कुछ बटन के पुर्जे दोगुनी उम्र तक क्यों टिकते हैं: इसका कारण कार्बाइड नहीं, बल्कि बॉडी है।
जब कोई बटन बिट समय से पहले खराब हो जाता है, तो सबसे पहले सब लोग कार्बाइड इंसर्ट्स की तरफ देखते हैं। टूटे हुए बटन, चपटे बटन, गायब बटन - नुकसान साफ दिखाई देता है और दोष स्पष्ट होता है। लेकिन कई बिट्स जिन्हें कार्बाइड की खराबी बताकर बेकार मान लिया जाता है, वे असल में अपनी ही बनावट के कारण खराब हो जाते हैं। इंसर्ट्स को पकड़ने वाली स्टील की बॉडी में दरार पड़ जाती है, वह विकृत हो जाती है या कमजोर हो जाती है, और इंसर्ट्स - जो अभी भी पूरी तरह से इस्तेमाल करने योग्य स्थिति में होते हैं - भी उसके साथ खराब हो जाते हैं।
हजारों मीटर तक कठोर चट्टानों पर प्रहार झेलने वाले बिट और पहले ही प्रयास में विफल होने वाले बिट के बीच का अंतर अक्सर बिट के ड्रिल रिग को छूने से बहुत पहले लिए गए एक विनिर्माण निर्णय पर निर्भर करता है: बिट का ढांचा कैसे बनाया गया था।
एक आकर्षक शरीर बनाने के चार तरीके — और उनमें से तीन क्यों असफल रहे
बटन बिट बॉडी बनाने के लिए चार व्यावसायिक प्रक्रियाएं हैं, और एक ही मिश्र धातु इस्पात से शुरू होने के बावजूद वे पूरी तरह से अलग परिणाम देती हैं।
लकड़ी के बार स्टॉक से मशीनिंग करके बनाया गया।सबसे सरल तरीका: स्टील की एक गोल छड़ लें, उसे लंबाई में काटें, और अंतिम आकार के अलावा बाकी सब कुछ मशीन से हटा दें। इसे स्थापित करना सस्ता है - कोई डाई नहीं, कोई फोर्जिंग उपकरण नहीं, बस एक सीएनसी खराद मशीन। समस्या यह है कि मशीनिंग से स्टील की गुणवत्ता में सुधार नहीं होता। यह छड़ को रोल करते समय बनी दानेदार संरचना को काट देता है, जिससे हर मशीनी सतह पर धातु की आंतरिक प्रवाह रेखाएं टूट जाती हैं। ये टूटी हुई प्रवाह रेखाएं प्रभाव भार के तहत थकान उत्पन्न करने वाले स्थल बन जाती हैं। और क्योंकि अंतिम आकार बनाने के लिए आप लगभग आधी प्रारंभिक सामग्री को काट रहे हैं, इसलिए सामग्री का उपयोग बहुत खराब होता है। मशीनी बिट बॉडी बहुत हल्के कार्यों के लिए ठीक हैं, लेकिन परकशन रॉक ड्रिलिंग में - जहां बिट बॉडी हर प्रहार के साथ पिस्टन के पूरे प्रभाव को अवशोषित करती है - वे टिकती नहीं हैं।
कोल्ड एक्सट्रूज़न।मशीनिंग से बेहतर, लेकिन सीमित। कोल्ड एक्सट्रूज़न में स्टील बिलेट को कमरे के तापमान पर अत्यधिक दबाव में डाई में डाला जाता है। विरूपण से सामग्री का घनत्व बढ़ता है और दाने की संरचना कुछ हद तक परिष्कृत होती है, लेकिन इसके लिए आवश्यक बल बहुत अधिक होते हैं - जिसका अर्थ है कि डाई और प्रेस विशाल, सटीक रूप से ग्राउंड किए गए और महंगे होने चाहिए। कोल्ड एक्सट्रूज़न सरल ज्यामिति वाले छोटे व्यास के बिट्स के लिए उपयुक्त है, लेकिन यह बड़े बटन बिट्स के जटिल आंतरिक प्रोफाइल को नहीं संभाल सकता है, और डाई के घिसाव की लागत इसे बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अलाभकारी बना देती है।
गर्म एक्सट्रूज़न।एक समझौता। विरूपण प्रतिरोध को कम करने के लिए बिलेट को एक मध्यवर्ती तापमान तक गर्म किया जाता है - पुन: क्रिस्टलीकरण बिंदु से नीचे। प्रेसिंग बल कोल्ड एक्सट्रूज़न की तुलना में कम होते हैं, जिसका अर्थ है डाई का कम घिसाव और उपकरण की कम लागत। लेकिन तापमान सीमा सीमित और कठोर है। बहुत अधिक गर्म होने पर धातु असमान रूप से पुन: क्रिस्टलीकृत होने लगती है। बहुत कम ठंडा होने पर, आपको फिर से कोल्ड एक्सट्रूज़न बल की आवश्यकता होती है। वार्म एक्सट्रूज़न सरल आकार वाले हल्के बिट बॉडी के लिए उपयुक्त है, लेकिन यह आधुनिक बटन बिट के लिए आवश्यक गहरे, जटिल कैविटी का निर्माण नहीं कर सकता है जो उचित फ्लशिंग और कटिंग निकासी के लिए आवश्यक हैं।
हॉट डाई फोर्जिंग।उद्योग ने इस प्रक्रिया को एक खास वजह से अपनाया है। स्टील बिलेट को 1100-1250°C तक गर्म किया जाता है - जो कि पुनर्क्रिस्टलीकरण तापमान से काफी ऊपर है - और नियंत्रित दबाव में एक सटीक डाई में दबाया जाता है। धातु गर्म मिट्टी की तरह डाई कैविटी के हर कोने में बह जाती है, और ठंडा होने पर, इसकी दानेदार संरचना, घनत्व और आंतरिक अखंडता ऐसी होती है जिसकी बराबरी कोई मशीनिंग या कोल्ड-वर्किंग प्रक्रिया नहीं कर सकती। दुनिया भर में बटन बिट बॉडी के उत्पादन का 80% से अधिक हिस्सा हॉट डाई फोर्जिंग का है, और परकशन ड्रिलिंग अनुप्रयोगों में, यह प्रभुत्व पूरी तरह से अर्जित किया गया है।
1200°C पर स्टील के अंदर क्या होता है?
गर्म विधि से गढ़े गए बिट बॉडी को मशीनीकृत या ठंडे एक्सट्रूडेड बिट बॉडी से बेहतर बनाने वाला परिवर्तन सूक्ष्म संरचनात्मक स्तर पर होता है, और इसे समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सीधे तौर पर निर्धारित करता है कि बिट जमीन के नीचे कितने समय तक टिकेगा।
जब बिलेट 1200 डिग्री सेल्सियस पर फोर्जिंग प्रेस में प्रवेश करता है, तो एक साथ तीन चीजें होती हैं जिन्हें मशीनिंग और कोल्ड फॉर्मिंग दोहरा नहीं सकती हैं।
पहला,आंतरिक दोषों को वेल्डिंग करके बंद कर दिया जाता है।स्टील के प्रत्येक टुकड़े में सूक्ष्म छिद्र होते हैं — ढलाई प्रक्रिया से बचे हुए छोटे-छोटे छेद — और ऑक्साइड या सल्फाइड जैसे अधात्विक कण भी होते हैं। तापमान पर फोर्जिंग प्रेस के संपीडन बल के कारण, ये छेद सिकुड़ जाते हैं और आपस में जुड़ जाते हैं। ये कण तनाव-केंद्रित कणों के रूप में बने रहने के बजाय चपटे होकर फैल जाते हैं। परिणामस्वरूप, पदार्थ का घनत्व काफी अधिक हो जाता है, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि चक्रीय प्रभाव भार के तहत दरारों के रूप में विकसित होने की संभावना वाले अंतर्निहित स्थान कम हो जाते हैं।
दूसरा,अनाज की संरचना को बिल्कुल नए सिरे से बनाया जाता है।रोल्ड या कास्ट बिलेट से प्राप्त खुरदरी, अनियमित दानेदार संरचना गर्मी और विरूपण के संयोजन से पूरी तरह टूट जाती है। जैसे ही धातु डाई कैविटी में प्रवाहित होती है, पुराने दाने कुचलकर महीन, एकसमान, समअक्षीय दानों में पुनर्गठित हो जाते हैं - जो लगभग सभी आयामों में बराबर होते हैं - जिससे स्टील को कठोरता और मजबूती का ऐसा संतुलन मिलता है जो केवल ऊष्मा उपचार से प्राप्त करना असंभव है। सही ढंग से हॉट-फोर्ज्ड बटन बिट बॉडी का एचआरसी 35-45 की रेंज में होता है और इसकी प्रभाव मजबूती इतनी अधिक होती है कि यह बिना दरार पड़े हजारों पिस्टन के वार झेल सकती है।
इससे सामग्री निर्माण की एक मूलभूत समस्या का समाधान हो जाता है जो पहले के समय में एक बड़ी बाधा थी: कठोर लेकिन भंगुर, मज़बूत लेकिन नरम का विरोधाभास। ऊष्मा-उपचारित मशीनीकृत इस्पात को कठोर बनाया जा सकता है, लेकिन यह भंगुर हो जाता है - प्रभाव पड़ने पर टूटने की संभावना बढ़ जाती है। या इसे मज़बूत बनाया जा सकता है, लेकिन फिर यह बहुत नरम हो जाता है - तेज़ी से घिसता है और भार पड़ने पर विकृत हो जाता है। गर्म फोर्जिंग, पुर्जे को आकार देने के साथ-साथ कण संरचना को परिष्कृत करके, इस विरोधाभास को दूर करता है। आपको एक ही धातु में कठोरता और मज़बूती दोनों मिलती हैं।
तीसरा,धातु के कणों का प्रवाह भार पथ का अनुसरण करता है।मशीनीकृत पुर्जे में, रोल्ड बार स्टॉक से मूल कण प्रवाह रेखाएं पुर्जे के आर-पार सीधी चलती हैं और फिर जहां मशीनीकृत सतह उन्हें काटती है, वहां समाप्त हो जाती हैं। ये समाप्ति बिंदु कमजोर बिंदु होते हैं। गर्म फोर्ज किए गए पुर्जे में, विरूपण के दौरान धातु के कण प्रवाह की दिशा में संरेखित हो जाते हैं, और डाई को इस प्रकार डिज़ाइन किया जाता है कि यह प्रवाह दिशा सेवा में प्राथमिक भार पथों का अनुसरण करे। बटन बिट के लिए, इसका अर्थ है कि कण प्रवाह आंतरिक फ्लशिंग कैविटी के चारों ओर लिपटता है, बिट स्कर्ट के साथ निरंतर चलता है, और शोल्डर पर केंद्रित होता है जहां प्रभाव भार शैंक से कटिंग फेस में स्थानांतरित होता है। धातु की आंतरिक संरचना उन बलों के साथ संरेखित होती है जिनका उसे सामना करना पड़ेगा, और यह संरेखण थकान जीवन को काफी हद तक बढ़ाता है - समान अनुप्रयोग में समान सामग्री के मशीनीकृत बिट बॉडी की तुलना में 30% या उससे अधिक।
ड्रिल फेस पर हॉट फोर्जिंग का क्या अर्थ है?
ड्रिलिंग करने वाले के लिए, यह सारी धातु विज्ञान संबंधी प्रक्रिया व्यावहारिक परिणामों में तब्दील हो जाती है जो हर शिफ्ट में दिखाई देते हैं।
बिट बॉडी कंधे पर नहीं फटती। मशीनीकृत बिट बॉडी के लिए सबसे आम विनाशकारी विफलता का तरीका स्कर्ट-टू-फेस संक्रमण पर एक परिधीय दरार है, जहां पिस्टन से प्रभाव भार केंद्रित होता है। गर्म-फोर्ज्ड बॉडी इसका प्रतिरोध करती हैं क्योंकि उस खंड में अनाज का प्रवाह निरंतर होता है।
यह बिट लंबे समय तक अपना व्यास बनाए रखता है। फोर्ज्ड बॉडी में पूरी तरह से एकसमान कठोरता और घिसाव प्रतिरोध होता है, और इसमें वे नरम धब्बे नहीं होते जो मशीनीकृत या असमान रूप से ताप-उपचारित बॉडी में विकसित हो सकते हैं। गेज रो समान रूप से घिसती है, और बिट पहले मीटर से लेकर आखिरी मीटर तक एकसमान व्यास का छेद बनाता है।
इंसर्ट अपनी जगह पर स्थिर रहते हैं। जब किसी वस्तु पर प्रभाव पड़ने से उसमें सूक्ष्म विकृति आती है — और हर वस्तु में थोड़ी-बहुत विकृति आती ही है — तो कार्बाइड बटनों को उनके सॉकेट में जकड़ने वाला इंटरफेरेंस फिट ढीला हो सकता है। उच्च कठोरता और बेहतर थकान प्रतिरोध वाली फोर्ज्ड बॉडी अधिक चक्रों तक अपने सॉकेट के आयामों को बनाए रखती है, जिससे इंसर्ट अपनी जगह पर बने रहते हैं और उस तरह के इंसर्ट के नुकसान को रोकते हैं जिससे घिसा हुआ बिट कबाड़ में बदल जाता है।
खरीदते समय किन बातों का ध्यान रखें
स्पेसिफिकेशन शीट पर "forged" लिखे हर बटन का प्रकार एक जैसा नहीं होता। गुणवत्तापूर्ण फोर्जिंग को सामान्य उत्पादन से अलग करने वाली दो बातें हैं:
तापमान नियंत्रण।बिट बॉडी में इस्तेमाल होने वाले अधिकांश मिश्र धातु इस्पातों (आमतौर पर निकल-क्रोमियम-मोलिब्डेनम ग्रेड जैसे 42CrMo या इसी तरह के) के लिए फोर्जिंग तापमान सीमा सीमित होती है। तापमान बहुत अधिक होने पर कणों की वृद्धि तेज हो जाती है, जिससे मोटे कण बनते हैं और कठोरता कम हो जाती है। तापमान बहुत कम होने पर धातु डाई में ठीक से प्रवाहित नहीं हो पाती, जिससे अधूरे हिस्से रह जाते हैं या नुकीले कोनों पर आंतरिक तनाव का जमाव हो जाता है। एक गुणवत्तापूर्ण फोर्जिंग प्रक्रिया में बिलेट के तापमान की लगातार निगरानी की जाती है और निर्धारित सीमा से बाहर के किसी भी बिलेट को अस्वीकार कर दिया जाता है।
डाई की स्थिति और शीतलन।निरंतर उत्पादन के दौरान फोर्जिंग डाई 200-300°C तापमान पर चलती हैं, जिसे डाई होल्डर में लगे सक्रिय जल शीतलन सर्किट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यदि डाई का तापमान इस सीमा से ऊपर चला जाता है, तो डाई स्टील नरम हो जाता है और आयामी सटीकता कम हो जाती है। यदि यह इससे नीचे गिर जाता है, तो आने वाले गर्म बिलेट से उत्पन्न थर्मल शॉक के कारण डाई की सतह में दरार आ सकती है। स्थिर डाई तापमान का अर्थ है स्थिर बिट आयाम, और स्थिर आयाम का अर्थ है कि प्रत्येक बिट पिछले बिट के समान प्रदर्शन करता है।
