Файл: Циклическая прочность и долговечность бурового инструмента..pdf

циклического изгиба образцов. Было показано, что цикличес­ кий изгиб при напряжениях выше предела усталости, но ниже предела текучести практически не вызывает изменения стати­ ческой прочности и пластичности конструкционной стали. Од­ нако при наличии агрессивных сред, вследствие взаимодействия их с поверхностью металла, в этом случае обнаружили снижение прочностных характеристик стали. В дальнейших исследованиях было показано, что величина и характер изменения свойств ме­

свойств было обнаружено в процессе циклических нагрузок рас­ тяжения-сжатия, т. е. в условиях более однородного напряжен­ ного состояния, когда масса металла в сечении образца подвер­ гается нагружению [128]. При данном виде нагружения разуп­ рочнение металла происходит вследствие необратимых физи­ ческих процессов, приводящих уже с первых циклов нагруже­ ния к ослаблению связей кристаллической решетки и зарож­ дению субмикроскопических трещин в тех объемах металла, в

лостного разрушения, когда они испытывают знакопеременные

сложного напряженного состояния.

Можно только предполагать, что при интенсивном ударно­

необратимые процессы разупрочнения металла. Явления изме­ нения прочностных свойств буровой стали еще не изучались, поэтому постановка подобных исследований имеет большое зна­ чение. Это позволит углубить существующее представление о механизме усталостного разрушения буровых штанг и вырабо­ тать практические рекомендации по увеличению их циклической прочности.

C этой целью были проведены механические испытания на­ турных образцов буровой стали, которые отрезались от стерж­ ня буровых штанг после их ударно-циклического нагружения при бурении с продолжительностью 120, 240 и 360 минут. Раз­ рывные образцы длиной 250 мм отрезались от стержня буровых штанг ближе к буртику на расстоянии 120—130 мм от торца хвостовика. Одновременно вырезались образцы типа Менаже для определения ударной вязкости буровой стали. Механичес­

78

кие испытания образцов проводились на 50-тонной универсаль­

применения способов упрочняющей обработки, т. е. таких техно­ логических приемов, которые позволяют получить определенные физико-механические свойства рабочих поверхностей деталей. Природа упрочнения металла поверхностной обработкой изуче­

происходит за счет повышения прочности поверхностного слоя, другие — первостепенное значение отводят напряжениям сжа­ тия, но, вероятно, оба фактора являются существенными. Поэ­ тому при оценке эффективности влияния той или иной упроч­ няющей технологии на долговечность деталей, необходимо ис­ следовать прежде всего влияние данной обработки на повы­ шение прочностных свойств этих деталей.

Нельзя исключить механических испытаний образцов и при исследовании влияния различных способов поверхностного уп­ рочнения на долговечность буровых штанг, в частности, при выявлении эффективности поверхностной индукционной закалки,

явить наиболее эффективную технологию упрочнения буровых штанг.

Механические испытания образцов буровой стали в наших исследованиях осуществлялись при растяжении, при симмет­ ричном изгибе, а также на ударную вязкость. Разрывные образ­ цы, внешний вид которых показан на рис. 18, изготовлялись из целых прутков буровой стали длиной 250 мм, а снаружи прота­ чивались до диаметра 15 мм. C обоих концов образцов остав­ лялись утолщения для захвата их клиновым механизмом раз­ рывной машины. Форма и размеры образцов выбирались с уче­ том возможности закалки их с индукционного нагрева непре­ рывно-последовательным способом. Кроме того, данный тип образцов предусматривал возможность закалки галтелей, а также тип разрывной машины для последующих их испытаний.

79

а

««»»•!в®»

изготавливались без утолщений на концах и не имели галтелей, необходимость в которых при данном виде испытаний отпадает. Внешний вид образцов показан на рис. 186.

Индукционная поверхностная закалка образцов на глубину 0,5; 1; 1,5; и 3 мм осуществлялась на закалочном вертикальном станке с нагревом от лампового генератора ГЗ-46 в двухвитковом индукторе. Образец устанавливался в центрах закалочного

влялась на пневмодробеметной установке ДУ. Наклеп образцов осуществлялся при продолжительности обдувки 5, 10 и 20 ми­ нут. Разрушение при растяжении и изгибе образцов осущест­ влялось на универсальной разрывной машине ЦДМУ-30.

Изучение влияний индукционной закалки на механические свойства буровой стали будет совершенно неполным, если не осуществлять испытаний образцов на ударную вязкость в сос­ тоянии поверхностной закалки. Частично уже проводились ис­ следования по определению ударной вязкости некоторых конст­ рукционных сталей, закаленных токами высокой частоты [119, 133, 134, 164, 165]. В ряде случаев были получены результа­ ты, согласно которых ударная вязкость закаленного ТВЧ нестан­ дартного образца заметно повышалась, однако в целом отмечается недостаточное количество работ, посвященных ука­ занной теме. В исследованиях, выполненных Погодиным-Алексе­ евым Г. И. для деталей, подвергаемых резким ударным нагруз­ кам, доказано, что составные образцы, имеющие в поверхности пластины из твердой стали, а в сердцевине—пластичный металл,

80