Utredning av erosionsnötning på material till bergborrningsverktyg

Sammanfattning: Sandvik Mining and Rock Technology (SMRT) är ett världsledande företag som tillverkar komplett utrustning till gruvindustrin. Några bergborrverktyg som utvecklas och tillverkas i Sandviken är bergborrkronor. Dessa kan delas in i tre produktgrupper, topphammar-, sänkborr- och rullborrkronor. Borrprocessen skiljer något mellan produktgrupperna, men förenklat ska ett hål formas i berget. Under borrningen frigörs det partiklar från berget som samlas i borrhålet och måste avlägsnas. Detta åstadkoms genom att en trycksatt fluid, vanligt luft eller vatten, spolas ned i borrhålet och binder upp partiklarna. Denna blandning av partiklar och fluid bildar eroderande media som succesivt nöter ned borrkronornas stålkroppar. Syftet med denna utredning var att undersöka erosionsmotståndet för material som används för att tillverka bergborrverktyg. Målet var att formulera ett underlag för att basera framtida materialval på. Metoden som tillämpades i undersökningen baserades på ASTM-G76 standarden, något modifierad. Testerna utfördes i tempererade lokaler där temperaturen var omkring 20 grader Celsius. Fem stycken provbitar av varje stålsort tillverkades ur material med sju olika hårdheter, dess dimensioner var 25·20·5 mm. Nötande partiklar i undersökningen var kantig aluminiumoxid som siktats till 50 µm. Prover utfördes där partiklarnas infallsvinkel var 30°, dess hastighet var 50 m·s-1 och partikelflödet var 2 g·min-1. Provbitarna utsattes för nötande partiklar i totalt 10 minuter, dess förlorade massa kontrollerades i två minuters intervaller. Den förlorade massan konverterades sedan till volymförlust per gram erosionsmedia. Ett provämne av varje stålsort valdes sedan ut, där den eroderade ytan undersöktes i ett svepelektronmikroskop för att identifiera nötningsmekanismerna. Resultatet av undersökningen visade att AISI 4140, som var bland de mjukaste materialen i undersökningen, tenderade att ha nötts minst. Stålsort EN36C, vilket var undersökningens hårdaste material, uppvisade sämre erosionsmotstånd. Resultatet innehöll dock spridning som medförde att andra material kan ha nötts mindre än AISI 4140. I denna undersökning visade det sig att hårdheten hade ingen, eller liten, inverkan på erosionen. På samtliga provbitarnas ytor hade en grop formats. Vid närmare undersökning av gropen i svepelektronmikroskopet visade det sig att de dominerande nötningsmekanismerna var spånavskiljande erosion och av plogande karaktär. På ett provämne lokaliserades en enskild partikelträff där en tydlig krater hade formats med en läpp i dess framkant, vilket är typiskt för duktila material.   Slutsatsen av detta arbete är, att där erosion upplevs som ett problem kan AISI 4140 väljas vid tillverkning av borrverktyg. Det behövs dock utökad provning för att säkerställa detta.