胎体式复合片钻头保径方式研究(可编辑)

胎体式复合片钻头保径方式研究 密级 分类号 编号 十匆大学 硕士学位论文 论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 脸签式复金丘鱼煞堡径友式笪丑究 学科专业一一丝厦工程硅蚩挝抖皇王县友自. 研究生姓名 王佳壶 导师姓名及 裁陆功谭洛 韭缉独 教援帆四四 四 密级?? 硕士学位论文 胎体式复合片钻头保径方式的研究作者姓名: 王佳亮 学科专业: 地质工程碎岩椭工具方向 学院系、所: 地球科学与信息物理学院 指导教师: 张绍和教授 论文答辩日期墨丝兰堕 答辩委员会主席 中 南大学 ?口 年多具原创性声明 本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 拓者签名: 蕴逊 日期:吐年三月且日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论 文,允 许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内 容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》, 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期:丛年上月』珀 拓者签名:翻喜师签名摘要 胎体式复合片钻头以其在中硬地层钻进效率高,使用寿命长等优 点越来越广泛地被应用于地质钻探等领域。但是复合片钻头在中硬地 层钻进时保径效果不稳定,直接影响了复合片钻头的地层适用性。因 而如何针对地层性质和使用条件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 不同的保径 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是复合片钻头 的一个重要研究方向。本课题通过分析岩屑与金刚石和胎体之间的摩 擦磨损机理,以国内外现有的研究成果为基础,对复合片钻头保径孕 镶块的胎体配方、金刚石聚晶类型及排列方式、金刚石浓度和粒 度等 影响保径孕镶块耐磨性能的因素进行分析。本课题通过室内试验最终 优选出了保径孕镶块设计方案,并在现场试验阶段将采用优选保径方 案保径的复合片钻头与常规方式保径的复合片钻头进行钻进性能对 比,并根据实际使用情况对设计方案提出改进意见。 本课题主要研究了如下几个方面的问题: .从理论上探讨了复合片钻头的钻进机理,以及钻进过程中复合 片与岩石、胎体与岩石、岩屑与复合片及胎体之间的摩擦磨损性能特 征,寻找出了提高复合片钻头地层针对性的研究方向,为复合片钻头 保径结构的设计提供理论指导。 .从理论上分析比较了常规复合片钻头保径方案的优缺点,提出 了保径孕镶块胎体中金刚石聚晶形状及排布方式的设计方案。 .通过进行室内试验,测试了不同金刚石聚晶参数、金刚石参数、 胎体配方对保径孕镶块胎体耐磨性能的影响。 .指出了该课题可以进一步深入的领域。新型保径方案除了能应 用在复合片钻头上之外,还可以在金刚石扩孔器上应用,一定程度上 解决目前金刚石扩孔器耐磨性差的问题 关键词: 复合片,金刚石,金刚石聚晶,胎体配方,保径结构 ., .. , , , . , , . . . 砀: ’. , , , . . . . . ,’ , . 眦. . :,, ,, 目录 摘要??.. ?......?.. 目录?..? 第一章绪论.. .复合片钻头的发展历史及研究方向?.. ..复合片钻头的发展历史? ..复合片钻头的研究??. .国内外对钻头保径方式的研究 .课题研究的内容和意义..课题的研究内容和主要创新点..课题 的研究意义??.. 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 .复合片钻头碎岩机理研究?. ..复合片刻取岩石的机理? ..复合片钻头失效形式分析 .保径孕镶块胎体配方设计原则??.. ..保径孕镶块胎体的磨损机理??. ..保径孕镶块胎体应具备的特征及性能分析?. ..孕镶块胎体的骨架材料及性质?.. ..孕镶块胎体中粘结剂元素的作用? .保径孕镶块的金刚石参数设计原则?. ..金刚石的选用原则?.. ..金刚石聚晶的选用原则.. ..保径孕镶块金刚石粒度设计原则.. ..保径孕镶块金刚石浓度设计原则.. .本章小结??.. 第三章保径孕镶块的室内试验研究??.. .试验准备??.. ’ ..保径孕镶块试样的制备.. .. 砂轮准备. .耐磨性测试实验台准备. .胎体配方对孕镶块硬度及耐磨性能的影响?.? ..试验情况及结果?.? ..试验结果分析.金刚石聚晶对孕镶块耐磨性的影响?. ..试验情况及结果??. ..试验结果分析 .金刚石浓度和粒度对胎体耐磨性的影响 ..试验情况及结果??. ..试验结果分析 .本章小结??.. 第四章保径孕镶块复合片钻头的设计与制造 .保径孕镶块复合片钻头的结构设计?. ..保径孕镶块复合片钻头基本参数设计??. ..保径孕镶块复合片钻头水路系统设计??. ..保径孕镶块方案设计? ..金刚石复合片的选择? ..石墨磨具设计 .保径孕镶块复合片钻头的制作??.. ..混料及装料计算??.. ..保径孕镶块复合片钻头胎体热压烧结??. ..复合片高频感应钎焊?. .本章小结??.. 第五章保径孕镶块复合片钻头现场试验?. .地层概况??.. .现场钻探设备?. .. 一型岩心钻机??. .. 一型泥浆泵??. .使用情况??.. ..试验孔岩性概况及钻进 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 选择? ..新型保径方式复合片钻头钻进情况 ..试验结果对比与分析? ..推广前景分析 .本章小结??. 第六章结论与建议? 参考文献?. 致谢??. 攻读学位期间主要研究成果?... 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 .复合片钻头的发展历史及研究方向 ..复合片钻头的发展历史 是随着复合材料的发 复合片钻头 展而发展起来的一类切削型碎岩工具,国外在上世纪七十年代开始着手研究,八 十年代初正式投产。我国世纪末开始逐渐了解复合片钻头,上世纪年代 末引进少量复合片钻头进行试用,在“七五期间开始自主研究和制作复合片钻 头以满足国内钻探生产的需求。年代末我国一方面组织相关科研人员研究复 合片的生产工艺,另一方面开始直接从国外引进先进的复合片钻头生产设备, 年我国两条复合片钻头生产线相继投产,与此同时国内的科研单位也开始 逐步采用国产原材料试制复合片钻头,并在石油钻探中大力推广使用复合片钻 头,使国内复合片钻头的用量逐年上升口,。 复合片钻头是将聚晶金刚石复合片钎焊在钻头胎体上的一种切削型钻头。 按复合片钻头切削齿材料的不同,复合片钻头可分为胎体式复合片钻头和钢体式 复合片钻头璐。胎体式复合片钻头的切削齿是由铸造碳化钨粉末与其它金属粉末 材料经粉末冶金原理热压烧结而成,如图.所示;钢体式复合片钻头的切削齿 和钻头体是由碳素钢毛坯经机械加工而成,如图.所示。 合片. 舍金条 晶.?? 图胎体式复合片钻头结构示意图 图钢体式复合片钻头结构示意图 胎体式复合片钻头的切削齿结构形式多样,胎体表面耐冲蚀性强。钻头的保 径材料一般采用金刚石聚晶或金刚石,保径能力较强,保径效果较好,但是胎体 式复合片钻头的机加工工序复杂,与钢体式复合片钻头相比,其生产效率相对较 低。钢体式复合片钻头的生产工序较胎体式复合片钻头简单,钢体式复合片钻头 主要是依靠机械加工制作,其加工质量容易控制,但是钢体式复合片钻头的切削 齿的齿型结构简单,切削齿的表面抗冲蚀性能差,钢体式复合片钻头通常采用硬 质合金作为保径材料,保径效果较差睁。 复合片钻头的发展与复合材料的发展有密切关系。上世纪八十年代我第一章绪论 中南大学硕士学位论文 国一方面直接从国外引进复合材料,另一方面组织国内研究单位开发 复合材料。引进初期国产的复合材料的性能指标较国外复合材料有较 大的差距,但由于国外的复合材料价格昂贵,所以当时在我国钻探领域使 用的复合片钻头绝大多数采用的是国产复合材料。因为国产的磨耗比 指标较低,所以当时复合片钻头的钻头体也通常采用与磨损指标相匹配的 钢体式。随着近年来我国复合材料合成技术的迅猛发展,国产复合材 料的综合性能指标得到大幅提升。近年来我国成功研制出环齿型和爪型齿结构的 复合片,其磨耗比指标已达到万,热稳定性指标达到?,抗冲击韧性指 标达到单次,被称为高耐磨性、高硬度、高抗冲击韧性及高热稳定性的四高中南大学硕士学位论文 第一章绪论 计问题们。近年来流体动力学计算软件取得了显著发展,流体动力学数值模拟分 析的方法越来越的被国外复合片钻头生产厂家所采用。该方法综合考虑了复合片 钻头的井底流场、喷嘴射流对携岩效果等方面的影响。德国.博士等研 究人员总结出复合片钻头水力结构设计的基本原则是:?具有较高的井底水压力 降:?避免主切削齿附近低流速区的出现;?减小由于旋涡而导致岩屑返回孔底 几率的发生;?流道和流量分配合理。 .复合片钻头计算机辅助设计研究 近几年来钻头的实体仿真和工作状态仿真技术得到了突飞猛进的发 展。中国地质大学和吉林大学的相关科研人员采用计算机辅助设计软件对现有的 复合片钻头或虚拟钻头进行力学计算机模拟和工作状态模拟,对复合片钻头的使 用效果进行评估,对复合片钻头的设计方案进行进一步优化,从而最大程度上避 免了由于设计上的差距导致的经济损失,大幅减少了现场试验的次数和费用羽。 在钻头水力结构设计方面,近年来数值分析;速度测量技术发展 显著,其中技术利用粒子成像原理对整个流场同时进行记录,能够较为准确 的获得流场的瞬时动力学流动状态。目前技术已越来越受到流体力学科研人 员的认可;在计算机三维辅助设计方面,基于/的钻头三维计算机模 拟技术的研究有重大突破,相关研发人员在平台上成功开发出了 钻头三维计算模型,使的钻头设计手段多样化,加快了研发人员的设计速 度、提高了复合片钻头的设计质量射。 .复合片钻头焊接工艺研究 制造钻头的关键技术之一是如何解决复合片与钻头钢体之间的焊接强 度的问题。复合片钻头使用过程中,钎焊在胎体上的复合片在承担由于破碎岩石 而产生各种应力作用的同时,还要承受高压钻井冲洗液长时间的冲蚀。因此在实 际钻探过程中经常易出现由于复合片与钻头钢体之间钎焊质量不佳,造成复合片 分层,脱落等不良情况,严重影响了复合片钻头的使用性能。复合片虽然具有高 耐磨性,但是其金刚石层的热稳定较差,只能达到。左右,超过极限温度, 会影响复合片的抗磨损能力,导致钻头的使用寿命下降。因此复合片钻头钎焊工 艺一直是复合片钻头研发的一个重要方向,即确保钎焊过程中复合片金刚石层温 度不超过极限温度,此外还应确保金刚石复合片与钻头钢体之间的焊缝有足够的 抗剪强度和抗疲劳强度,保证复合片钻头在孔底工作时复合片不脱落。 上世纪中期美国开始着手进行钎焊工艺的研究,其研究人员得出结论,认为 低温钎焊是最佳的钎焊工艺,但低温钎焊的缺点在于其焊接强度受温度影响很 大。自美国研发人员采用了真空扩散焊接新工艺以来,国内科研单位相继组织技 术力量进行了低温钎焊工艺的改进。除低温钎焊工艺以外,真空扩散焊接工艺也中南大学硕士学位论文 第一章绪论 越来越广泛的应用于金刚石钻头的制造上。真空扩散焊接工艺可以一定程度上克 服由于钻头在钻进过程中温度升高而产生的钎料强度下降,最终导致的金刚石复 合片从切削齿上脱落等不良现象的产生。桑迪亚实验室的.博士经实验 总结出以下结论在钎焊操作时脱水方式、炉中冷却初温与冷却时间对焊 接强度都有不同程度的影响,其中冷却初温的影响最大,其次是冷却时间,脱水 方式对焊接强度的影响相对较少。.博士及其研究人员优化出的工艺参 数组合为:冷却初温?,保温时间,脱水剂易选用散装的丙酮。 公司的..等人研究表明,影响焊缝质量的另一重大因素是中间工艺夹层 材料,采用厚为的箔或箔作中间工艺夹层时的焊缝,剪切强度可以 得到有效提高钔。 .复合片质量研究 根据钻头使用中所暴露的性能上的不足及钻进硬地层、夹层等难钻地 层的新要求,几十年来,科研人员对质量改进的研究从未停止过, 取得的 研究成果如下: 世纪年代初期,公司推出了爪型结合界面的,聚晶金刚 石层和硬质合金层不是传统片的平行接触而是相互咬合,大幅降低了因为 聚晶金刚石层和硬质合金层由于热膨胀系数差异导致的残余应力的产生,减少了 由于残余应该而造成金刚石层从基体上脱落的几率,一定程度上提高了复合片抗 冲击和抗疲劳的性能们。近几年公司在计算机三维设计软件的辅助下又 成功研制出了一种环爪型复合片,即复合片表面上有一个.宽、相对于中心 区域要厚的环形区域,这种设计结构改善了金刚石边缘的应力分布、有 效降低了应力值,提高了复合片的耐磨性能和抗冲击性能刀。目前市场上的钻头 用几乎全部采用了非平面界面的结构引。 世纪年代中期美国休斯公司研发成功了金刚石层倒角技术。现在已经 得到了推广,该技术可根据地层的要求设计不同的倒角形式。采用金刚石层倒角 技术的片抗破损能力较普通片有很大的提高,特别是在非均质地层下 使用。 年休斯公司成功研发出了的金刚石表面抛光技术,和车削用 片须抛光金刚石表面一样,抛光后的用于钻探工作的片可明显减少复合片 本身在钻进过程中与地层的摩擦,有利于排粉和冷却,提高了复合片钻头的钻进 效率钔。 世纪初期年瑞特公司成功推出了金刚石层去钴的。采用这种新技术 的如由于金刚石表层不含钻,所以其耐热性较普通复合片要高,特别 是在钻进硬地层时能有效降低金刚石碳化几率的发生,减少片的磨损啪。 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 .国内外对钻头保径方式的研究 国内科研人员和学者对金刚石钻头的保径结构优化进行大量的研究和实验, 金刚石钻头的保径结构设计近几年来有了较大的发展,国内相关研究人员对钻头 保径结构的设计取得了以下研究成果: 黑龙江有色金属勘察队的刘银伟和长春工程学院的靖向党曾对金刚石钻 头不均不磨损进行了研究。研究结果表明传统金刚石钻头所设计的直型水口在使 用过程中会造成钻头内径方向磨损较快、钻头水口的冲洗液流速高,易在钻头外 径部分会形成涡流,严重影响钻头的排粉和冷却效果,加快了钻头外径冲蚀与磨 损。若将钻头设计成梯形水口则可以促使钻头的内外径磨损均匀,能有效避免钻 头底唇面和保径部位出现非正常磨损,对于在中硬地层钻进时效果尤其明显??。 中南大学地球科学与信息物理学院的张绍和教授等人,提出了金刚石钻头胎 体分层压制理论。通过研究表明,孕镶金刚石钻头在孔底破碎岩石时,钻头的受 力与磨损存在较大的差异,孕镶金刚石钻头在使用在工作一段时间后容易磨损成 较大曲率的圆弧形,或者出现钻头偏磨现象,影响了金刚石钻头的使用效果。多 层胎体钻头的工作层在沿钻头径向方向上设计三层或多层,其中内外径层胎体硬 度适当提高,中间工作层的胎体硬度耐磨性较弱。采用种设计方法制作的钻头在 钻进时钻头使用平稳,而且保径效果良好,提高了钻进效率,延长了使用寿命瞳副。 中国地质大学工程学院的杨凯华教授和桂林金刚石工业金刚石有限公司的 周天盛高工在设计应用于硬岩深孔钻进的金刚石钻头时,提出了一种新的保径结 构设计方案。该方案从钻头底唇面往上由三部分保径层组成。在工作层中采用了 高磨耗比、较小规格的金刚石聚晶保径;中间为特殊的金刚石聚晶保径部分;最 上部分采用的是金刚石微粉强化保径。这种保径结构属于强耐磨性和高耐冲蚀性 保径方案,具有较理想的保径效果,同时不影响钻进效果晗朝。 桂林金刚石工业有限公司的刘祖建高工在设计适用于砂卵石地层的金刚石 钻头时尝试采用方柱状热稳定型金刚石聚晶作为保径材料。其 研究表明,采用热稳定方柱型金刚石聚晶作为保径材料金刚石钻头在砂卵石地层 钻进时保径效果要优于采用常规金刚石聚晶作为保径材料的金刚石钻头瞳劓。 中南大学地球科学与信息物理学院的隆威教授等人设计了一种带金刚石孕 镶块的复合片钻头,该种复合片钻头在钻进中硬地层时,复合片切削齿的后部有 孕镶金刚石块支撑,金刚石孕镶块切削齿耐磨性强,胎体内添加了金刚石聚晶和 硬质合金,使得复合片钻头钻进时稳定性和保径性能有效提高强钔。 北京探矿工程研究所的科研人员经过大量实验,得出结论,保径材料的排列 形式对钻头的保径效果也有重要影响,为避免因聚晶过多参与碎岩过程而导致钻 速降低,聚晶的排列方式宜采用三角形排布,即靠近钢体端排布多,并向工作层中南大学硕士学位论文 第一章绪论 端递减?。 中国地质大学工程学院的段隆臣教授等人提出,钻头胎体设计成双锥面有利 提高钻头的保径能力。研究表明,由直边形改为双锥面形后,钻头增加了边刃, 保径部分明显增长,对于提高钻头的保径能力和使用寿命有明显的效果,特别对 单管钻头的效果更为显著。由于有了内外锥面的作用,金刚石钻 头的实际保径工 作层变厚,内外径得到了加强,保径效果得到改善陋。 吉林大学建设工程学院的孙友宏教授等人试制了采用金刚石条作为保 径材料的金刚石钻头,实验结果表明在胎体中添加金刚石条的保径效果要优 子在胎体中添加圆柱型金刚石聚晶。此外添加金刚石条的金刚石钻头钻进时 比常规钻头更加稳定?。 国外钻头研发人员为了进一步提高钻头的使用性能,对钻头的保径结构进行 了如下改良: 意大利的公司于年设计出了一种含有加强筋孕镶高胎体金刚石钻 头?.】。此钻头工作层胎体高度为,钻头的保径材料同样选用热稳定 性复合片,在实地的钻探生产中效果明显,取得进尺量达到了米,寿命增长 效果明显,保径效果良好口鲫。 型高胎体金刚石钻头保径材料选用热稳定 宝长年公司推出的 性聚晶金刚石和天然优质金刚石,实际钻探使用数据显示采用该 种方式保径效果 良好,有效避免了内外径过度磨损造成的钻头提前报废现象的产生嘲。 休斯公司在年推出的一款新型油田用复合片钻头,在锥齿与外部排齿之 间钎焊了一排修边齿,修边齿和井底平面之间有一个相对于钻孔侧壁之间 的倾角,有利于切削孔壁。第二切削结构的修边齿能有效清除外排齿间留下的残 余岩粉,可以提高钻头的钻进效率和保径能力??。 除美国休斯公司主动保径结构方面取得的研究成果之外,国外钻头研发人员 都在油田用复合片钻头保径结构设计方面进行研究,取得了一些专利技术。如美 国公司,发明了一种背锥齿结构,背锥齿为球头或楔形齿,突出钻头基体一 定高度,由于与孑壁部分接触少,增大了单位面积的钻压,提高了钻头的碎岩效 率,同时由于背锥齿与孔壁之间有一定的间隙,有利于钻井液对切削齿的冷却与 排粉九。 目前国内外对地质取芯类复合片钻头的保径方式改良的研究尚 无详细报道, 钢体式复合片钻头通常在切削齿边缘上钎焊硬质合金条作为钻头的保径结构,胎 体式复合片钻头采用在胎体粉末内添加金刚石聚晶作为保径材料。由于传统的钢 体式复合片钻头仅靠硬质合金条作为保径材料,虽然制作工艺简单,生产成本低, 但其保径效果不佳直接影响了钢体式复合片钻头的地层适用性。通常钢体式复合 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 片钻头由于保径效果不佳不能适用于中硬以上地层,胎体式复合片钻头由于采用 热压烧结工艺制作,在胎体中添加金刚石聚晶作为保径材料保径效果优于钢体式 复合片钻头。但常规复合片钻头胎体不同于热压孕镶金刚石钻头胎体中含有金刚 石,所以胎体式复合片钻头的保径效果比热压孕镶钻头要差,直接影响了胎体式 复合片钻头的应用推广。 .课题研究的内容和意义 ..课题的研究内容和主要创新点 本课题分为两阶段进行,在第一阶段的室内试验中,从保径孕镶 块胎体配方, 金刚石聚晶形状和排布的方式,金刚石浓度和粒度等影响孕镶块耐磨性能的因素 着手,有步骤地与传统保径方式进行对比,最终优选出最优的组合方案。第二阶 段的现场试验中,制作采用新型保径方式的复合片钻头,在其他设计参数和使用 参数完全相同的前提下,与传统复合片钻头进行现场钻进对比,体现采用新型保 径方式保径的复合片钻头在保径效果、钻进效率、使用寿命上的优越性。 课题的创新点包括如下几个方面: 从理论上分析各种因素对保径孕镶块性能的影响,指导保径孕镶块配 方参数的设计; 通过理论分析与室内外试验,设计出了针对不同地层的保径孕镶块设 . 计方案; 通过理论分析与室内外试验,设计出了针对不同地层的保径孕镶块的 金刚石浓度、粒度设计方案。 ..课题的研究意义 本章第一节概述了复合片钻头近年来的发展趋势和研究方向。这些技术大都 是从提高金刚石复合片质量的角度提高复合片钻头的钻进效率和使用寿命,扩大 复合片钻头的使用地层。但是有~点始终没有改变的是复合片钻头的保径效果不 稳定,保径结构设计单一。因而如何针对地层性质和使用条件设计不同的保径方 案是复合片钻头的一个重要研究方向。当前石油与地质勘探区域越来越广阔,这 也对复合片钻头的使用提出了新的要求,要求生产单位能够迅速根据现场地层情 况设计并制造出合适的钻头以满足快速钻进的需求。为此,本课题通过分析岩屑 与金刚石和胎体之间的摩擦磨损性能特征,以国内外现有的研究成果为基础,从 保径孕镶块的胎体配方、金刚石聚晶选型、金刚石浓度和粒度等角度进行分析, 对现有复合片钻头保径方式进行综合评价,并对现有方案进行有针对性的改良。 在生产制造过程中,采用先进的制造技术,根据特定区域的地层 特点,设计制造 出不同保径方案的复合片钻头,力争解决复合片钻头在中硬.硬地层中钻进时保 第一章绪论 中南大学硕士学位论文 径效果差的问题。本课题以提高复合片钻头在中硬.硬地层中钻进的保径效果为 主要研究内容及目的,其研究成果将对于完善我国复合片钻头设计具有较大的意 义。同时,所设计的钻头若能批量投入市场使用,将带来巨大的经济效益。中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 .复合片钻头碎岩机理研究 复合片钻头能够快速地破碎岩石,主要是因为其钎焊在钻头胎体上的金刚石 复合片在钻头高速旋转过程中,充分发挥了切屑刃的作用,有效地刻划了岩石。 ..复合片刻取岩石的机理 在岩石的各个力学指标中,岩石的抗拉强度最低,抗压强度最高,抗压强度 往往比剪切强度高数倍,所以在破碎岩石的过程中采用切削的方 法破碎岩石最为 有效口副。早期的合金钻头被称为切削型钻头,由于硬质合金切削刃受压面积较大、 且硬质合金不耐磨,因此导致在钻进较硬地层过程中合金钻头磨损严重。复合片 钻头是切削型钻头在技术工艺条件下的改良。由于聚晶金刚石层非常坚硬而且聚 晶金刚石层比碳化钨基底层的抗磨性能高倍以上,故聚晶金刚石复合片在切 削过程中其刃口能够达到自锐,锐利的刃口切入地层后,在扭矩作用下向前移动 切削岩石,复合片钻头充分利用岩石剪切强度低的弱点,发挥了高速切削碎岩效 率高的优势?。 复合片钻头钻进中硬及中硬以下岩层时,其破碎岩石主要以切削为主,研磨 作用、压裂压碎作用为辅副。其钻进原理如下:切削齿的轴向压力向下压入 岩石,如图.所示。当切削齿与岩石接触面的压强达到或超过岩石的压入硬度 时,在轴向力的作用下,切削齿切入岩石。此时岩石发生脆性剪切,碎裂的 岩屑向自由面崩出然后切削力在水平力【作用下发生水平剪切的过程,如图. 所示。首先将切削齿刃前的岩石剪切掉,称之为大剪切,力突然减落下来。 当切削齿继续前进时,在切削齿刃尖前端不断发生小体积剪切,崩落出小体积的 岩屑。经过不断地小体积剪切后,切削齿刃前与岩石接触的面积逐渐增大,直至 又达到 ’全面接触时,然后又发生一次 大剪切。因此,在岩石中 回转切削过程是由数个小剪切和一个大剪切所组成的不断循环的过程啪。同时, 切削齿的两侧也随着剪切的大小不同而变化。当发生小剪切时,槽宽几乎与切削 齿的宽度差不多;当发生大剪切时,宽度增大。因此岩面上切削槽的宽度基本上 是有规则变化的。切削槽的底面也不是平整一致的,随着小剪切和大剪切交替循 环过程,槽底呈高低起伏不平的状态口。 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 图切削具切入岩 图岩石回转切削过程 ..复合片钻头失效形式分析 复合片钻头的失效形式主要分为三种:聚晶金刚石复合片的正常磨损;聚晶 金刚石复合片的非正常损坏;复合片钻头内外径过度磨损啪。 .影响聚晶金刚石复合片磨损的主要因素 在破碎岩石的过程中,切削齿与地层产生连续或者间歇的接触和摩擦,造成 切削齿的磨损,聚晶金刚石层与硬质合金衬底的脱落是复合片失效的主要形式, 约占磨损总量的%。影响复合片磨损速度的主要因素有如下几个方面九: 钻压:钻压是将切削齿压入地层的作用力。随着钻进压力的增加,切削 齿进入地层的深度就会增加,碎岩效率也相应增大,但是增加到一定程度,机械 钻速反而会下降,这是因为随着切削齿切入地层深度的增加,扭矩也相应增加, 增大了钻头的作用载荷,降低了钻头的钻进速度。钻压增大,摩擦力就会增加, 复合片磨损速度随正压力增加而加快。复合片的磨损速度与切削齿正压力成正比 例函数关系。 转速:复合片钻头是靠切削齿绕钻头轴线转动来产生剪切力。切 削齿的 线速度与转速成正比例关系。转速增加,切削齿的线速度就增加,复合片与地层 接触的工作时间就增加,磨损速度也会加快。复合片磨损速度与转速也成正比例 函数关系。 岩性:复合片磨损速度与岩石的岩性有着密切的关系。岩石抗剪切强度 增加,高硬度石英成分含量的增大,都会增加切削齿的工作载荷,复合片的磨损 速度会相应随之增大。 钻井液性能:钻井液在切削齿的工作过程中起冷却、润滑作用。复合片 的磨损速度与接触面的温度成正比列关系,温度越高,磨损速度越快。因此钻井 冲洗液在切削过程中能否起到很好的冷却和润滑作用,也对切削齿的磨损速度有 影响。 .影响聚晶金刚石复合片非正常损坏的主要因素 复合片的非正常损坏主要是指其金刚石层的大块剥落和切削齿的崩裂及脱 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 落等,复合片的非正常磨损是钻头使用中的一种主要失效形式,影响复合片 非正常磨损的因素如下?: 钻具在井内传递给钻头的动力不平稳:由于钻孔的不规则,使钻柱在传 递动力的过程中与孔壁摩擦改变了动力的平稳性,会产生冲击载荷。钻头在孔底 也会随着转速的大小而产生涡动,转速越快,涡动越剧烈,产生的冲击载荷也越 大。 孔底切削面不平整:由于地层的岩性不均匀和地层倾角的存在,导致了 切削齿的受力不均匀,增加了切削过程中的冲击载荷。此外顿钻、溜钻等送钻不 均匀现象,也会导致切削齿非正常损坏。 钻头扭矩过大产生反向运动:复合片钻头的切削齿是通过钎焊方式焊接 于钻头胎体上。当切削齿正常工作的时候,金刚石层后面有胎体支撑,可以承受 很大的载荷。但是切削齿反向切削时,切削力作用于金刚石层的背面,失去胎体 的支撑,就很容易造成金刚石层的脱落。冲击载荷是造成切削齿 非正常损坏的主 要因素。 .影响复合片钻头内外径过度磨损的主要因素 水力冲刷:钻头的冷却、散热和孔底岩屑的冲刷都是要通过钻井液来完 成。钻井液对钻头体的冲蚀作用,主要表现为钻井液到达井底后,携带许多岩屑 的钻井液形成逆向流,对钻头不断水力冲刷、磨蚀,从而导致钻头胎体过度的损 坏。 钻头保径结构的胎体配方设计不合理:钻头保径结构胎体的硬度与岩石 耐磨性不匹配,造成钻头不耐磨,使钻头胎体被快速磨损,最终因钻头内外径过 度消耗,达不到 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求的尺寸从而导致钻头提前报废。 .保径孕镶块胎体配方设计原则 ..保径孕镶块胎体的磨损机理 保径孕镶块是通过粉末冶金原理采用热烧结法制成,其主要作用是保护复合 片钻头的胎体,减少由于钻头胎体过度磨损而造成钻头内外径尺寸超过规范要求 而提前报废情况的发生。 金属结合剂胎体在金刚石烧结制品中主要起固定金刚石的作用,其磨损过程 具有较复杂的摩擦学特性。孕镶块胎体的磨损主要由孕镶块胎体与岩石、孕镶块 胎体与岩粉以及孕镶块胎体与残留孔底的金刚石相互作用而产生,主要表现是非 金属材料对金属材料的作用?。因此,保径孕镶块胎体的磨损包括以下几个方面: 当孕镶块胎体中金刚石出刃较小时,孕镶块的胎体易发生磨粒磨损,其 磨损过程类似于非金属硬质材料对金属材料的磨损。中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 被金刚石切削下来的岩屑以一定角度和能量冲击胎体表面,使胎体受 到冲蚀磨损,同时岩屑与冷却液形成研磨膏类的物质,由于滞后于胎体的运动速 度,使胎体受到“研磨膏”的浸蚀磨损。 断裂、破碎或脱落的金刚石碎屑,夹杂在岩屑中与冷却液形成“研磨 膏”,与胎体作用使胎体受到浸蚀磨损。 通过以上分析可知,孕镶块胎体的磨损与金刚石的磨损是相互作用、相互 制约的,由于孕镶块胎体的磨损,使的胎体中金刚石的出刃量逐渐增大,导致金 刚石的磨损也逐渐加大,最终使得金刚石断裂或脱落,从而加剧了胎体的磨损。 孕镶块的胎体主要起到如下作用: ?分散和把持金刚石; ?使金刚石具有一定的出露量; ?减小金刚石从胎体中过早脱落的几率; ?充当将钻进时产生的热量迅速传递的散热体; ?分担由于冲击而产生的荷载,保护胎体中的金刚石。 ..保径孕镶块胎体应具备的特征及性能分析 保径孕镶块的胎体是由单质金属粉末或合金粉末通过热压烧结而成。作为保 径孕镶块的胎体,应确保在钻进的过程中具有较高的耐磨性能,同时又要把持金 刚石,防止其过早脱落。这就要求胎体应具备下述性能喇: 胎体与金刚石有良好的粘结性能 由于金刚石与金属的粘结性能与界面能有关。金刚石与一般金属之间的界面 能较大,所以金刚石与一般金属的润湿性较差。但是、等碳化物形成元素 对金刚石有较好的浸润性,铁族元素对金刚石的浸润性能较差, 铜则几乎不与 金刚石发生浸润。胎体金属对金刚石浸润性为胎体与金刚石的粘结强度提高创 造了前提条件,但不能将浸润性作为衡量胎体粘结强度的唯一指标。 胎体具有较高耐磨性能和抗冲击性能 一般用胎体硬度来衡量胎体的耐磨性能,通常认为胎体的硬度越大则耐磨性 能越高。所以胎体应具备一定的抗冲击能力,因为钻头在钻进的过程中,岩石对 钻头产生的振动、冲击较大。 胎体成分对金刚石无侵蚀或只有轻微侵蚀 金刚石的化学成分是碳,所以金刚石具有碳的一切化学属性,如高温氧化及 燃烧,能和若干金属元素形成金属碳化物。在?时,若胎体结合剂中含有金 属元素铁,则金刚石开始以碳元素形式渗入到铁中,造成金刚石表面的侵蚀;当 温度继续升高到?时,金刚石全部溶于铁中?。其他如、、、等碳 化物形成元素,在金刚石达到碳化温度后都会一定程度上对金刚石产生侵蚀作 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 用。金属对金刚石的侵蚀程度与金属粉末颗粒的大小和粒度,生产过程中氧化与 还原气氛,烧结温度和时间等都有密切关系。 金刚石表面的侵蚀通常分为轻微、中等和剧烈三类。金刚石立方体的表面上 有微小的刻蚀则称为轻微侵蚀;金刚石所有表面上都有刻蚀则称为中等侵蚀;剧 烈侵蚀是指金刚石表面有深度刻蚀,晶体的棱角完全不存在。通常情况下轻微 和中等侵蚀对金刚石性能影响较小,而剧烈侵蚀会降低金刚石制品的使用性能。 胎体要求适当的烧结温度 试验研究表明,在空气中煅烧金刚石,?时金刚石开始减重,金刚石晶 体色泽发生变化;?时金刚石质量明显下降,变得疏松易碎,至?金刚 石完全燃烧,发出白光。有氢气保护气氛和金属粉末覆盖的金刚石,只要达到金 属粉末与碳发生化学作用的温度,金刚石都会不同程度的受到侵蚀作用。 胎体的烧结温度低于?时,对金刚石的抗冲击强度不会产生影响: 而当 烧结温度在??时,金刚石的冲击强度会微小降低。金刚石单个晶粒 内部的张力造成了金刚石强度的损失。强度损失与金刚石的品级有直接关系,内 部张应力是由金刚石和所含金属杂质的热膨胀率不同而引起。较高的烧结温度会 产生较大的张应力,过大的张应力会使晶粒产生裂纹,引起金刚石冲击强度降低 姻 胎体应具有良好的压制工艺特性 胎体的压制工艺特性主要是指胎体的压实性和成型性。热压烧结相比于冷压 烧结其对胎体成形性要求较低。在冷压块制造时,采用先预压的试块,则冷压块 坯体比成品尺寸要高%~%,所以要求压坯具有一定的强度,即胎体要具有 较好的成型性,和适当的压坯强度钔。 胎体的压实性能与粉末的流动性能成正比,若粉末颗粒之间的内摩擦力小, 则在较小的成型压力下,就能达到规定的成型密度。但是流动性好的粉末由于其 粉末颗粒间的相互交联、啮合较少,所以其强度较差。 影响胎体的压制性能好坏的因素如下:金属粉末的性能、粒度、表面状况、 形状等嘲。如细颗粒、形状复杂的粉末成型性比较好。电解铜粉成树枝状而雾化 铜粉成球状,所以电解铜粉的压制性比雾化铜粉要好。金属粉末表面吸附杂质较 多时,其成型性能相对较差。 胎体应具有良好的工艺稳定性 在工业生产中,特别是自动化水平不完善的生产厂家,生产过程易受到设备 条件、模具尺寸甚至周围环境等因素变化的影响,造成测量仪表显示的工艺参数 与实际达到的工艺参数有一定的差距,从而影响了烧结制品的性能,产生批次产 品质量不一致。工艺稳定性是指胎体对烧结工艺的敏感性。不同的胎体配方对工中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 艺参数的敏感程度各不相同,工艺稳定性较差的胎体配方不利于大批量投产璐?。 不能造成公害 胎体粉末在生产中不能产生污染和有毒气体,危害环境。 ..孕镶块胎体的骨架材料及性质 保径孕镶块的胎体可划分成五大部分:胎体骨架材料;粘结金属;碳化物形 成元素;提高胎体机械性能的元素;填充料哺如。 目前,胎体中所使用的骨架成分一般为难熔金属的碳化物,它们具有熔点高、 硬度大、且具有金属的特性。胎体骨架成分的要求主要有以下几点: ?具有一定的硬度,防止金刚石产生错位; ?良好的冲击韧性; ?良好的导热性能; ?良好的压制性能。 根据上述要求, 、、和可作为胎体骨架成分。在设计中一般 用,它的导热率最高,热膨胀系数与金刚石接近,并且有较高的弹性模量和 硬度,成形性较好强钔。 .骨架材料含量对孕镶块胎体性能的影响 孕镶块胎体中由于有硬质点的存在,阻碍了位错线的运动,材料的变形是由 于其内部的位错线在外力作用下移动而产生的泓。根据奥罗万机构,位错线不能 直接超过基体的硬质点,但在外力的作用下,位错线会环绕硬质 点发生弯曲,最 后在硬质点周围留下一位错环而让位错通过,位错线的弯曲将会增加位错影响区 的晶格位错影嗬区的晶格畸变能,这就增加了位错线运动的阻力,使变形抗力增 大汹。根据这一机理,屈服极限可用下式表示: ? 。:丝 ’ 五 式中:??材料的屈服强度; ‖??切变模量; ??柏氏矢量; 五??硬质点间距。 从式.可知强度与硬质点间距成反比,通过调整硬质点的数量和分布,就 可起到控制强度的目的,但是添加硬质点的量超过一定值后,即硬质点的数量形 成连续的硬质“骨架”时,颗粒强化机制将作用,强度提高的同时,硬度也随之提 高四。 .骨架材料粒度对孕镶块胎体性能的影响 骨架材料的粒度与孕镶块胎体的硬度和耐磨性有直接的关系,无论是铜基还 是铁基结合剂,硬质材料的粒度越细,孕镶块胎体的强度与硬度都相应提高,这 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 说明粉末粒度对烧结制品力学性能影响与常规的粉末烧结理论是一致的璐。从相 关资料上可以判断随粉末粒度的细化其胎体耐磨性能也将会随之提高,这是因为 在硬质材料粒度细化的情况下,相同用量条件下,硬质材料的分散性好,粉末总 表面大,硬质相的分散性好,不易相互聚集旧。在烧结制品中,这些能够与结合 剂结合的硬质材料主要依靠是表面的物理结合,而能实现冶金结合的则很少,硬 质材料比表面的增加无异将提高与基体间的结合。 ..孕镶块胎体中粘结剂元素的作用 在金刚石烧结制品中,粉末中的金刚石通过粘结剂来固定。粘结剂常分为金 属粘结剂,树脂粘结剂,陶瓷粘结剂等。金属粘结剂又包括电沉积金属,烧结金 属和预合金粉末制成的合金。为保证金属结合剂金刚石工具的使 用性能,金属粘 结剂应具备如下性能: 与金刚石热膨胀系数接近 具有良好的润湿性 保证质量的同时,烧结温度和成型压力越低越好 金属粉末和尺寸形状符合工艺要求 因此,适合于作胎体粘结成分的金属主要有:,,,,,, ,等,其熔点和密度如表.所示。 表. 常见金属结合剂的熔点和密度 确定了粘结剂以后,根据胎体硬度和耐磨性,确定粘结剂加入量是一个需要 研究和探讨的问题。若加入量太多,在骨架材料颗粒和金刚石颗粒之间形成较厚 的粘结金属层,但是粘结材料的耐磨性远远低于金刚石的耐磨性,从而降低了钻 头胎体的硬度和耐磨性,使钻头在钻进过程中胎体磨损过快,金刚石容易脱落, 钻头失去钻进能力。加入量过少,在金刚石颗粒之间、骨架材料颗粒之间没有足 够的粘结剂起连接作用,使胎体中金刚石不能有效连接成一个牢固的整体而产生 裂纹,易掉块旧。实践证实,粘结剂在胎体配方中的含量应在%% 之间较 为理想,并且依据具体用量的多少,严格控制烧结工艺。 胎体配方是由骨架相和粘结相所构成,配方中含有多种金属元素,所以烧结 后的胎体是多元合金。由于胎体中粘结剂的加入量不同,胎体烧结温度也不同, 各元素在合金中的溶解度不同,所以各元素在胎体中的作用也不同。 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 中南大学硕士学位论文 在胎体中的作用 钴的熔点为?,钴的含量在对胎体性能有重要影响。在烧结的过程中, 一部分钴溶于金属合金中,提高金属合金的强度和耐磨性,一部分则在胎体中充 当骨架相。钴是钻头胎体中的重要的粘结相,在多元系烧结温度下,由于易熔成 份熔化,使得分子之间的间距减小,促进了烧结制品的收缩致密化过程九。 ?镍在胎体中的作用 镍在胎体中主要去起提高胎体强度和耐磨性的作用,一部分镍溶于合金中, 提高了烧结制品胎体性能;一部分以纯固相形式存在,镍溶于金属合金中的由烧 结温度和配方中镍的含量所决定砸?。镍与胎体中的铜、锌在热压时形成.或 ..固溶体,使胎体材料的力学性能得到提高。但镍在胎体中的含量必须 控制在一定的范围之内,通常%为宜。在基粘结剂中,通过加入一定 量的,能更好的改善胎体的烧结性能。 ?锰在胎体中的作用 在胎体中添加适当的锰可以在烧结过程中降低胎体的氧含量,锰的作用包括 两个方面:一方面锰可以与胎体金属粉末颗粒吸附的氧发生氧化反应,形成 ;另一方面锰在烧结过程中可以还原、表面的氧化膜,从而促进烧结, 显著提高胎体的强度和耐磨性能。 ?铜及青铜在胎体中的作用 纯铜粉和青铜熔点较低且具有良好的成形性,是金刚石制品胎体的良好 粘结材料,在高温时铜部分熔化,熔化后的铜迅速与锌、钴、镍等形成多元青铜 和铜合金。 .保径孕镶块的金刚石参数设计原则 ..金刚石的选用原则 金刚石有天然金刚石和人造金刚石两种,但天然金刚石价格昂贵,在国内金 刚石钻头制造中比较少。影响金刚石品级的因素如下: 金刚石粒度 金刚石在钻头的钻进岩石上的出露情况或凸出高度会影响每个颗粒的“吃 入”深度,即影响了钻头的钻进效率。金刚石粒度较大则金刚石的出露程度高, 有利于快速碎岩。通常粗颗粒金刚石适用于钻进较软地层,而细粒度金刚石则适 用于钻进坚硬致密地层。据?,人造金刚石粒度分级可以分为个等 级,从/~/不等,可应用领域见表?。 表人造金刚石单晶品种及适用范围 用途 品种 粒度范围 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 金刚石晶形 金刚石的晶形种类繁多,通常分为以下几种:完整的立方一八面 体结构;部 分完整;不规格形状;破碎晶体。根据经验,若金刚石颗粒需承受较大负荷时, 适宜选用晶粒完整的立方体一八面体晶形金刚石。这种形状的金刚石在使用过程 中与岩石的接触面小,提高了金刚石本身的抗破碎能力,增加了金刚石工具的使 用寿命。金刚石晶体形态常规检验项目主要分以下几种:等积体、自形晶单晶体、 非自形晶单晶体、他形晶单晶体和连晶体,以及他们各占的百分比含量。 系统就是一种常用测试金刚石形貌的软件。它利用光学原理快速对金刚石进行品 质检测,该系统检测出金刚石的晶形参数和粒径大小,然后再快速、准确地分析 出金刚石的形状、颜色、纯净度、透光度、粗糙度等性质。人造金刚石晶型分类 如表.所示 表人造金刚石晶型分类 杂质含量 杂质是指在金刚石晶体生长过程由于受到生产工艺的影响所包裹的外来物 质。钻进过程是一个动态的过程,作用在晶粒上的负荷变化幅度很大,从高能量 的冲击到不断变化的连续载荷,甚至单颗粒的切削。切削的情况直接影响了作用 在晶粒上载荷的大小和类型。晶粒内的杂质对烧结制品的质量和金刚石的强度都 有直接影响。人造金刚石在合成时,通常都要加入、、、、等金属或 合金作为触媒,这将不可避免地使人造金刚石中或多或少的残留有这些金属组成 的包裹体。诸多研究显示包裹体含量、分布情况对人造金刚石的性能,尤其是热 稳定性有着重要的影响。通常对包裹体的分布情况只能用体式显微镜观察然后作 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 表述,还没有很好的量化方法;对于包裹体含量的测定,通常有绝对含量的测定和 相对含量的测定两种方法,绝对含量的测定是取一定量金刚石放到高温炉中灼烧 温度约?,时间小时至恒重,再用酸浸取残渣,之后用技术测定杂 质的含量。而杂质相对含量的测定则可用一射线荧光谱议进行半定量分析。 金刚石冲击韧性 影响金刚石冲击韧性的主要因素有:晶形、粒度、杂质等。在选用金刚石时, 要综合考虑金刚石制品结合剂的性能、岩石性质、钻机功率、所要求的钻进效率 和寿命等因素来选用合适冲击韧性的金刚石。金刚石冲击韧性是指:在规定的冲 击条件下,金刚石的抗破碎能力。具体而言,先通过筛分,取出样品的基本量, 选用一定规格数量的钢球一起装入钢体试验管,在冲击装置上以一定频率冲击一 定的次数,然后再筛分,以其末破碎率冲击后筛上物重量与其原始量之比百分 数表示。以来表示其冲击韧性值: /未破碎金刚石重量/原始金刚石重量 是常温下的测试值,是在 ?的氢气气氛中将样品勺烧分钟后重复 的测试过程所测的值。另一方法是通过进一步换算与调整,最后以未破碎 率为%时的冲击次数又称半破碎次数表征样品的冲击韧性。 金刚石热稳定性 热稳定性是指金刚石被加热到某温度时所发生的状态及其力学性能的变化, 变化程度越低,则金刚石的热稳定越好。人造金刚石的热稳定性一般在有保护气 氛下进行测定,我国规定:测定时采用氨分解气体作为保护气体,从?开始 到?为止。每升高?保温半小时,待冷却到室温后,测定其单颗粒抗压 强度。人造金刚石的热稳定性越好,其耐热温度越高陋印。国产金刚石当温度加热 至?才出现较明显下降。 ..金刚石聚晶的选用原则 金刚石聚晶是由细颗粒金刚石单晶添加一定种类的粘结剂,在高温高压下烧 结而成九。金刚石聚晶的特点如下:晶粒呈无序排列、各向同性、无解理面;具 有较高冲击强度,冲击时只发生小晶粒破碎而非金刚石颗粒的大体积崩落。金刚 石聚晶的性能与粘结剂的种类密切相关,不同种类的粘结剂在聚晶烧结过程中的 作用及存在形式对金刚石聚晶的性能有较大影响。目前国内常选用.系列的 陶瓷类粘结剂和以钴为主的金属类粘结剂。原材料金刚石的自身品质和烧结工艺 对金刚石聚晶性能的影响明显。金刚石聚晶重要的性能参数指标如下哺: 金刚石聚晶耐热性能 金刚石聚晶主要应用于切削型碎岩工具,使用过程中通常面临高温情况。因 此金刚石聚晶的热稳定性成为衡量金刚石聚晶性能好坏的主要指标之一。在高温 中南大学硕士学位论文 第二章复合片钻头保径孕镶块设计 状态时,由常压下碳原子亚稳定结构组成的金刚石有碳化趋势。以金刚石单晶为 例,。以上时,空气中金刚石开始石墨化。金刚石聚晶因有中间相的存在, 受热升温后石墨化现象更为明显。金刚石聚晶受热时,中间相所起到的副作用主 要表现为促使金刚石石墨化和使金刚石聚晶内部产生内应力。 金刚石聚晶耐磨性能 金刚石聚晶的耐磨性用表示。其耐磨性能参照《人造金刚石烧结体磨耗 比测定方法》进行测试。实际生产中影响金刚石聚晶耐磨性能的因素有:粘结剂 总量、金刚石粒度、金刚石品质。 金刚石聚晶的磨耗比能够衡量金刚石聚晶的耐磨性能。在规定条 件下,