ВВЕДЕНИЕ 3
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 4
2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 70
2.1 Исследуемый материал 70
2.2 Механические испытания конструкционных материалов 70
2.2.1 Испытания на растяжение 71
2.3 Испытание на удар 73
2.3.1 Типы ударных испытаний 73
2.4 Фрактографический анализ 75
2.5 Оптическая эмиссионная спектроскопия 76
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 81
3.1 Исследование заготовки 39780.4 81
3.2 Исследование заготовки 39780.4 84
3.3 Исследование трещины переводника №4480 89
3.3.1Внешний осмотр поступивших частей разрушенной рамы 89
3.3.2 Раскрой металла на образцы 89
3.3.3 Макроанализ 91
3.3.4 Макрофрактографический анализ 93
3.3.5 Химический анализ металла 94
3.3.6 Испытание на растяжение 95
3.3.7 Испытание металла на ударную вязкость 96
3.3.8 Измерение твердости образца металла переводника 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 102
Актуальность работы: Обзор многочисленных исследований в области современных материалов показывает, что в последнее время значительно увеличится потребность в материалах, включая стали, которые должны обладать набором конкретных, часто взаимоисключающих механических свойств: высокая прочность, пластичность, ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению. Что очень важно для ответственных и высоко нагруженных деталей, таких как элементы, буровых колон.
Анализ литературных данных показывает, что в настоящее время используется большое множество различных марок сталей в изготовлении переводников бурильных колон.
Однако, не смотря на обширные знания в данной области их, в некоторых случаях, бывает недостаточно.
После термообработки стали марки 40ХН2МА выявляются трещины, которых на этапе сырья не были выявлены. Так же происходят случаи преждевременного выхода из строя готовой продукции из этой марки стали. Цель: Выявить причины образования трещин в заготовках и переводников после их термообработки и их образование трещин в готовой продукции в процессе ее эксплуатации.
Задачи данной работы:
1. Обосновать проблему исследования
2. Провести испытания по соответствию химического состава стали переводников разных плавок с одной маркой стали
3. Провести механические испытания на растяжение и ударную вязкость переводников
Исследовать макро и микроструктуру данных переводников.
1. Круг сверленный 0205hz>70 №39780.4 мм и 0230/050 мм №39212.1 выполнен из стали марки 40ХН2МА, содержание легирующих элементов удовлетворяет требованиям ГОСТ 4543-71.
2. Твердость материала круга составляет 31,0-34,5 HRC.
3. Микроструктура материала представлена сорбитом отпуска, что соответствует состоянию среднеуглеродистой легированной стали после операции улучшения, размер зерна соответствует 9 баллу.
4. Дефект, выявленный на внутреннем диаметре круга сверленного 0205/070 мм №39780.4 и 0230/050 мм №39212.1, является трещиной напряжений. Причиной образования трещины явилось повышение уровня напряжений в процессе закалки, вызванного неравномерным прохождением структурных превращений по месту скрытого дефекта производственного происхождения в виде слабодеформированного материала с остатками исходного литого строения.
5. Химический состав материала переводника № 4480 соответствует марке стали «40ХН2МА» по ГОСТ 4543-2016.
6. Механические свойства металла переводника № 4480 удовлетворяют требованиям ГОСТ 7360-2015, однако не удовлетворяют требованиям заказчика по относительному удлинению стали. Наличие крупных пор, трещин или иных макродефектов в изломах не обнаружено.
7. Значения ударной вязкости KCV, полученных на образцах, испытанных при 20 °С, согласно ГОСТ 7360-2015, удовлетворяют требованиям нормативных документов. Все ударные изломы мелкозернистые. Пор и других дефектов металла на поверхности изломов не обнаружено.
8. Результаты исследований показали, что твердость материала образцов превышает допустимую 30 HRC.
9. Характер зарождения и роста трещин в резьбовой части переводника - усталостный. Зарождение усталостной трещины произошло, наиболее вероятно, от неровностей внутренней части резьбы; возможно от рисок, оставленных инструментом при механической нарезке резьбы. Рост трещины вызван циклическими нагрузками в резьбовой части переводника, превышающими предел усталости данного материала.
