聚晶金剛石復合片鉆頭失效形式

兗州礦業(集團)公司機電設備制造廠通過對聚晶金剛石復合片(PDC)鉆頭失效形式及相關工藝過程研究,總結出了PDC鉆頭加工使用過程應該注意的問題,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、加工精度、熱處理工藝焊后修磨等顯得很重要。這就要求基體材質要選用42CrM o、35CrM nSi等優質低碳合金鋼材料,加工成基體要進行相應熱處理,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欠成熟穩定,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、熱膨脹系數差異等而造成的內應力。②宏觀破裂。表現為金剛石層破裂,產生原因是鉆頭鉆進過程遇到硬質巖石或巖性變化較達到巖層時受到較大交變沖擊,使切削齒短時間內承受超負荷而導致鉆頭報廢。要根據鉆機性能選擇與之相匹配的PDC鉆頭,鉆探過程保持穩定鉆壓、鉆速,盡量避免大沖擊;材料制造過程提高各層間結合力,改善材料間熱膨脹系數匹配,盡量減少內應力。

(3)脫焊。聚晶金剛石層焊接工藝性差,各種參數控制要求高,稍有不慎便可導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,感應釬焊或火焰釬焊,焊縫強度取決于被連接材料組織狀態、釬焊過程刀片及基體三個方面。