэ нь огтлох үр дүнтэй ажиллагааг хадгалж, мөргөлдөөний ачаалал дор чулулахгүй байдалд хүрдэг. Орчин үеийн шатлан дахин халаах технологи нь изгэвэртэй гадаргууг хадгалж, цохигдлыг шингээж чадах төв бүтцийг хөгжүүлдэг бөгөөд деталийн нийтлэг тэсвэрт чадлыг сайжруулдаг.
Микробүтцийн тогтвортой байдлаар эвлэгдлийн эсэргүүцлийг сайжруулах
Зохицуулсан дулааны горим нь перкуссион буурайлагчид 50,000+ ачааллын циклд тэсвэртэй нэгэн төрлийн микробүтцийг үүсгэдэг. Судалгаа нь пиритлэг бүтцээс харьцуулахад жижиг карбидтай дахин халаасан мартенсит нь эвлэгдлийн эсэргүүцлийг 27%-иар нэмэгдүүлдэгийг харуулсан. Энэ тогтвортой байдал нь буурайны толгойн шугам зэрэг их хүчтэй ачаалалтай бүсүүдэд трещинийг үүсэхээс сэргийлдэг бөгөөд үйлчилгээний насны хугацааг илүү сайжруулдаг.
Өндөр хүчтэй ачаалалтай хэрэглээнд хатуу, муруй байдлын хоорондын харьцааг зохицуулах
Дэвшилтэт дулааны профилирование нь хүндийн зэргийн талбайд 54 HRC рүү шилжих үед хэрхийн ирмэгт 64 HRC хатшлыг бий болгоно. Инженерчлэлийн энэхүү градиент нь хязгаарлагдмал элементийн шинжилгээгээр баталгаажсан шимэгдэлтийн ашиглалтын үед хагарлын тохиолдлыг 73%-иар бууруулж, износоор элэгдэх чадварыг хадгалж өгдөг.
Гол дулааны боловсруулалтын процессын тайлбар: Хэвжүүлэх, хөргөх, дахин халаах
Хадны дархлаа үйлдвэрлэх металлурги технологийн үндсийг хэвжүүлэх, хөргөх, дахин халаах гэсэн гурван дулааны боловсруулалтын процесс бүрдүүлдэг. Эдгээр процессын үр дүнд материал маш хүнд уур амьсгалын нөхцөлд ашиглахад тохиромжтой болох бөгөөд гадаргуугийн хатшилт, бүтцийн тэсвэрт чадлыг тэнцвэржүүлдэг.
Боловсон бүтээгдэхүүний зэвсэгтэй бүтцийг сайжруулах, материал нэгэн төрлийг дээшлүүлэхийн тулд хэвжүүлэх
Нормчлолт нь сталийг 890–950°C хүртэл халааж, дараа нь агаарын хяналттай нөхцөлд хөргөхийг хэлнэ. Энэ нь боловсруулалт эсвэл тавих үед үүссэн бүтцийн зөрүүг арилгаж, шохойн хил хязгаарыг сайжруулдаг. Чулууны дрильд жигд микробүтэц нь шидэлтийн гадаргуу дээр хугарах эсэргүүцлийг тогтвортой байлгадаг. Мэргэжлийн судалгаа (2024) нь нормчлогдсон деталууд анхан шатны хэвийн хариулттай деталуудаас давталттай перкуссион хүчийг 23% илүү их хугацаагаар тэсвэрлэдэгийг харуулсан.
Хурдан хөргөх процесс: Мартенситийн хувирлыг үүсгэхийн тулд хурдан хөргөх
800-900 хэмийн халуунд халаасан цагаан тугалыг ус эсвэл полимерийн уусмалаар хурдан хөргөхөд Виккерсын хатуулагийн утга нь 600 HV-ээс дээш болдог. Энэхүү гэнэт температурын өөрчлөлт нь мартенситийн хувирал гэж нэрлэгддэг үзэгдлийг үүсгэдэг. Үндэстэйгээр, металлын кристаллын бүтэц өөрчлөгдөж, байршил ба хүдрүүдийн агууламжуудад нэвтрэх зэрэг хатуу материалыг огтлоход шаардагдах хэт хатуу гадаргууг үүсгэдэг. Гэхдээ хөргөлтийг зөв тохируулах нь маш чухал юм. Хэрэв нөхцөл хэт хурдан бол, жижигхэн трещины хагарлууд үүсч, хэлбэр нь муруйж болох бөгөөд ялангуяа үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд нарийн төвөгтэй хэлбэр, загваруудтай ажиллах үед илүү ихээр гарч болно.
Хугарахгүй байлгах: Хатуу байдлыг хадгалж үлдэхийн зэрэгцээ хугарч буй чанарыг бууруулах
200–450°C температурт хөргөсөн ганг стабилижуулахын тулд мартенситийг илүү тэсвэртэй феррит-карбид бүтцэд хэсэгчилэн задалдаг. Энэ 2–4 цаг үргэлжилдэг процессын дүнд хугарах шинж чанар 35–50%-иар буурч, анхны хатуулагийн 85–90%-ийг хадгалж чаддаг (материалын шалган авсан өгөгдөл, 2023). Чулууны дрилд энэ тэнцвэр нь хүлээгдээгүй хатуу давхрагатай тааралдах үед гэнэт хугарахаас сэргийлдэг.
Халаан хэрэгцээний дараа чулууны дрилийн деталиудын микро бүтцийн хөгжил ба хэмжээний тогтвортой байдал
Аустенидээс мартенсит рүү: Хөргөлтийн үеийн бүтцийн өөрчлөлт
Хөнгөн цагаан нь хөргөх үед аустенитийн фаз мартенсит болон хувирдаг бөгөөд энэ нь онцлог зунгаар хэлбэртэй бөгөөд металлыг маш хатуу болгодог. Эрдэм шинжилгээний судалгаагаар 2017 онд Acta Mater сэтгүүлд нийтлэгдсэнээр энэ хувирал нь энгийн боловсруулагдаагүй гангуудтай харьцуулахад гадаргуугийн хатуурлыг 40-60 хувь хүртэл нэмэгдүүлж чадна гэж заасан байдаг. Орчин үеийн дэвшилтэт тоног төхөөрөмжүүд нь секундэд 200 градус Цельсийн хурдтайгаар хөргөх чадвартай бөгөөд феррит зэрэг зөөлөн бүтцийн үүсэлтийг үр дүнтэй саатуулдаг. Туршлагатай ажилтнууд боловсруулж буй деталийн зузааныг харгалзан хөргөх хурдыг тохируулах шаардлагатай бөгөөд ийм тэнцвэрийг зөв авбал процессийн явцад трещин үүсэхээс сэргийлдэг.
Температуржих үед карбидийн ялгаралт ба уян хатан чанарын сайжрал
Хөргөсний дараа ойролцоогоор 400-600 градус Цельсийн хооронд түүхийлөгч нь улбага, хромын карбидыг эдийн бүтэц дахь зураасны захад удирдлагатайгаар үүсгэдэг. Энэ нь практик хувьд юу гэсэн үг вэ? Энэ аргаар эмхэтгэсэн материалын мөргөлдөөний эсэргүүцэл нь эмхэтгээгүй материалынхаа түвшинд харьцуулахад ойролцоогоор 35 хувиар илүү сайн байдаг бөгөөд 2015 онд J. Mater. Sci. Technol сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаагаар үзүүлснээр тэдгээрийн хатуужил HRC масштабаар 58-62 орчимд хадгалагдаж байна. Энэхүү технологийн үр дүнд үүссэн микробүтэц нь трещинууд материалд үүсэж, тарахад хүндрэлтэй болгодог. Энэ нь хоногийн турш шигшүүртэй төмрийн хүдрийг хөндлөн давж ажиллах шаардлагатай тулгуур олборын үйл ажиллагааны хувьд маш чухал юм. Чилийн зэсний олборлолтын бүсэд явуулсан талбайн туршилтуудад хийсэн судалгаа нь мөн сонирхолтой зүйлийг харуулж байна: Үйл ажиллагааны явцад ойролцоогоор 150 МПа-ийн мөргөлдөөний хүч үйлчлэх үед цохих замаар эмхэтгэсэн деталь нь агаараар хөргөсөн хариугаасаа ойролцоогоор хоёр хагас дахин илүү их хугацаагаар ажилладаг.
Эрт үеийн гэмтлийг саатуулахын тулд үлдэгдэл хүчдлийг арилгах
Томилгоо болон машинд оруулах үед үүссэн үлдэгдэл хүчдэл нь эрт үед хагарахад хүргэж болно. Гэмтсэн дриль шургуудын шинжилгээ нь зөөлөн холболтын ойролцоох эмзэглэлтэй цэгт 72% нь үүссэн байна. 90 минутын турш 550°C температурт хүчдлийг арилгах зориулалтаар халаах нь үлдэгдэл хүчдлийг 850 МРа-ас доош 200 МРа-иар бууруулж, өндөр хэвийн хөдөлгөөнтэй перкуссив дрилений амьдралыг ихээр сайжруулдаг.
Хэмжээний тогтвортой байдлаар нарийвчлал ба суурилуулалтыг хангах
Хяналттой халаах, хөргөх горим нь 0.05 мм-ийн нарийвчлал шаарддаг системд чухал болох дулааны деформацийг хамгийн бага байлгадаг. Орчин үеийн хоосон зай дахь печь ±5°C температурын нэгдмэл байдлыг хадгалан 300 мм урттай детальд ±0.02%-ийн хэмжээний тогтвортой байдлыг олгодог. Энэ нарийвчлал нь 250 бар даралтанд ажиллах үед 0.1 мм-ийн зөрүү л хангиж чадахгүй шингэний урсгалыг савлалтанд саатуулдаг.
Ихэнх асуултууд
Чулууны дрилний хувьд дулааны боловсролын үндсэн давуу талууд юу вэ?
Халуунд боловсруулалт нь чулууны дриллийн хатуулаг, цэвэрлэх эсэргүүцэл, ядарч муудах эсэргүүцлийг сайжруулдаг. Энэ нь хүнд уурхай шахах нөхцөлд ажиллах үед дриллийн амьдралын хугацаа болон үйл ажиллагааг уртасгадаг.
Хөргөлт ба дахин халаах хоорондын ялгаа юу вэ?
Хөргөлт нь халаасан гангуудыг хурдан хөргөж мартенситийн бүтцийг үүсгэх үйл явц бол дахин халаах нь мартенситийн хэсгийг феррит-карбидийн бүтэц болгон задлах замаар зөөлөн байдлыг бууруулж, тэсвэрт чанарыг сайжруулдаг.
Халуунд боловсруулалт нь дрилл хугацаа хэтрэхээс өмнө гэмтэхээс яаж сэргийлдэг вэ?
Стрессыг арилгах аннилинг шиг халуунд боловсруулалтын процессын үед үлдэгдэл стресс багасдаг бөгөөд ингэснээр хагарахаас сэргийлж, дриллийн нийт тэсвэрт чанар болон ядарч муудах үеийг сайжруулдаг.
EN
