Actual Problems in Machine Building 2016 No. 3

Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3 Технологическое оборудование, оснастка и инструменты ____________________________________________________________________ 325 Теория Несмотря на схожесть химического состава, стали, применяемые для изготовления ротационных деталей буровых машин российскими и зарубежными производителями, суще- ственно отличаются содержанием вредных примесей, распределением и формой присут- ствующих в них неметаллических включений. Результаты работы по определению содержания состава материалов ротационных де- талей, таких как букса, коробка клапана, седло клапана, трубка, ударник, цилиндр, показали, что в образцах деталей из стали 12ХН3А по ГОСТ 4543 содержится превышающее норму количество содержания серы, что в значительной степени соответствует результатам метал- лографических исследований (табл. 1), выполненных в работах [1, 2]. Таблица 1 Содержание легирующих химических элементов в исследуемой стали Название элемента C Mn Si Cr Ni S P Cu Содержание легирующего эле- мента, %, в стали 12ХН3А по ГОСТ 4543 0,09…0,16 0,3…0,6 0,17…0,37 0,6…0,9 2,75…3,15 Не более 0,025 Не более 0,025 Не более 0,3 Фактическое содержание эле- мента, % 0,12 0,41 0,26 0,84 3,08 0,028 0,011 0,13 Данные микроструктурного анализа позволяют сделать вывод, что в используемых отечественными производителями сталях 45 и 12ХН3А имеет место наличие достаточно большого количества неметаллических включений. Загрязненность стали 45 неметалличе- скими включениями соответствует четвертому, а стали 12ХН3А – третьему баллу [2]. В местах неметаллических включений имеет место процесс возникновения усталост- ных трещин. Величина остаточных растягивающих напряжений увеличивается, трещины растут в размерах и распространяются в объеме металла с повышенной скоростью. Следова- тельно, увеличение количества неметаллических включений отрицательно влияет на показа- тели сопротивления усталостному разрушению сталей, как в низкопрочном, так и высоко- прочном состоянии. Неметаллические включения, присутствующие в стали, играют роль концентраторов напряжений, поэтому для изготовления качественных деталей нужно применять стали по- вышенной чистоты [7]. Из этого можно предположить, что, несмотря на близкий к норме химический состав сталей, в условиях многократного динамического нагружения, наличие в стали включений, нарушающих структуру, значительно снижает показатели усталостной долговечности и ре- сурс деталей. Опыт изучения работы погружных пневмоударников показывает, что типичной при- чиной отказа их работы является усталостное разрушение детали «Ударник». Технология изготовления этой ответственной и нагруженной в конструкции машины детали предусмат- ривает проведение перед финишным этапом термической обработки – закалки с отпуском. Как следует из статистических данных, традиционная технология не позволяет обеспечить соответствующие требованиям показатели состояния материала детали и приемлемый ресурс