SE446195B - Hardmetallstift for bergborrning o dyl - Google Patents

Description

8405667-0 2 Ett villkor är dock att ytzonen är helt fri från eta-fas för bibehållande av WC-Co-hárdmetallens goda brottseghets- egenskaper. Den eta-fasfria zonen kan exempelvis skapas genom att man vid hög temperatur tillför kol till ytzonen på stift med genomgående eta-fas. Med varierande av tid och temperatur kan den eta-fasfria zonen styras till önskad tjocklek.

Stiftets högre hàllfasthet kan förklaras som följer. Etafas- kärnan har högre styvhet än WC-Co~hârdmetallen vilket inne- bär att stiften utsätts för mindre elastisk deformation ledande till mindre dragspänningar i den kritiska ytzonen när stiftet belastas vid borrning. Konsekvensen av detta är att uppfinningen är speciellt lämpad för stift där förhål- landet mellan höjd och största bredd är större än 0.75 före- trädesvis större än 1.25.

Allteftersom avverkningen fortgår får stiften en ökande slitfas vilket i sin tur ger upphov till en ökad mekanisk pàkänning. Kontaktytan hårdmetall-berg ökar, krafterna blir snart mycket stora på stiften och risken ökar för att de slås av. Stift med eta-fas-kärna enligt uppfinningen klarar p g a den väsentligt ökade styvheten och hàllfastheten be- tydligt större slitfaser i jämförelse med konventionella stift. (Anledningen till att man omslipar konventionella stift är t ex att ta bort slitfasen och därmed minska påkän- ningen d v s risken för brott. Omslipning skulle således kunna undvikas i ökad omfattning vid användning av stift enligt uppfinningen).

I regel har eta-fashaltig hårdmetall högre hårdhet än mot- svarande eta-fasfri med samma sammansättning. Som framgår av följande utföringsexempel kan den prestandahöjande effek- ten av eta-faskärnan ej förklaras med högre hårdhet d v s ökad slitstyrka. WC-Co-varianten med en hårdhet motsvarande eta-fas-varianten har i samtliga exempel visat underlägsna prestanda. 8405667-0 Etafasen skall vara finkornig med en kornstorlek av 0.5 - / grundmassan av den normala WC-Co strukturen i centrum av um företrädesvis 1 - 5 /um och jämnt fördelad i hàrdmetallkroppen. Det har visat sig att etafaskärnans tjocklek skall vara 10 - 95 % företrädesvis 40 - 75 % av hårdmetallkroppens tvärsnitt då dessa goda resultat uppnås.

Kärnan bör innehålla minst 2 vol% företrädesvis minst 10 vol% etafas, eftersom annars ingen effekt uppnås, men maxi- malt 60 vol% företrädesvis maximalt 35 vol%.

Den positiva prestandaökningen märks vid alla hàrdmetallsor- ter som normalt används i ovannämnda applikationer från sorter med 3 vikt% Co upp till sorter med 35 vikt% Co före- trädesvis med 5 - 10 vikt% Co för slående borrning, 10 - 25 vikt% Co för roterande-krossande borrning och 8 - 15 vikt% Co för mineral tools och där WC-kornstorleken kan variera från 1,5 /um upp till 8 /um företrädesvis 2 ~ 5 /um.

Fig 1 visar ett stift enligt uppfinningen i längd- och tvär- snitt. I figuren betecknar A - eta-fashaltig hàrdmetall, B - etafasfri hårdmetall och C - ingjutningsmassa(bakelit).

Det har även visat sig att andelen Co i M6-karbiden (eta- fasen) helt eller delvis kan bytas ut mot någon av metaller- na Fe eller Ni d v s själva betafasen kan bestå av en eller flera av järnmetallerna i kombination, och även i detta fall ökas hárdmetallens prestanda i förvånansvärt hög grad.

I texten ovan såväl som i exemplen nedan belyses bara etafa- sens positiva effekter i centrum av hàrdmetallstift där alfafasen är WC och betafasen är en eller flera av järnme- tallerna (Fe, Ni eller Co). Orienterande försök'har också givit mycket lovande resultat då maximalt 15 vikt% wolfram i alfafasen är substituerat mot någon eller flera av de metalliska karbidbildarna Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr och Mo. 8405667-0 Exemgel 1 Av ett WC - 6%Co - pulver med 0.3 % understökiometrisk kol- halt (5,5 % C i stället för 5.8 % C) pressades stift med höjden 16 mm och diametern 10 mm. Stiften försintrades i N2-gas i 1 h vid 900 OC. Därefter inpackades stiften glest i fint Al2O3-pulver i grafitboxar och sintrades i uppkolande atmosfär i 2 h vid 1450 OC i en genomskjut- ningsugn. I inledningsskedet av sintringen bildades då en struktur av alfa + beta-fas och i denna jämnt fördelad fin- kornig eta-fas. Samtidigt bildades i ytan av stiften en mycket smal zon av enbart alfa + beta struktur p g a att kol börjar diffundera in i stiften och ombilda eta-fasen till alfa- + beta-fas. Efter 2 h sintringstid hade till- räckligt med kol diffunderat in och ombildat all eta-fas i en bred ytzon. De på detta sätt tillverkade stiften hade efter sintringen en 2 mm eta-fasfri ytzon och en kärna med diametern 6 mm innehållande finfördelad eta-fas.

Exemgel 2 Berg: Hård förslitande granit med inslag av leptit, tryck- hâllfasthet 2800 - 3100 bar.

Maskin: Atlas Copco COP 1038 HD, Hydraulisk borrmaskin för tyngre drifterutrustning. Matningstryck 85 bar, rotations- tryck 45 bar, varvtal 200 rpm.

Kronor: 45 mm stiftborrkronor, 2 vings med 10 mm periferi- stift med höjd 16 mm, 10 st kronor per variant.

Hárdmetallsammansättnig: 94 vikts% WC och 6 vikts% Co. Korn- storlek (variant l - 3) = 2.5 /um 8405667-0 Provvarianter Eta-fasvarianter 1. etafaskärna Q 6 mm, etafas-fri ytzon 2 mm 2. etafaskärna 0 7.5 mm, etafas-fri ytzon 1.25 mm Konventionella 3. normal struktur utan etafas sorter 4. normal struktur utan etafas, men finkornigare c a 1.8 /um för erhållande av hårdhet och slitstyrka jämförbar med etafasvarianterna Utförande Kronorna borrades i omgångar om 7 hål ä 5 meter och varva- des så att rättvisa borrförhàllanden förelåg. Kronorna togs ur provning omedelbart vid första skada på stiften och borr- metertalet noterades.

Resultat Variant Antal borrmeter, m HV3 medel max min sprid- cent- ning rum 1 300.8 359 270 32.9 1490 2 310.2 361 271 39.8 1510 3 225.8 240 195 17.2 1420 4 220 340 103 65 1510 Bästa etafasvariant hade c a 40 % högre livslängd än bästa konventionella sort.

Exemgel 3 Berg: Förslitande granit med tryckhållfasthet ca 2000 bar.

Maskin: Atlas Copco Cop 62, pneumatiskt larvbandsgående aggregat för sänkborrning. Lufttryck 18 bar, varvtal 40 rpm. 8405667-Û 6 Kronor: 165 mm sänkborrkronor med stift ø 14 och 16 mm, höjd 24 mm, 5 kronor/variant. Omslipningsintervall: 42 m.

Håldjup: Zl m.

Hårdmetallsammansättning enligt Exempel 2. Samtliga varian- ter hade en kornstorlek av 2.5 /um.

Provvarianter: Etafas- _ 1. 9 mm etafaskärna, 3.5 mm etafasfri ytzon varianter: 2. 12 mm etafaskärna, 2 mm etafasfri zon.

Konventionella 3. WC-Co utan etafas referenssorter 4. WC-Co utan etafas finkornig 1.8 /um Utförande: Vid varje omslípning d v s efter vart annat hål omkastades turordningen bland kronorna på så sätt att likvärdiga borr- förhållanden säkerställdes. Borrningen avbröts för varje krona när diameterslitaget blev för stort eller då någon stiftskada kunde noteras.

Resultat: Variant Antal borrmeter, m HV3 medel index (centrum) 1 ' 750 100 1495 2 674 90 1525 3 573 76 1415 4 429 57 ' 1515 Bästa etafasvarianten uppvisade ca 25 % längre livslängd än den konventionella sorten och hade hela 43 % längre livs- längd än sorten med jämförbar hårdhet.

Exemgel 4 500 m2 asfalt av medium till hårt förslitande typ frästes utan uppvärmning. Lufttemperatur 15 OC. Tre varianter testades. 8405667-0 7 Maskin: Arrow CP2000 vägplaningsmaskin. Hydraulisk, fyr- hjulsdriven maskin med automatisk skärdjupskontroll.

Skärtrumma: Bredd 2 m, diameter inkl verktyg: 950 mm, peri- ferihastighet: 3.8 m/s, skärdjup: 40 mm.

Bestyckning: 166 st verktyg jämnt fördelade runt trumman, varav S0 verktyg (20 per variant) med 1) och 2) konventio- nell hárdmetall och 3) hàrdmetall enligt uppfinningen. Test- varianterna är parvis i ingrepp samtidigt och jämnt fördela- de runt trumman längs hela bredden.

Provvarianter 4 Co, antal anm W/o 1. Konventionell 9.5 106 normal sort- 2. Konventionell 8 20 lägre Co-halt för sort ökad slitstyrka och hårdhet motsvarande etafasvarianten 3. etafasvariant 9.5 20 ca 1.5 mm etafasfri ytzon Samtliga stift hade höjd 17 mm och diameter 16 mm.

Så snart ett provstift eller normalstift fallerade byttes verktyget omedelbart ut mot ett standardverktyg.

Resultat Variant Höjdreduktion Skadade och Rang- HV3 (förslitning) mm utbytta stift ordning l 3.5 l.2(relativt) III 1208 '2 2.6 2 1:1' 1280 3 2.6 0 ' I 1295 8405667-0 Exempel Q Provplats: Borrning i dagbrott med rullborrkronor.

Maskin: Buuyrus Erie 60R. Matningskraft 40 ton vid 70 rpm.

Hål med djup mellan 10 och 17 m borrades.

Borrkrona: 12 1/4"-rullborrkrona, två kronor per variant.

Berg: Företrädesvis gràberg med inslag av kvarts, tryckhåll- fasthet 1350 - 1600 kp/cmz.

Provvarianter 1. Standard 10 % Co, stift Q 14 mm och höjd 21 mm 2. Etafas-variant 10 % Co Stift ø 14 mm och höjd 21 mm o med 2 mm etafasfri ytzon och 0 10 mm etafas-kärna Resultat Borrmeter index borrsjunk- index m ning, m/h Standard 1220 100 13 100 etafasvariant 1704 140 15 115 I detta exempel har varianten enligt uppfinningen både upp- nått en längre livslängd och högre borrsjunkning.

Exempel 6 I stígortsaggregat används rullar med hàrdmetallstift.

Stift med eta-faskärna testades i ett 7 fots borrhuvud.

Bergart: Gnejs, tryckhållfasthet: 262 MPa, hård och för- slitande.

Borraggregat: Robbins 71R.

Borrad längd: 149.5 m.

Borrningshastighet: 0.8 m/h 8405667-0 9 En rulle var bestyckad med stift ø 22 mm och höjd 30 mm i en standardsort med 15 % Co och rest 2 /um WC. En test- rulle placerad diametralt på stigortshuvudet var bestyckad med stift med etafaskärna enligt följande: % Co, 2 /um WC, eta-fasfri ytzon: 3 mm eta-faskärnans bredd: 16 mm Resultat: På rullen med standardstift hade 30 % av stiften skador medan på testrullen endast 5 % av stiften var ur funktion.

Claims (5)

1. 0 15 20 25 30 35 8405667-0 10 Patentkrav l. Hàrdmetallstift för bergborrning och mineralavverkning innehàllande WC(alfa-fas) med en bindefas (beta-fas) av minst en av Co, Ni eller Fe, varvid WC-kornstorleken är 1,5 /um - 8 /um, företrädesvis 2 /um - 5 /um, k ä n n e - t e c k n a t av att det bestár av en kärna av etafas- haltig hàrdmetall omgiven av en etafasfri ytzon.

2; Hàrdmetallstift enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a t av att etafasens kornstorlek är 0,5 - 10 /um, företrädesvis l - 5 /um.

3. Hàrdmetallstift enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att etafashalten i kärnan är 2 ~ 60 vol%, företrädesvis 10 - 35 vol%.

4. Hàrdmetallstift enligt nágot av föregående krav, k ä n n e tge c k n a t av att etafaskärnans bredd är 10 ~ 95 %, företrädesvis 40 - 75 %,av stiftets diameter.

5. Hàrdmetallstift enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att högst 15 vikt% av wolfram i alfafasen är utbytt mot en eller flera av de metalliska karbidbildarna Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr och Mo.