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摘要：钎头是钻探的重要工具，广泛应用于采掘工程与石方工程中。在钻探工程开展过程中，钎头的质量，直接关系着工程效益，对此，提高钎头质量成为重点。在钎头应用过程中，常发生钎头套筒疲劳断裂现象，导致材料失效。对此，文章探讨了钎头套筒疲劳断裂失效展开探讨，积极了解导致其疲劳断裂失效的主要因素，并提出了预防材料失效的措施。
关键词：钎头套筒；疲劳断裂；失效因素；预防措施
前言：为了解钎头套筒疲劳断裂的原因，相关人员应通过相关仪器设备，对失效零件进行详细分析。一般来讲，影响钎头套筒的寿命，并导致其疲劳断裂失效的因素大体为以下几种：设计不合理、材料本身质量不佳、制造工艺不足、操作不规范、维修不到位等[1]。文章对此展开详细研究。
1、钎头套筒疲劳断裂失效分析
一般来讲，因金属零部件交变应力较低，远低于材料强度，在高强度运行中，常发生金属疲劳断裂现象。据统计，在失效的金属零件中，属于疲劳断裂失效的机械零件占据80%以上。
据悉，某钎头生产公司为提高钎头质量与寿命，引入新型的钎头套筒材料--45CrNiMoV钢，因为，此种钢的强度较高，能够满足中大直径球齿钎头中的热嵌固齿工艺，在设计人员心中，该种钢材能够降低钎头套筒疲劳断裂的时间，提高钎头使用寿命[2]。然而，在实际凿岩过程中，钢钎头套筒却因无法承受高频率的弯曲应力、扭转应力以及拉压，在短期内出现了头部开裂现象，检查分析得知，导致钎头开裂的原因是因套筒较为薄弱，无法承受应力，最终出现疲劳断口。笔者以此对钎头套筒疲劳断裂失效展开分析。
1.1、钎头套筒的主要化学成分
钎头套筒是连接钎头与机械设备的重要部件，在钻探工程中占据重要作用。在钻探过程中，就整体而言，钎头连接套筒的部位较为薄弱，在机械设备运行中，钎头套筒连接部位承受应力能力必然低于其他部位，因此，钎头套筒疲劳断裂失效现象，已经成为钎头失效的主要因素[3]。为了解钎头套筒疲劳断裂的原因，相关人员利用仪器设备，对其化学成分进行分析，结果如下：钎头套筒所用钢材为45CrNiMoV钢，其中包含有C元素0.44%-0.48%、Si元素0.15%-0.30%、Mn元素0.65%-0.82%、Cr元素0.98%-1.12%、Ni元素0.41%-0.54%、Mo元素0.95%-1.05%、V元素0.09%-0.13%。
1.2、试验对比
为了解公司生产的钎头为何在短时间内疲劳断裂失效，笔者将公司生产的45CrNiMoV钢钎头与高疲劳寿命的45CrNiMoV钢钎头进行对比分析，以此详细了解导致钎头套筒疲劳断裂的主要因素。
公司生产45CrNiMoV钢钎头断裂样本为试样1，高疲劳寿命的钎头断裂样本为试样2。首先，在试样1、2上的横截面窃取部分，作为样品；其次，利用扫描电镜对试样1、2的样品进行分析，利用硬度仪检测试样横向截面的洛氏硬度；最后，观察未被浸蚀的纵向剖面，分析剖面的夹杂物。在观察分析过程中，将试样的断裂面切下，因试样表面锈蚀较为严重，影响观察结果，对此，试样1采用20%的盐酸水溶液，试样2采用无水乙醇超声诊断，清洗断裂处，之后利用扫描电镜观察断裂处。
1.3、观察结果
观察可知，两试样组织基本相同，表面能够看到较多呈现出断续条状的碳化物，且两试样都存在元淬火马氏体的板条特点，具体如图1所示。通过硬度仪检测，无论是外表硬度或者内表硬度以及心部，试样1的钎头洛氏硬度高于试样2。45CrNiMoV钢钎头的热处理工艺为：淬火+高温回火，因两个试样在该步骤的存在差异，两者间的热处理工艺参数不同。因试样1硬度高，使用寿命较短，为有效防止钎头套筒疲劳断裂失效现象，公司应改进热处理工艺，降低钎头套筒硬度。
图1 试样1与试样2的显微组织
（1、2分别为试样1的外表组织与内表组织，3、4为试样2的外表组织与内表组织）
通过扫描电镜对夹杂物进行分析，最终发现，试样1中的夹杂物较试样2中的夹杂物更易导致钎头产生微裂纹，具体如图2所示，引起钎头疲劳断裂失效。对此，公司在生产45CrNiMoV钢钎头期间，炼钢过程中，应严格控制夹杂物的类型、尺寸等，有效避免钎头产生微裂纹，提高钎头套筒使用寿命。
图2 电镜下的夹杂物分析图
（a、b为试样1中的夹杂物图片，c、d是试样2中的夹杂物图片）
2、钎头套筒疲劳断裂失效原因与对策
由上述试验可知，导致钎头套筒疲劳断裂失效的主要原因有：热处理工艺、夹杂物问题。究其根本，都是因钎头生产工艺引起。多年的工作经验，笔者遇见过多种多样的钎头疲劳断裂现象，为提高钎头工作寿命，节约钻探成本，推动钻探公司经济效益，总结出以下几点常见的钎头失效原因，并针对性提出几点对策。
2.1、材料问题
在钎头与套筒生产过程中，材料质量问题直接关系着钎头、套筒的质量，选择合适的材料非常重要。首先，因钎头主要用于采掘与凿石，若生产材料硬度不够，极易导致钎头工作过程中直接断裂。对此，相关人员应了解钎头工作环境，计算钎头达到何种硬度后能够正常工作，以此选择适当钢材。其次，在钎头连接套筒工作中，会受到轴向、弯曲、扭转、拉压等应力影响，若钎头连接套筒的承受能力达不到，在工作过程中，钎头与其连接套筒一直处于负压状态，极易导致疲劳断裂失效。对此，应保障材料的承受能力，提高钎头连接套筒的高疲劳寿命。
2.2、生产工艺问题
在钎头连接套筒的设计中，生产工艺直接关系着钎头连接套筒的寿命。由上文可知，即使是同样材质、同样构造的钎头连接套筒，然而，仅是热处理工艺参数的不同，造就出的钎头连接套筒的寿命存在巨大差异，可见生产工艺的重要性。笔者认为，在钎头连接套筒生产中，尤其应重视热处理工艺，保障产品硬度的同时，提高其韧性，一味提高产品硬度，可能会降低产品寿命。并且，在钢材处理中，应严格控制夹杂物的持续与类型，及时处理尺寸较大的夹杂物，避免颗粒夹杂，提高钢材的整体性，保障钎头连接套筒的高寿命。
2.3、操作与维修问题
在钎头连接套筒使用过程中，若操作人员操作水平不佳，长期不规范操作下，极易降低设备质量，增大钎头套筒的疲劳度；同样，若忽视了设备的检修工作，或者维修不到位，导致设备带病工作，极易增大设备隐患，导致钎头套筒疲劳断裂。对此，应对操作人员进行培养，并加强监督，提高操作人员机械操作水平与规范性，保障钎头套筒的寿命。定期维修，若出现故障，应及时修整，避免小故障不断积累，导致钎头套筒疲劳断裂，增大钻探公司成本。总之，规范的操作与合理的保养，一定程度上防止了钎头套筒断裂失效现象。
3、总结
综上所述，文章通过对钎头套筒断裂失效分析，最终得出，在钎头连接套筒生产中，应加强热处理工艺，降低钢材中夹杂物的同时，保障钎头套筒的硬度与韧性，有效防止钎头套筒疲劳断裂失效。最后，笔者对材料问题、生产工艺问题、操作与维修问题展开探讨，以期全面提高钎头连接套筒的高疲劳寿命，推动我国向前发展。
参考文献：
[1]刘冰锋，沈国俊.硬质合金焊接类钎头的失效分析及质量改进措施[C]// 全国钎钢钎具年会.2015.
[2]周理良，肖文近.45CrMoV钢钎头失效分析的研究[J].装备制造技术，2014（5）：91-92.
[3]支庆，曾旭，于嘉君.凿岩球齿钎头硬质合金的失效形式[J].现代机械，2014（1）：70-74.
论文作者:简国志
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/17
标签：套筒论文; 试样论文; 疲劳论文; 钢钎论文; 硬度论文; 寿命论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第21期论文;