ابزارهای حفاری سنگ تحت شرایط ضربه زیاد، سایش زیاد و تشکیلات پیچیده زمین شناسی کار می کنند. انتخاب مواد مستقیماً بر راندمان شکست{1} سنگ، دوام و ایمنی ساخت و ساز تأثیر می گذارد. انتخاب مواد از نظر علمی مناسب نه تنها سرعت عملیات را بهبود می بخشد، بلکه مصرف انرژی و هزینه های تعمیر و نگهداری را نیز کاهش می دهد و آن را به یک جنبه حیاتی در طراحی و ساخت ابزار تبدیل می کند.
ابتدا، مواد بدنه ابزار و قطعات متحرک باید دارای استحکام مکانیکی و چقرمگی ضربه ای عالی باشند. قاب اصلی و سازه انتقال اغلب از فولاد سازهای آلیاژی با استحکام بالا-سخت شده یا سطحی- برای تحمل بارهای ضربهای مکرر و تنشهای خمشی استفاده میکنند. برای محرکهای پنوماتیکی یا هیدرولیکی، پیستونهای داخلی، شاتونهای اتصال و سایر قطعات باید از فولاد با استحکام خستگی بالا و ماشینکاری خوب ساخته شوند تا اطمینان حاصل شود که ترکها و تغییر شکلها به راحتی در هنگام حرکت رفت و برگشتی با فرکانس بالا ایجاد نمیشوند.
مته جزء اصلی است که مستقیماً با توده سنگ تماس دارد. مواد آن باید به طور همزمان الزامات سختی بالا، مقاومت در برابر سایش عالی و چقرمگی کافی را برآورده کند. میله مته معمولاً از-فولاد آلیاژی با کیفیت بالا ساخته میشود، برای به دست آوردن استحکام کششی و مقاومت پیچشی بالا برای مقاومت در برابر ضربههای گشتاور و خستگی خمشی عملیات حرارتی- انجام میشود. انتهای کار مته معمولاً از محلولی از دندانه های کاربید سیمانی منبت شده استفاده می کند. کاربید سیمانی، با کاربید تنگستن به عنوان ماتریس، دارای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر حرارت بالا است، لبه برش تیز را در هنگام برش با سرعت بالا و شکستن سنگ ضربه ای حفظ می کند، و عمر مفید آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در سنگهای بسیار سخت یا سازندهای بسیار ساینده، کاربید سیمانی با فازهای چسبنده مبتنی بر کبالت{8}} افزوده شده یا مواد کاربردی درجه بندی شده را می توان برای بهبود مقاومت در برابر پوسته شدن ضربه انتخاب کرد.
برای شرایط کاری مختلف، انتخاب مواد باید مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی را نیز در نظر بگیرد. در{1}}دارای آب، مواد معدنی اسیدی-حاوی سازندهای سنگی یا عملیات مرطوب، مته و بدنه باید ترجیحاً از آلیاژهایی با مقاومت خوب در برابر زنگ زدگی ساخته شوند یا برای جلوگیری از خوردگی ناشی از تضعیف استحکام و دقت، تحت عملیات حفاظتی سطحی مانند آبکاری، نیتریدینگ یا پاشش سرامیکی قرار گیرند. محیطهای با دمای{4}بالا یا عملیات مداوم{5}شدت بالا میتوانند دمای سطح تماس را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. در چنین مواردی، موادی با رسانایی حرارتی خوب و حفظ سختی{7}در دمای بالا باید انتخاب شوند تا از سایش سریع به دلیل نرم شدن حرارتی جلوگیری شود.
علاوه بر این، انتخاب مواد باید با فرآیند تولید سازگار باشد. آلیاژهای با سختی بالا به سختی ماشینکاری میشوند و برای اطمینان از استحکام پیوند بین کاربید سیمانی و بدنه فولادی و جلوگیری از جدا شدن در حین استفاده، به روشهای شکلدهی و جوشکاری دقیق نیاز دارند. برای مته ها و میله های قابل تعویض، مواد استاندارد شده و مشخصات عملیات حرارتی قابلیت تعویض و کارایی تعمیر و نگهداری را بهبود می بخشد.
به طور کلی، انتخاب مواد برای ابزار حفاری سنگ باید به طور جامع استحکام، سختی، چقرمگی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی را در نظر بگیرد، در حالی که با نوع سنگ، محیط کار و فرآیند ساخت نیز هماهنگ باشد. فقط ابزارهای مبتنی بر انتخاب مواد علمی میتوانند شکستن کارآمد سنگ و-دوام طولانیمدت را در شرایط سخت حفظ کنند و پشتیبانی قابل اعتمادی را برای ساخت و ساز معدن و مهندسی ارائه دهند.
