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胎体性能设计马会开开奖结果

添加时间:2020-01-27

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  由于岩层复杂多变,深孔金刚石钻头在孔底承受着复杂的压、扭和冲击应力。考虑到胎体是粘接金刚石和钻头钢体的载体,因此对胎体性能提出了较高要求。

  金刚石钻头的质量指标主要有硬度、耐磨性、抗冲击韧性、抗冲蚀性、抗弯强度和胎体线胀系数。还有胎体密度、胎体热性能和包镶金刚石能力。胎体密度实际上间接反映了胎体硬度与耐磨性;胎体热性能涉及其线膨胀系数;而包镶金刚石能力的指标虽然重要,但目前还难以用仪器检测。在这些胎体性能中,硬度与耐磨性是最重要的指标,关系到钻头对岩石的适应性和钻进效率。热压金刚石钻头的胎体性能主要由胎体材料和热压工艺确定,其中前者是矛盾的主要方面。深部钻探对金刚石钻头胎体性能的基本要求:

  2)对金刚石有良好的浸润性,能把金刚石牢固包镶住;同时具有一定的化学稳定性,在高温下不与金刚石起反应。

  胎体材料主要由骨架材料和黏结金属两部分组成。常用的骨架材料是碳化钨和钨钴合金,它成型性好,对金刚石侵蚀性小,与多种金属有较好的润湿性,且化学稳定性高,具有足够的强度与硬度。如果加入少量碳化钛、钴、镍、锰、马会开开奖结果!铬等金属粉料则可以改变胎体的性能。而常用的黏结金属是铜基合金,以铜为主外加钴、镍、锌、锡、锰、银等金属,具有熔点低、对金刚石浸润性高的特点,其液态浸入骨架材料孔隙形成假合金,把金刚石黏结在一起,并与钻头钢体牢固焊合。

  从金刚石钻头的孔底钻进过程来分析,应以胎体耐磨性作为胎体性能的主要指标更为合理。但由于胎体硬度在一定条件下与耐磨性基本一致,加之硬度的测定方法简单方便,所以目前业内仍以胎体硬度作为金刚石钻头的主要指标。测量金刚石钻头胎体硬度的HR-150A型布洛维硬度计如图6-1所示。

  应区别胎体硬度与金刚石钻头的硬度。不能用前者代替后者,因为胎体中孕镶了一定浓度的金刚石,而测试钻头硬度时往往测得的只是纯胎体硬度。胎体硬度相同的金刚石钻头可能钻进效果差异较大,可解释为金刚石的浓度和粒度不同,胎体合金对金刚石的包镶强度不同。这是设计和使用钻头时应注意的地方。

  金刚石钻头的胎体硬度应根据岩石的压入硬度和研磨性来设计。总的思路是,钻进过程中胎体必须超前于金刚石被磨损,以维持金刚石的良好出刃状态。坚硬致密岩石钻进中形成的岩粉颗粒小且单位时间产生的岩粉量少,对胎体磨损轻,金刚石不易出刃,因此应采用软胎体;相反,钻进软岩时单位时间的岩粉量大,颗粒粗,易磨损胎体;为防止金刚石出露过多而脱落,宜选用较硬胎体。在强研磨性及硬脆碎地层宜采用高硬度胎体;在弱研磨性或软地层中宜用低硬度胎体。

  调节胎体硬度一般有两种途径,一是调整胎体成分及骨架材料和黏结金属的配比;二是调整热压压力和温度等工艺参数。

  胎体骨架材料多采用碳化钨和YG8材料,其含量为20%~60%;黏结金属多采用铜-锡-锌合金材料,含量25%~45%;而用于提高胎体综合机械性能的镍、钴、铁、钛、锰等单质金属含量15%~30%。一般规律是,碳化钨含量高,胎体硬度和耐磨性随之提高,用适量钨、钼等金属替代碳化钨可降低胎体硬度;黏结金属中增加锌、锡会使胎体硬度降低,而增加锰等金属则可提高胎体硬度。

  我国把金刚石钻头胎体硬度分为六级(0~Ⅴ级),硬度范围在HRC10~HRC45之间(表6-1)。表镶金刚石钻头对胎体硬度要求不太严格,一般在Ⅲ~Ⅳ级之间。

  金刚石钻进中,钻头工作层与岩石间的摩擦磨损属于黏着磨损和磨粒磨损的综合。在钻压合理的条件下,实际上只有工作层出露的金刚石与岩石接触,而钻头胎体表面与岩粉接触。岩石表面在出刃金刚石颗粒作用下产生局部应力集中,出现压碎、犁削、张裂与塑脆性剪切破碎,这属于黏着磨损过程。而产生的岩粉就成了存在于胎体和岩石之间的磨粒。钻进过程中胎体磨损的主要形式是磨粒磨损,这是设计金刚石出刃的基本条件和依据。

  胎体的耐磨性是金刚石钻头的重要性能指标之一。如前所述,胎体的耐磨性与硬度是两个不同的物理概念,但又有一定的关系。硬度相同的胎体其耐磨性可能不相同,因为胎体合金的内部含有金刚石颗粒,因而胎体的磨损状况不同于金属材料的摩擦磨损,胎体的硬度与耐磨性在很大程度上要受到金刚石的影响与制约。一般配方和金刚石参数相同的胎体,硬度高者耐磨性亦高;不同配方的胎体,即使金刚石参数相同,其硬度与耐磨性可能不同。

  设计热压金刚石钻头胎体耐磨性的基本原则是,岩石的研磨性越强,胎体的耐磨性应越强;在弱研磨性岩石中可选择低耐磨性胎体的钻头;必须保证胎体超前磨损,但又不能磨损过快导致可用的金刚石过早脱落,影响岩石破碎效果。

  可以在MPx-2000型摩擦磨损试验机(图6-2)上测试胎体耐磨性。以Φ50mm碳化硅或白刚玉小砂轮直接磨损8.5×8.5×15mm试样的绝对磨损量(mg)来衡量耐磨性。在一定压力、转数和时间条件下,磨损量越大说明越不耐磨。

  胎体的耐磨性与胎体中骨架材料的比例密切相关。骨架材料作为一种硬质磨粒,既发挥耐磨作用,又能调整钻头自锐能力。硬质磨粒越多其耐磨性越强,金刚石的出刃就慢。不同骨架材料的硬度与耐磨性能也不相同,相同配比的胎体材料中,含高耐磨性骨架材料(如铸造碳化钨)的胎体耐磨性高;含低耐磨性骨架材料(如钨粉、钼粉与铁粉)的耐磨性较低。骨架材料可以混合使用达到改变钻头耐磨性能的目的,例如用铁粉钨粉替代一部分碳化钨可以降低胎体耐磨性。

  黏结材料对胎体耐磨性的影响与骨架材料正好相反。胎体粘结材料随着铜合金含量增高胎体的耐磨性降低,反之亦然。表6-2列出了部分使用过的胎体耐磨性测试结果,以试块累计被磨损的体积衡量其耐磨性。

  由表6-2可以看出,黏结金属与骨架材料成分相同,但比例不同的胎体性能也不相同,碳化钨骨架材料的胎体比铁基胎体的硬度和耐磨性高很多,胎体硬度高耐磨性也高。这说明,改变黏结金属与骨架材料的比例可以改变胎体性能。

  781#与35#配方的胎体硬度相差不大,只是由于骨架材料不同其耐磨性相差悬殊。这说明骨架材料对胎体的耐磨性有很大影响。采用多元型骨架材料,如在碳化钨基础上加入适量碳化钛等碳化物,将改变胎体性能。

  烧结规程也对胎体性能有影响。同为63#配方,采用复烧强化的胎体硬度降低,但耐磨性却有所提高。因为增大烧结压力,提高压实密度将增大粉末冶金产品的硬度。这个原理对于烧结金刚石钻头同样适用。