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              多少超硬人心中的痛——六面頂壓機頂錘的破壞

              關鍵詞 六面頂壓機|2022-07-15 11:49:03|來源 中國超硬材料網
              摘要 六面頂人造金剛石液壓機是通過油壓產生高壓,并通過低電壓大電流產生高溫,為超硬材料合成提供所需的壓力和溫度的設備,是目前超硬材料生產的主要大型設備。應用于人造金剛石單晶、培育鉆石、聚...

              六面頂人造金剛石液壓機是通過油壓產生高壓,并通過低電壓大電流產生高溫,為超硬材料合成提供所需的壓力和溫度的設備,是目前超硬材料生產的主要大型設備。應用于人造金剛石單晶、培育鉆石、聚晶、復合片、立方氮化硼等超硬材料領域的研究和生產。

                     硬質合金頂錘是構成超高壓高溫裝置的關鍵性部件,是人造金剛石生產中消耗的主要材料之一,它可占整個金剛石生產成本的40%以上。因此,人造金剛石生產中的頂錘消耗是大家十分關注的問題,它們的使用壽命決定著科研及生產的工藝技術水平、合成質量、產品成本、經濟效益與勞動生產率,所以大家都希望使用質量好的頂錘和壓缸進行合成,以降低錘耗。而且,從目前超硬材料發展現狀可以看出,金剛石生產廠家紛紛都在考慮擴大腔體,這對頂錘和壓缸的規格與質量又提出了更高的要求。

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                     根據壓機的構造,頂錘的工作面比油缸活塞面積小得多,當受油缸驅動一組頂錘閉合形成高壓腔時,腔體內可達到10GPa以上的壓力和一千多攝氏度的溫度,承受著壓應力、拉應力、剪切應力等各種考驗。所以硬質合金頂錘的質量就顯得尤為重要。

                     那么,頂錘都是怎么破壞的呢?通過生產現象發現,頂錘破壞大概呈現下述情況:

                     一、由于材質及制造工藝所引起的種種缺陷,如晶粒尺寸和組織結構不均勻、過燒、欠燒、脫碳、滲碳、孔洞、裂紋、分層、熱應力等,這些缺陷都會造成合成過程中應力局部集中,從而造成頂錘過早破壞。頂錘的頂面、底面、梭角或斜面上可能會脫落小塊合金片。

                     二、在沒有缺陷所引起的局部應力集中的情況下,大多數頂錘的破壞,都是在46°斜面上發現一條至數條裂紋,延伸至頂面而破壞,一般裂紋都是從內部發展到外表的。通過分析表明,頂錘所受的力的最大切應力發生在中心軸上,最大拉應力發生在46°斜面對稱線上。那么,在合成時的高溫高壓狀態下,如果局部應力過于集中,內部的小裂紋就會逐步擴散到表面,這就是為什么裂紋一般從46°大斜面產生,直到擴散至頂錘大部分發生破裂的原因。破壞部位可能會出現粒狀似炭渣類黑色物。由于頂錘所受最大切應力發生在中心軸上,故沿中心軸線破裂成兩半或數塊也是常見的現象,并且破壞斷面上多有波紋。

                     三、溫度不均也會導致裂錘現象,溫度的改變會引起物體的膨脹或收縮,這時就會產生熱應力。交變的熱應力是引起頂錘疲勞破裂的因素之一。頂錘的最高溫度是頂錘與導電鋼件接觸處,最低溫度是頂錘底面的中心,頂錘與底面的最大溫差約500℃,頂錘面溫度不均勻,這是引起頂錘應力集中造成破裂和通電頂錘壽命明顯降低的原因。這些均屬正常性破壞,其機制是脆性斷裂疲勞破壞。

                     四、壓機的超高壓設備的穩定性差也是造成事故的原因之一,比如六個工作缸的壓力不一致,行程不一致,某一缸壓力突然下降等。

                     五、目前各超硬材料生產廠家為了效益,追求大尺寸壓機使得頂錘的硬質合金尺寸逐漸擴大,一般來說,硬質合金頂錘越大,腔體越大,其壽命會相應降低。從這個方面講,我們應當在根據“大質量支撐”原理來設計頂錘幾何結構的同時,在擴大頂錘、壓缸尺寸和它們的壽命之間尋找最佳的參數,使技術及經濟性更合理。

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                     那么,在生產過程中還會有哪些可能發生的情況會導致頂錘和壓缸的破壞呢?

                     一、在合成過程中如果鋼環突然漏水,會使頂錘高溫下急劇熱脹冷縮,從而使頂錘局部應力集中,產生裂紋而破壞。

                     二、墊塊硬度不夠,受力后易產生變形,使平面出現凸凹不平,從而引起頂錘的局部應力集中,從而造成頂錘的破裂。

                     三、葉蠟石塊的質量差,如硬度過大過小不均勻,會嚴重影響葉蠟石的密封性能,當密封力承受不了高壓腔內的壓強時,容易引發爆炸和頂錘互相擠壓而破壞。

                     四、設備運轉不正常,如高壓漏油、油管突然破裂、高壓表與行程開關失靈、對中同步不佳、壓缸與增壓器突然斷裂出事故、鋼環與墊塊淬火硬度過大,在工作時突然破裂以及螺釘松動造成頂錘位移,破壞了對中同步性等,這些均會引起高壓高溫爆炸,使頂錘損壞過多。

                     五、鋼環的支承力不足,頂錘可能會自動轉向或者脫出,突然引起高壓高溫爆炸。

                     六、合成溫度過高或組裝時導電件處葉蠟石粉等雜質存在,會使鋼圈燒熔造成頂錘局部熱應力集中,使頂錘遭到破壞。

                     七、頂錘安裝不當或調試不正時,在合成的承壓過程中則會受力不均,使頂錘的端部和邊緣局部應力集中,繼而引發頂錘破壞。

                     八、人為操作不當也是頂錘破壞的一個重要因素,比如墊塊不平、頂錘沒有調整到位、頂錘與鋼環配合不好、溫度設置過高等等生產現象未被工作人員及時發現。均可能會引起頂錘發生不必要的損壞。

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