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硬质合金—聚晶金刚石复合球齿的研制

杨昆  
【摘要】:潜孔钻头采用冲击为主,冲击加回转的凿岩方式进行碎岩钻进,要求凿岩球齿不仅要具有较高的抗冲击性,还要具有极强的耐磨性。硬质合金球齿因具有较高的抗冲击性和较好的硬度而被广泛应用于潜孔钻头中,但是当潜孔钻头钻进坚硬研磨性岩层时,硬质合金球齿由于耐磨性不足而很快磨损,从而导致钻头报废。复合片球齿由聚晶金刚石层与硬质合金衬底构成,复合片球齿具有极高的耐磨性,但是复合片球齿的抗冲击性不足,难以满足潜孔钻头对抗冲击性的要求。课题通过大量室内试验验证了:硬质合金球齿具有较高的抗冲击性,复合片球齿具有极高的耐磨性。 针对硬质合金球齿耐磨性不够,复合片球齿抗冲击性不足等不能满足潜孔钻头使用要求的问题,课题设计了一种能在潜孔钻头应用中满足既耐冲击又耐磨的硬质合金-聚晶金刚石复合球齿,它采用在硬质合金球齿上成孔,并焊接上聚晶金刚石的方法,很好地结合了聚晶金刚石的耐磨性与硬质合金的抗冲击性。课题通过大量室内抗冲击性试验和耐磨性试验,测试了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的抗冲击性能和耐磨性能,验证了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的性能优势。 课题得到的主要结论有: (1)通过对硬质合金球齿进行的室内抗冲击试验,得知其抗冲击性完全可以满足潜孔钻头的使用要求;经室内磨耗比测定,证实硬质合金球齿耐磨性较低,无法满足潜孔钻头钻进坚硬岩层时对球齿耐磨性的要求。 (2)通过对复合片球齿进行的室内磨耗比试验,得知其耐磨性极高,完全可以满足潜孔钻头钻进坚硬岩层对球齿耐磨性的要求;经室内抗冲击试验,证实复合片球齿抗冲击性较低,无法满足高风压潜孔钻头的抗冲击能力要求,并分析了复合片球齿抗冲击性不足的原因。 (3)设计了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿,分析了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的设计原理,并介绍了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的加工工艺。 (4)通过室内抗冲击性试验和磨耗比试验验证了:硬质合金-聚晶金刚石复合球齿抗冲击性强于复合片球齿,耐磨性强于硬质合金球齿,并分析了其中的原因。


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