Analisis kegagalan retak pada kopling selongsong dan tindakan perbaikannya
Pendapat saya:
Selongsong mata bor 4Cr5Mo2V (kopling selongsong) untuk bor batu hidrolik retak setelah 10 hari penggunaan. Alasan retaknya selongsong mata bor 4Cr5Mo2V dianalisis dengan pengamatan morfologi fraktur, analisis komposisi kimia, sifat mekanik, dan pengujian struktur metalografi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa material dan kinerja kopling selongsong memenuhi persyaratan standar, dan alasan retaknya selongsong mata bor adalah fraktur lelah yang disebabkan oleh konsentrasi tegangan pada permukaan ukiran laser. Lapisan deformasi muncul di ujung selongsong mata bor di bawah gaya benturan, dan kekerasan meningkat karena pengerasan kerja, yang rentan terhadap kegagalan retak. Disarankan untuk menggunakan tanda cetak untuk menghindari cacat yang terbentuk oleh ukiran laser, mengurangi konsentrasi tegangan pada permukaan selongsong mata bor, dan meningkatkan masa pakai selongsong mata bor.
Perkenalan
Rig pengeboran batu hidrolik adalah peralatan pengeboran batu canggih yang digunakan di tambang, terowongan, dan proyek bawah tanah menggunakan metode pengeboran dan peledakan. Ini mewujudkan mekanisasi dan otomatisasi teknologi pengeboran, membebaskan pekerja konstruksi dari pekerjaan pengeboran batu dalam kondisi yang keras dan tenaga kerja berat, meningkatkan efisiensi kerja dan mengurangi polusi. Selongsong adaptor shank adalah salah satu bagian penting dari mekanisme penyangga bor batu hidrolik. Fungsi utama selongsong adaptor shank adalah untuk memainkan peran pembatas antara adaptor shank dan piston penyangga. Pada saat yang sama, ini memperpanjang umur piston penyangga di bawah benturan frekuensi tinggi. Selongsong adaptor shank mentransfer energi pantulan ke piston penyangga, dan mendorong adaptor shank untuk mengatur ulang saat piston penyangga kembali. Karena pengaruh gaya benturan siklik, bentuk kegagalan umum dari selongsong adaptor shank adalah keruntuhan.
Selongsong adaptor shank 4Cr5Mo2V dari merek bor batu tertentu dipanaskan hingga 1010℃ dalam atmosfer yang dikontrol tungku selama pemrosesan, dan ditempa dua kali pada 550℃ setelah pendinginan oli. Persyaratan teknisnya adalah kekerasannya tidak kurang dari 52HRC. Selongsong adaptor shank retak setelah 10 hari penggunaan. Berbeda dari mode kegagalan keruntuhan selongsong adaptor shank tradisional, selongsong adaptor shank retak dan runtuh di bagian ujung. Dengan memeriksa morfologi makroskopis dan mikroskopis dari fraktur selongsong adaptor shank, komposisi kimia, kekerasan, kinerja benturan, inklusi dan struktur metalografi selongsong adaptor shank, penyebab retaknya selongsong adaptor shank dianalisis, yang memberikan dasar teoritis untuk lebih meningkatkan proses perlakuan panas selongsong adaptor shank dan meningkatkan umur bor batu hidrolik.
1 Proses dan hasil percobaan
1.1 Analisis morfologi makroskopis selongsong mata bor
Gambar 1 menunjukkan morfologi sisi dan ujung selongsong mata bor yang rusak untuk bor batu. Dapat dilihat dari gambar bahwa selongsong mata bor memiliki retakan tembus aksial, yang melewati garis tengah terukir dan memanjang sepanjang arah panah hingga ujung selongsong mata bor; ujung retakan lainnya adalah akar alur di ujung selongsong mata bor. Sampel dipotong sepanjang sumbu selongsong mata bor untuk mengamati morfologi fraktur retakan selongsong mata bor. Pada saat yang sama, komposisi material, kekerasan, energi penyerapan benturan, inklusi, dan struktur mikro selongsong mata bor diuji dan dianalisis.
Gambar 2 menunjukkan morfologi makroskopis fraktur selongsong mata bor. Dapat dilihat dari gambar bahwa fraktur terutama dibagi menjadi empat area: A, B, C dan D. Area A relatif datar dan halus, dengan lengkungan dan garis radial di dalam. Menurut arah lengkungan dan garis radial, dapat dilihat bahwa area elips yang ditandai pada 1 pada Gambar 2 adalah sumber retakan. Area B memiliki fluktuasi besar, permukaan yang relatif halus, dan lengkungan dan garis radial di dalam. Menurut arah lengkungan dan garis radial, dapat disimpulkan bahwa area B berasal dari area elips yang ditandai pada 2 pada Gambar 2. Area C relatif datar dan halus, dengan sejumlah besar garis radial di dalam. Menurut arah garis radial, dapat dilihat bahwa area C berasal dari sisi kiri area ini. Area D memiliki fluktuasi besar, sisi kiri relatif halus, dan sisi kanan relatif kasar. Berdasarkan karakteristik morfologi area D, dapat dilihat bahwa sisi kiri area D berasal dari area C di sisi kiri area ini, dan sisi kanan berasal dari permukaan selongsong adaptor shank. Berdasarkan analisis sebelumnya, retakan selongsong adaptor shank berasal dari area elips 1 pada Gambar 2. Dibandingkan dengan morfologi sisi selongsong adaptor shank yang rusak pada Gambar 1, dapat dilihat bahwa tempat ini merupakan perpotongan garis panah kiri pada permukaan luar selongsong adaptor shank.
1.2 Pengamatan mikroskopis fraktur
Berbagai area fraktur pada Gambar 2 diamati dengan mikroskop elektron pemindaian (SEM). Gambar 3 adalah gambar SEM daya rendah dan daya tinggi dari area sumber retakan. Dapat dilihat dari gambar bahwa area tersebut relatif datar dalam istilah mikroskopis, dan permukaannya memiliki deformasi plastik yang jelas, yang menunjukkan bahwa setelah fraktur terbentuk, ia terjepit satu sama lain. Gambar 4 menunjukkan gambar SEM daya rendah dan daya tinggi dari zona perluasan retakan. Dapat dilihat dari gambar bahwa karakteristiknya mirip dengan area sumber retakan. Setelah fraktur terbentuk, deformasi plastik terjadi karena ekstrusi bersama. Dibandingkan dengan kedua area tersebut, deformasi plastik fraktur lebih serius karena pembentukan area sumber retakan lebih awal, lebih banyak waktu ekstrusi dan gesekan fraktur.
1.3 Analisis komposisi kimia dari selongsong adaptor shank
Komposisi kimia dari selongsong adaptor shank diuji menggunakan spektrum. Dapat dilihat bahwa material selongsong adaptor shank memenuhi persyaratan komposisi baja 4Cr5Mo2V dalam standar GB/T1299-2014 "Tool Steel".
1.4 Uji sifat mekanis selongsong adaptor shank
Sampel diambil sepanjang sumbu selongsong adaptor shank, dan uji sifat mekanis impak dilakukan sesuai standar GB/T229-2020. Nilai KU2 dari material selongsong adaptor shank adalah 28,7J.
1.5 Inklusi dan analisis struktur metalografi
Inklusi pada material selongsong mata bor diamati dengan mikroskop optik. Menurut standar GB/T10561-2005 "Standard Rating Chart Microscopic Inspection Method for Determination of Non-metallic Inclusions in Steel", inklusi non-logam pada selongsong mata bor dapat dinilai sebagai A0, B0, C0, D0.5 dan DS0.5.
Gambar 7 hingga 9 adalah diagram struktur mikro dari permukaan ujung, permukaan luar, dan inti selongsong mata bor. Dapat dilihat dari gambar bahwa struktur mikro setiap area selongsong mata bor adalah troostite + karbida yang ditempa. Ada lapisan deformasi yang terbentuk oleh interaksi dengan mata bor pada permukaan ujung selongsong mata bor (area putih terang pada Gambar 7). Karena efek pengerasan kerja, kekerasan permukaan ujung selongsong mata bor sedikit lebih tinggi. Lapisan putih terang di bawah struktur mikro inti selongsong mata bor adalah lapisan oksida yang terbentuk selama proses pemotongan kawat.
2 Analisis Hasil
Baja 4Cr5Mo2V didasarkan pada komposisi kimia baja H13. Baja ini dilebur dengan mengurangi kandungan silikon dan meningkatkan kandungan V. Baja ini memiliki kemampuan pengerasan, kekuatan panas, dan ketahanan aus yang baik dan banyak digunakan dalam cetakan die casting, cetakan hot stamping, dan cetakan hot forging. Elemen Mo dalam paduan tersebut meningkatkan kemampuan pengerasan baja dengan meningkatkan stabilitas austenit superdingin. Pada saat yang sama, Mo adalah elemen pembentuk karbida yang kuat, yang dapat meningkatkan kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus baja, meningkatkan ketangguhan dan stabilitas tempering baja. Selama proses tempering, vanadium terlarut padat mengendap dalam bentuk senyawa V (C, N), yang memainkan peran penguatan presipitasi dan pengerasan sekunder, dan meningkatkan ketangguhan suhu tinggi dan stabilitas tempering baja. Setelah anil dan pendinginan dan perlakuan panas tempering, kekerasan baja tidak kurang dari 52HRC, dan energi penyerapan benturan mencapai 28,7J. Ini memiliki ketahanan aus permukaan yang baik dan ketangguhan inti. Selama penggunaan, selongsong adaptor shank dapat menahan benturan siklik dan memiliki umur lelah yang baik. Karena kebutuhan untuk pemasangan dan pencocokan, permukaan luar selongsong adaptor shank ditandai dengan garis laser. Di persimpangan garis panah, ada konsentrasi tegangan, membentuk sumber kelelahan, dan selongsong adaptor shank menghasilkan fraktur kelelahan. Retakan terus meluas di bawah gaya benturan, membentuk retakan tembus di selongsong adaptor shank. Di bawah benturan, dua permukaan ujung retakan yang terbentuk bergesekan dan saling menekan, dan morfologi mikroskopis permukaan fraktur menunjukkan deformasi plastik. Karena gaya benturan adaptor shank dan piston penyangga, lapisan deformasi muncul di ujung selongsong adaptor shank. Karena efek pengerasan kerja, kekerasan ujung selongsong adaptor shank meningkat, dan mudah retak selama penggunaan jangka panjang.
Berdasarkan lingkungan kerja dan bentuk kegagalan selongsong adaptor shank, disarankan agar penandaan selongsong adaptor shank mengadopsi mode pencetakan guna menghindari kerusakan pada permukaan selongsong adaptor shank yang disebabkan oleh penandaan garis, sehingga mengakibatkan konsentrasi tegangan dan retak lelah pada selongsong adaptor shank.
3 Kesimpulan
Melalui pemeriksaan dan analisis morfologi makroskopis dan mikroskopis dari fraktur selongsong adaptor shank, komposisi kimia material, kekerasan, kinerja impak, inklusi dan struktur metalografi, ditemukan bahwa alasan utama retaknya selongsong adaptor shank adalah fraktur lelah yang disebabkan oleh konsentrasi tegangan pada garis laser permukaan. Ujung selongsong adaptor shank akan memiliki lapisan deformasi di bawah gaya impak, dan kekerasan ujung akan meningkat karena pengerasan kerja, yang akan dengan mudah menyebabkan retak dan kegagalan selama penggunaan. Disarankan untuk menggunakan tanda cetak dan cacat yang dibentuk oleh tanda laser untuk mengurangi konsentrasi tegangan pada permukaan selongsong adaptor shank dan meningkatkan masa pakai selongsong adaptor shank.
