Xử lý thấm cacbon và làm cứng bề mặt cho giàn khoan đá: Quy trình, hiệu suất và hướng dẫn ion
Thanh khoan cho giàn khoan đá chủ yếu được phân loại thành hai loại dựa trên quy trình gia cường bề mặt: xử lý thấm cacbon và xử lý tôi cứng bề mặt. Hai phương pháp này khác nhau đáng kể về phương pháp xử lý và đặc tính hiệu suất.
I. Sự khác biệt trong các quy trình xử lý nhiệt
• Xử lý thấm cacbon: Quá trình này thường được thực hiện trong lò pit trong môi trường giàu cacbon. Thanh khoan được tiếp xúc với các thông số nhiệt độ và thời gian cụ thể, cho phép bề mặt của nó - bao gồm thân thanh ngoài và thành trong của lỗ khoan - hấp thụ các nguyên tử cacbon, tạo thành một lớp cacbua có độ cứng cao, chống mài mòn. Tiếp theo là quá trình tôi và ram làm mát bằng không khí. Thanh khoan thu được đạt độ cứng bề mặt 58-60 HRC, trong khi lõi vẫn giữ được độ cứng tương đối thấp hơn (khoảng 43 HRC), cân bằng giữa khả năng chống mài mòn bề mặt vượt trội với độ bền lõi cao.
• Xử lý làm cứng bề mặt: Phương pháp này chủ yếu sử dụng gia nhiệt cảm ứng tần số cao để gia nhiệt nhanh và cục bộ bề mặt cần khoan, sau đó là làm nguội và ram. Mục tiêu là tạo trực tiếp một lớp cứng trên bề mặt tương tự như lớp thấm cacbon, đạt độ cứng HRC 58-60. Đáng chú ý, các khu vực kết nối ren, vốn dễ bị tập trung ứng suất và cần độ bền cao hơn, thường được xử lý nhiệt chuyên biệt bổ sung—chẳng hạn như làm nguội tần số cao thứ cấp hoặc ram cảm ứng—để tối ưu hóa hiệu suất tại các vùng quan trọng này.
II. Sự khác biệt về đặc tính hiệu suất
• Độ bền: Thanh khoan tôi bề mặt thường được đánh giá là có độ bền tổng thể vượt trội so với thanh khoan thấm cacbon. Ưu điểm này xuất phát từ việc vật liệu lõi không trải qua quá trình thấm cacbon, giúp duy trì độ dẻo dai tốt hơn.
• Tuổi thọ mỏi và khả năng chống mài mòn: Tuy nhiên, thanh khoan tôi bề mặt thường có tuổi thọ mỏi ngắn hơn so với thanh khoan tôi bề mặt. Ngược lại, thanh khoan tôi bề mặt được hưởng lợi từ độ bám dính mạnh mẽ giữa lớp tôi bề mặt và vật liệu nền, cùng với lớp tôi sâu hơn, dẫn đến khả năng chống mài mòn và chịu mỏi tốt hơn. Tuy nhiên, quá trình tôi bề mặt - đặc biệt là trong việc kiểm soát độ sâu lớp và nồng độ cacbon - và quá trình làm nguội bằng không khí đi kèm đòi hỏi phải quản lý thông số chính xác, vì bất kỳ thay đổi nào cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
III. Các tình huống áp dụng
• Nhờ độ bền được cải thiện, cần khoan được tôi cứng bề mặt phù hợp hơn để khoan trong các khối đá phân lớp hoặc các khu vực có nhiều vết nứt. Trong những môi trường đá chịu tác động mạnh và không ổn định này, độ bền vượt trội giúp chịu được tải trọng va đập và giảm thiểu nguy cơ gãy giòn.
• Thanh khoan cacbon hóa, với khả năng chống mài mòn và chịu mỏi vượt trội, rất phù hợp cho các ứng dụng khoan lỗ sâu (chẳng hạn như độ sâu trên 20 mét). Khi kết hợp với thanh MF (thép rỗng) cacbon hóa và mũi khoan nút dẫn hướng cao giúp dễ dàng thu hồi, chúng giúp giảm thiểu hiệu quả độ lệch lỗ, kéo dài tuổi thọ tổng thể của cụm khoan và giảm chi phí vận hành cho các nhiệm vụ khoan lỗ sâu.
