Повышение надежности клапанной группы, страница 5

Марка стали	40Х	40ХН2МА	XI2M
С а	699     -1,969	558  -1,981	383  -1,999

Скорость изнашивания различных материалов определяется значением коэффициента С, так как показатели степени а разнятся незначительно. Характер зависимости нарушается при изменении структуры материала с вязкой на хрупкую. Особенно это заметно на сталях марок 40Х и 40ХН2МА при повышении их твердости свыше HRC 55.

Если сравнить полученные данные Я.С. Мкртычана с данными С.Г. Бабаева, для которых величина показателя а в условиях гидроабразивного изнашивания равна 1,78, следует, что при ведущем виде ударно-абразивного изнашивания повышение твердости деталей клапана из испытанных сталей в большей степени снижает скорость изнашивания, чем при гидроабразивном изнашивании. Для сталей марок 40Х и 40ХН2МА оптимальной твердостью следует считать HRC 50 - 56, а для СтХ12М HRC 58 - 62.

Влияние вида упрочнения на износ опорных поверхностей клапанных образцов изучалось в том же режиме изнашивания на образцах из сталей марки 40Х, закаленных объемным способом и ТВЧ на глубину 1,0 - 1,5 мм и твердость HRC 50 - 56, и образцах из стали марки 20ХНЗА, упрочненных после цементации на глубину 1,0 - 1,5 мм и твердость HRC 60 - 62. В течение 6 - 8 часов скорость изнашивания всех образцов оставалась постоянной, причем у образцов, упрочненных цементацией, она ниже из-за большей твердости. В дальнейшем скорость изнашивания всех образцов возросло, при этом после 12 -13 часов испытаний скорость изнашивания образцов только с упрочненной поверхностью становится больше, чем у образцов, закаленных объемным способом.

Изучение рельефа изношенных поверхностей показало, что глубина рисок на образцах с поверхностным упрочнением в отдельных местах превысило толщину упрочненного слоя и в результате наступил износ сердцевины, имеющий значительно меньшую твердость (HRC 28 — 36), чем у образцов, закаленных объемным способом (HRC 50 - 56). Поэтому для клапанов буровых насосов с учетом того, что износ их опорных поверхностей достигает 4-6 мм, необходима объемная закалка тарелей и седел, обеспечивающая высокую и стабильную твердость по всему объему деталей.

На основании полученных результатов установлено, что наиболее предпочтительными из испытанных и рекомендуемых для тарелей и седел буровых насосов являются стали марок 40ХН2МА и Х12М.

7.3 Оценка влияния эксплуатационных факторов на износ металлических деталей клапана

Основными эксплуатационными факторами, вызывающими износ металлических деталей клапанов, являются нагрузка от давления Р, скорость струи в клапанной щели V и концентрация абразива в перекачиваемой жидкости К.

Скорость гидроабразивного изнашивания щелевых отверстий находится в прямой зависимости от концентрации абразива в потоке. Известно, что эта зависимость справедлива только до определенного угла атаки струи. В условиях ударного воздействия струи величина скорости изнашивания как резины, так и металла увеличивается с повышением концентрации абразива только до 300 -350 г/л, затем остается постоянной, при чем резина лучше стали сопротивляется износу при угле атаки более 30°.

В условиях ударно-гидроабразивного изнашивания клапанов исследователями была получена параболическая зависимость величины износа от плотности раствора, характеризующей его абразивность. Таким образом, в разных условиях изнашивания получены принципиально отличные зависимости скорости изнашивания от концентрации абразива.

Аналогичная картина наблюдается и при исследовании зависимости i—f(P). Так, при испытаниях деталей клапанов на удар в абразивной ванне получена прямая зависимость величины износа от удельной работы удара. В условиях трения скольжения получена степенная зависимость величины износа от удельной нагрузки.

Большинством исследователей получена степенная зависимость величины износа от скорости гидроабразивного потока, описываемая в общем виде уравнением:

J = kVⁿ,                                                                                                 (7.4)

где    J- износ;

V - скорость потока;

к— коэффициент;

n - показатель степени.

Установлено, что при движении образцов в гидроабразивной среде показатель n для большинства металлов примерно равен 2, в частности С.Г.Бабаев при исследовании движения абразивсодержащего раствора в клапанной щели получил для различных металлов значение n, равное 2,2. При испытаниях разных металлов на изнашивание воздушно-абразивной струей показатель п изменялся от 1,4 до 2,9.