КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Номенклатура конструкційних матеріалів. Рекомендації щодо їх використання
Для виготовлення деталей та вузлів машин і обладнання використовуються в залежності від призначення і умов роботи різноманітні конструкційні матеріали: чавуни, сталі, кольорові метали та їх сплави, гумові, пластмасові та інші матеріали. Чавуни. В конструкціях використовують такі види чавунів: сірий, ковкий, високоміцний, легований, анти-фрикційний. Чавуни, як конструкційні матеріали, харак-теризуються як позитивними так і негативними сторонами своїх властивостей. До перших слід віднести відносно невисоку вартість, високі ливарні властивості, добру оброблюваність різанням. Недоліки чавунів – невисока в порівнянні з сталями міцність, крихкість, чутливість до ударних навантажень, низька зварюваність. Вказані вище недоліки чавунів є причиною їх обмеженого використання в конструкціях бурового і нафто-газопромислового обладнання. Чавуни можуть використо-вуватися для виготовлення станин бурових насосів, корпусів запірних пристроїв на невисокий тиск, клинопасових шківів, корпусів насосів невисокого тиску, опорних вузлів, тощо. Широкого використання в нафтогазовому машинобудуванні набули сірі чавуни. Наприклад, шківи клинопасових передач бурових установок виготовляють з чавунів СЧ–12–28, СЧ–15–36, вхідну кришку насоса ЦНС 180–1900 виготовляють з чавуна СЧ–21–40. Механічні характеристики сірих чавунів показані в табл. 3.3. Таблиця 3.3 – Механічні властивості відливок з сірого чавуна
Приклади умовного позначення чавунів: СЧ 25 - сірий чавун з границею міцності на розтяг 250 МПа; КЧ 30–6 - ковкий чавун з границею міцності на розтяг 300кМПа і відносним видовженням 6 %; ВЧ 50–7 - високоміцний чавун з границею міцності на розтяг 500 МПа і відносним видовженням 7 %. Приклади використання чавунів в машинобудуванні показано в табл. 3.4. Таблиця 3.4 – Приклади використання чавунів в машинобудуванні
Вуглецеві сталі звичайної якості. В машинобудуванні використовують, як правило, сталі звичайної якості групи А, які постачаються з гарантованими механічними властивостями. Випускаються таких марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Зазначені сталі використовують, в основному, для виготовлення деталей з невисокими вимогами до міцності і які не потрібно зміцнювати термічними методами. Вони характеризуються високими пластичними властивостями (відносне видовження 20 – 30 %), добре обробляються різан-ням, зварюються. Це найдешевші сталі. Властивості та приклади використання вуглецевих сталей звичайної якості наведено в табл. 3.5 і 3.6. Таблиця 3.5 – Механічні і зварювальні властивості вуглецевих сталей звичайної якості
Умовні позначення: ДВ – дуже висока; В – висока; З – задовільна Таблиця 3.6 – Приклади використання вуглецевих сталей звичайної якості
Сталі вуглецеві якісні конструкційні. Вуглецеві якісні конструкційні сталі використовують, як правило, для виготовлення середньонавантажених деталей, які зміцнюють термічними або хіміко-термічними методами. Сталі випускають таких марок: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60. Вартість зазначених сталей вища вартості вуглецевих сталей звичайної якості на 20-25 %. В машинобудуванні знаходять використання низько- і середньовуглецеві якісні конструкційні сталі. Перші (сталі 08, 10, 15, 20) використовують для виготовлення зносостійких деталей з невисокими вимогами до міцності серцевини. Для підвищення поверхневої міцності таких деталей їх зміцнюють шляхом цементації. Крім того, ці сталі характеризуються високою пластичністю, тому з них виготовляють деталі і вузли посудин, що працюють під тиском. Середньовуглецеві якісні конструкційні сталі викорис-товують для виготовлення деталей порівняно невеликих перерізів, середньої міцності і нескладної конфігурації. Деталі зміцнюють шляхом термічної обробки. Деталі великих перерізів об’ємним гартуванням не зміцнюють. Властивості та приклади використання вуглецевих якісних конструкційних сталей наведено в табл. 3.7, 3.8. Таблиця 3.7 – Механічні і технологічні властивості якісних вуглецевих конструкційних сталей
Примітка: Значення показників s в, s т, d, НВ наведені для нормалізованих заготовок. Умовні позначення: ДВ – дуже висока В – висока З – задовільна Н – низька.
Таблиця 3.8 – Приклади використання вуглецевих якісних конструкційних сталей
Леговані конструкційні сталі. Як відмічалося раніше бурове та нафтогазопромислове обладнання працює у важких експлуатаційних, а деколи екстремальних умовах. Крім того, слід відмітити велику групу деталей та вузлів обладнання, які є надзвичайно важливими і відповідальними в конструкції і відмова яких може привести до непередбачуваних негативних наслідків: важкого травматизму, економічних втрат, екологічного забруднення, втрати свердловини, відкритого фонтанування та ін. Для прикладу у 80-х роках минулого століття при освоєнні Астраханського газоконденсатного родовища виникла проблема корозійної стійкості свердловинного і устьового обладнання. Газ даного родовища, що містив 18–25 % сірководню (H2S), безпосередньо контактував з устьовим обладнання і приводив його до корозійного руйнування (сульфід-ного розтріскування або загальної корозії в залежності від характеру напруженого стану деталей обладнання). Для даних умов експлуатації були розроблені і рекомендовані спеціальні марки конструкційних легованих сталей. Леговані конструкційні сталі використовуються для виготовлення деталей, до яких пред’являють вимоги високої міцності, а також спеціальні вимоги: зносостійкості, термо-стійкості, корозійної стійкості, в’язкості та інші. Деталі, виготовлені з легованих сталей, як правило, зміцнюють термообробкою або хіміко-термічною обробкою. Як легуючі елементи в сталях використовують: хром – Х, нікель – Н, вольфрам – В, кремній – С, марганець – Г, молібден – М, ванадій – Ф, азот – А, титан – Т, бор – Р, алюміній – Ю. Легуючі елементи можуть бути присутні в сталях як поодинці, так і в комбінації з іншими. В табл. 3.9 і 3.10 показано вплив основних легуючих елементів на механічні і технологічні властивості сталей. Практикою нафтогазового машинобудування набутий великий досвід використання легованих сталей. В табл. 3.11 наведена номенклатура найбільш використовуваних легова-них сталей, їх механічні характеристики та основні техноло-гічні властивості. Детальніша інформація про номенклатуру легованих сталей, їх використання в залежності від умов експлуатації викладена в спеціальній літературі. Таблиця 3.9 – Вплив деяких легуючих елементів на властивості сталі
Таблиця 3.10 – Вплив основних легуючих елементів на технологічні і механічні властивості сталі
Примітка: 1) при вмісті більше 15 %; 2) при вмісті до 0,6 %; 3) при малому вмісті Прийняті умовні позначення в табл. 3.10: ЗС – зменшує суттєво; З – зменшує; ВМ – впливає мало; ПН – підвищує несуттєво; П – підвищує; ПС – підвищує суттєво. Таблиця 3.11 – Механічні та технологічні властивості легованих, термічно зміцнених (гартування і відпуск) конструкційних сталей
Умовні позначенняі в табл. 3.11: В – висока; З – задовільна; Н – низька. Сплави кольорових металів. Як конструкційні мате-ріали для бурового і нафтогазопромислового обладнання використовуються в основному бронзи, бабіти, латуні. Бронзи – це сплав міді з оловом, свинцем, цинком, алюмінієм та іншими компонентами. Деталі з бронзи харак-теризуються високими антифрикційними властивостями, ви-соким корозійним опором, універсальними технологічними властивостями (виливаються, обробляються тиском і різан-ням). Бронзи використовуються для виготовлення радіальних і осьових підшипників ковзання, направляючих, ходових гайок, водяної, парової та масляної арматури. Наприклад, в біль-шості конструкцій засувок для фонтанних арматур ходова гайка та опори шпинделя виготовляються з бронзи. В табл. 3.12 приведені механічні властивості трьох марок бронз. Їх хімічний склад такий: Бр 04Ц4С17 (олово – 4 %; цинк – 4%; свинець – 17 %; решта – мідь); Бр А9ЖЗЛ (алюміній – 9 %; залізо – 3 %; решта – мідь); Бр А10Мц2Л (алюміній – 10 %; марганець – 2 %; решта – мідь)
Таблиця 3.12 – Механічні властивості бронз (ГОСТ 613-79)
Бабіти – сплави на основі м’яких металів – олова, свинцю, алюмінію та інших. Бабіти – це високоякісний анти-фрикційний підшипниковий матеріал. Вони добре оброб-ляються, мають високу теплопровідність, здатні утримувати мастило. Бабітові підшипники ковзання можуть працювати в режимі високих швидкостей і великих контактних навантажень. Типовим прикладом використання бабітів є конструкція підшипникових вузлів насоса типу ЦНС, що використовується в системі підтримання пластового тиску. Сталевий вкладиш
підшипника залитий бабітом Б83 або Б89 (сплав олова, сурми і міді) з вмістом олова відповідно 83 % і 89 %. Механічні властивості бабіту Б83 наведені нижче. Границя міцності при розтязі, МПа 90 Границя міцності при стиску, МПа 115 Відносне видовження, % 6 Твердість НВ, МПа 300 Бабіти в порівнянні з іншими підшипниковими матеріалами мають нижчі значення коефіцієнта тертя f. Приблизні значення коефіцієнтів тертя деяких підшипникових матеріалів в умовах рідкого змащування наступні: бабіти олов’яні f = 0,01–0,02 бабіти свинцеві f = 0,015–0,025 бронза свинцева f = 0,02–0,03 чавун антифрикційний f = 0,05–0,08 Допустимі контактні навантаження на бабітові підшип-ники складають 10–15 МПа. Для підвищення довговічності підшипників доцільно вали зміцнювати термообробкою до твердості HRC 50. Латуні представляють собою сплави міді із цинком. В деяких випадках додають свинець, кремній, алюміній, залізо та інші метали. Латуні характеризуються високими анти-корозійними і технологічними властивостями, мають достатню, як для кольорових сплавів, міцність. Викорис-товуються для виготовлення трубок і арматури спеціального призначення, ущільнювальних прокладок, в приладобуду-ванні, в електромашинобудуванні. Тверді сплави. Тверді сплави – це сплави на основі карбідів вольфраму, титану, хрому. До них відносяться такі сплави (ГОСТ 3882-74): ВК3, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25, Т30К4, Т15К6 та інші. Тверді сплави характеризуються високою зносо-стійкістю, твердістю (HRA 80-90), міцністю (границя міцності при статичному згині складає 1170-2150 МПа). Викорис-товуються для виготовлення породоруйнівних і ловильних інструментів, запірних вузлів регулювальних дроселів та інших конструкцій з відповідними вимогами. Інші конструкційні матеріали. Крім розглянутих вище в нафтогазовому машинобудуванні використовують неметалеві конструкційні матеріали і в першу чергу пластмаси і гуму. Пластмаси – це матеріали на основі високомолеку-лярних органічних з’єднань. В залежності від типу напов-нювача, який входить до складу пластмас останні можуть мати різноманітні фізико-механічні і технологічні властивості. До основних пластмас, які використовуються в машино-будуванні відносяться: текстоліт, гетинакс, вініпласт, фторопласт, поліамід, поліпропилен, поліуритан та ін. При проектуванні бурового і нафтогазопромислового обладнання пластмаси слід використовувати в конструкціях, які працюють в умовах агресивного середовища (наприклад, робочі апарати відцентрових насосів для видобутку нафти, турбобурів), а також у вузлах ущільнення високого тиску (30 – 100 МПа). Більш детальна інформація про номенклатуру і умови використання пластмас наводиться в спеціальній літературі. Гума – матеріал на основі натурального або синтетич-ного каучука. Як конструкційний матеріал, гума має особливі властивості, а саме: допускає великі пружні деформації, гасить коливання, стійка в агресивному середовищі, володіє високими діелектричними властивостями. В буровому і нафтогазопромисловому обладнанні гумові конструкції мають надзвичайно широке використання. З гуми виготовляють різноманітні ущільнення, приводні паси, діафрагми, амортизатори, підшипники ковзання. Конкретніша інформація про фізико-механічні властивості гуми, умови її викорис-тання, рекомендації щодо проектування та виготовлення гумовотехнічних виробів виходить за межі даного посібника і приводиться в [ 7, 11 ].
Дата добавления: 2014-11-16; Просмотров: 1025; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |