V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Согласно чертежа работоспособность цилиндрической втулки насоса УНБТ – 950L1 - 100 ч. После чего она удаляется из насоса и утилизируются. Средняя стоимость цилиндрической втулки – 10000 руб. С учетом того, что буровая установка снабжается шестью насосами, и подобных установок, работающих на месторождении – 11 шт. годовые расходы на эту процедуру составляет 27,7 млн. рублей. Причем этот вопрос связан с их заказом, транспортировкой, частой разборкой и сборкой корпуса насоса, проблемами хранения бракованных втулок и их утилизации.

В связи с вышесказанным актуальным становится вопрос восстановления втулок, рабочий ресурс которых подошел к концу. Разработке технологии восстановления внутреннего диаметра втулок должен предшествовать всесторонний анализ структуры и свойств материала, технологии их изготовления, причин разрушения поверхности трения и др.

Для изучения природы разрушения поверхностного слоя втулок нам был предоставлен образец, вырезанный из верхней (рабочей) половины втулки и составляющий 1/8 часть его диаметра (рис. 1).

Рис 1 – Внешний вид внутренней поверхности цилиндрической втулки с характерными дефектами

Представленный нам образец был условно поделен на 15 зон равного размера. Все зоны имеют одинаковые дефекты в виде часто чередующихся (через 2-3 мм) продольных клиновидных бороздок. Среднее значение глубины и ширины бороздок 0,2-0,3 мм. Шероховатость поверхности в каждой зоне различная.

В зонах 2 и 7 присутствуют участки отслоения и растрескивания поверхностного слоя металла на 0,9 – 1,1 мм, а также продольные трещины.

Для исследования макро- и микроструктуры из зоны 7 в продольном и поперечном направлении с помощью установки водоабразивного раскроя «waterjet» были вырезаны образцы (рис. 2) и подготовлены шлифы.

а)	б)
Рис 2-Внешний вид образцов после абразивного водоструйного раскроя в продольном (а) и поперечном (б) сечении образца

Как видно из рис. 2 внутренняя поверхность образцов имеет цвет резко отличающуюся от подложки. Величина прослойки с внутренней стороны образца не одинакова по толщине и составляет 1,5-2 мм. Ярко выраженной границы между двумя слоями не наблюдается, что дает основание утверждать отсутствие биметаллической конструкции втулки, т.е. это явление характеризует поверхностную закалку детали. Это обстоятельство также подтверждается разной травимостью слоев образца.

С помощью спектрального анализа и уточнения структуры образцов была установлена марка материала втулки – сталь У8,. Мартенситная структура закаленного слоя внутренней поверхности втулки свидетельствует о технологии ТО, характерной чертой которой является быстрый нагрев деталей до температуры аустенитного распада и резкое их охлаждение до температуры мартенситного превращения. Кроме того измерениями твердости внешней и внутренней поверхности втулок было установлено 3-х кратное ее превышение на последней и соответственно составила 219-220 НВ и 660-690 НВ. Это свойственно поверхностному нагреву ТВЧ со спрейерной закалкой. При такой схеме технологического процесса изготовления втулок процесс механической обработки внутренней поверхности производится после проведения закалки и последующего отпуска 120-160 ˚С. В ходе отпуска исправляется лишь структура, а не форма детали, этим и объясняется колебание толщины закаленного внутреннего слоя (т.е. из-за кривизны детали поверхностный слой режущим инструментом снимался неравномерно), и также неравномерно распределились напряжения в поверхности деталей (шлифовочные напряжения). Вероятно производитель, рассчитывая на естественную релаксацию напряжений не провел отпуск детали после механической обработки. Это обстоятельство объясняет механизм очагового разрушения и выкрашивая некоторых зон внутренней поверхности втулки, которые никак нельзя отнести к дефектам ТО. На рис. 3 видно отслоение металла в поперечном образце по причине наличия в нем остаточных шлифовочных напряжений.

Рис 3 – Вид отслоения поверхности образца х300

Выводы:

В случае отсутствия целесообразности восстановления внутренней поверхности втулки до номинального перед установкой в нее цилиндра с целью снятия шлифовочных напряжений необходимо провести отпуск при температуре 160-180˚С в течение 1-3 ч.

В варианте восстановления втулок предусмотреть последующий после механической обработки отпуск, либо использовать технологию и оборудование БУФО (безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов).

Код для цитирования: Скопировать