聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭失效形式

兗州礦業(yè)(集團)公司機電設(shè)備制造廠通過對聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)鉆頭失效形式及相關(guān)工藝過程研究,總結(jié)出了PDC鉆頭加工使用過程應(yīng)該注意的問題,對提高PDC鉆頭加工水平及延長使用壽命有一定借鑒意義。

(1)基體非正常磨損。PDC鉆頭工作條件極為苛刻。作為PDC鉆頭基體不僅要有較強綜合機械性能,還要有較好熱振性抗腐蝕性。基體材質(zhì)、加工精度、熱處理工藝焊后修磨等顯得很重要。這就要求基體材質(zhì)要選用42CrM o、35CrM nSi等優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼材料,加工成基體要進行相應(yīng)熱處理,即淬火后進行低溫回火。基體熱處理后表面硬度40～42HRC,組織為回火馬氏體。

(2)刀片磨損。①金剛石層與W C基托層分離。主要原因是金剛石涂層工藝技術(shù)欠成熟穩(wěn)定,金剛石與基體附著力較差,從而造成金剛石薄膜過早從W C基托層剝離而失效,極大降低了鉆頭使用壽命及切削性能。采用鈦粉金剛石微粉燒結(jié)層、類金剛石膜、鎢/金剛石成分梯度層等方法,能較好地消除薄膜與基托因晶格失配、熱膨脹系數(shù)差異等而造成的內(nèi)應(yīng)力。②宏觀破裂。表現(xiàn)為金剛石層破裂,產(chǎn)生原因是鉆頭鉆進過程遇到硬質(zhì)巖石或巖性變化較達到巖層時受到較大交變沖擊,使切削齒短時間內(nèi)承受超負荷而導(dǎo)致鉆頭報廢。要根據(jù)鉆機性能選擇與之相匹配的PDC鉆頭,鉆探過程保持穩(wěn)定鉆壓、鉆速,盡量避免大沖擊;材料制造過程提高各層間結(jié)合力,改善材料間熱膨脹系數(shù)匹配,盡量減少內(nèi)應(yīng)力。

(3)脫焊。聚晶金剛石層焊接工藝性差,各種參數(shù)控制要求高,稍有不慎便可導(dǎo)致聚晶金剛石層使用過程脫焊。加熱溫度760℃～800℃,一般選用銀基釬料,感應(yīng)釬焊或火焰釬焊,焊縫強度取決于被連接材料組織狀態(tài)、釬焊過程刀片及基體三個方面。