CN102198506B - 用于16″以上胎体钻头的烧结方法 - Google Patents
用于16″以上胎体钻头的烧结方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于16″以上胎体钻头的烧结方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在进行升温之前，预先将填装好胎体粉料的钻头阴模在200℃-400℃温度下预热3-5小时；(2)将浸渍合金和造渣材料加入钻头阴模中，然后在温度为900℃-1000℃烧结炉中，在还原性气氛下，以200℃-350℃/小时的升温速度加热到1150℃-1350℃；(3)在1150℃-1350℃下保温3-6小时；以及(4)在带有冷却系统的保温炉内，以100℃-250℃/小时的冷却速度降温至室温，从而完成整个烧结过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种16″以上胎体钻头的制造方法，特别是涉及一种用于16″以上胎体钻头的烧结方法。
背景技术
这里所称的胎体钻头是指用于钻探石油所用的耐磨合金粉料烧结体石油钻头。这种胎体钻头的制造过程通常包括以下步骤：钻头阴模制造；胎体粉料及浸渍合金填装；烧结成形；齿孔石墨替代块清除及后续工序。
钻头胎体的重要指标是胎体本身的烧结质量和齿孔形状的尺寸精度。其中，胎体本身的烧结质量取决于浸渍合金与胎体粉料的结合强度、浸渍均匀性和气孔、杂质的排除充分性，而齿孔形状的尺寸精度取决于烧结过程中对齿孔石墨替代块烧损程度的控制。
现有的胎体钻头烧结方法比较适合于规径在13″以下的胎体钻头的烧结。对于13"以下的胎体钻头而言，其体积相对较小，制造钻头胎体所需要使用的胎体粉料、浸渍合金用量较少，同时烧结钻头所用的钻头阴模也较小。因此，这种13"以下的胎体钻头烧结过程中的整体热容量就较小，烧结保温时间较短，无须对烧结升温、降温速度进行严格的控制就能比较容易地得到具有较好烧结质量的胎体。而且，13"以下的胎体钻头整个烧结过程较短，对齿孔石墨替代块的烧损也较小，也比较容易地满足后续制造过程对齿孔形状尺寸的精度要求。
这种现有的胎体钻头烧结方法也被应用于制造16″以上的胎体钻头。对16″以上的胎体钻头的烧结方法基本上按照13″以下的胎体钻头的烧结方法进行，只是简单地延长了保温时间，对烧结的升、降温速度都未进行严格的控制。然而，由于16″以上的胎体钻头所需要使用的胎体 粉料、浸渍合金用量较大，同时烧结钻头所用的钻头阴模也较大，因而钻头烧结过程中的整体热容量就较大。通过在13"以下的胎体钻头的烧结方法基础上简单延长保温时间而对16"以上的胎体钻头进行烧结，就会导致烧结的钻头胎体较差质量。一方面，胎体的结合强度差、均匀性差，另一方面，胎体中的气孔、杂质较多，极大地影响了整体钻头胎体的强度，所制造的胎体钻头很容易发生断刀翼等严重事故。
因此，现有技术中迫切需要一种能够适用于对16"以上的胎体钻头进行烧结的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决现有技术中存在的上述问题的适用于对16"以上的胎体钻头进行烧结的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于16"以上胎体钻头的烧结方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)预热步骤，即在进行升温之前，预先将填装好胎体粉料的钻头阴模在200℃-400℃温度下预热3-5小时；
(2)升温步骤，即将浸渍合金和造渣材料加入钻头阴模中，然后在温度为900℃-1000℃的烧结炉中，在还原性气氛下，以200℃-350℃／小时的升温速度进一步加热到1150℃-1350℃；
(3)保温步骤，即在1150℃-1350℃下保温3-6小时；以及
(4)降温步骤，即在带有冷却系统的保温炉内，以100℃-250℃／小时的冷却速度降温至室温，从而完成整个烧结过程。
优选地，所述还原性气氛通过一氧化碳实现。
优选地，所述升温步骤匀速进行。
优选地，所述降温步骤匀速进行。
优选地，所述胎体粉料为碳化钨粉与镍粉混合粉。
优选地，所述浸渍合金为铜、镍、锡、锰四元合金。
优选地，所述造渣材料为四硼酸钠。
通过本发明的用于16"以上胎体钻头的烧结方法，就能够克服现有 技术的烧结方法中存在的缺点，使得16"以上胎体钻头可以同时满足钻头胎体的胎体本身烧结要求和齿孔形状的尺寸精度指标要求，提供一种具有较高质量的胎体钻头。
附图说明
以下将参照附图结合本发明的优选实施例对本发明进行示例说明，其中：
图1为胎体钻头的制造过程的示意图。
图2为根据本发明的一种用于16"以上胎体钻头的烧结方法的示意流程图。
图3为根据本发明的用于16"以上胎体钻头的烧结方法的一个优选实施例的温度曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图示例性地给出本发明的实施例。应当理解，本说明书中示出的任何实例都不是限制性的，而仅仅是示例性的。
图1示出了胎体钻头的制造过程的示意图。如图1所示，胎体钻头的制造过程通常包括以下过程，即：
步骤S1：钻头阴模制造；
步骤S2：胎体粉料及浸渍合金填装；
步骤S3：烧结成形；
步骤S4：齿孔石墨替代块清除及后续工序。
其中胎体钻头的烧结成形对于胎体钻头的质量和精度具有显著影响。
图2示出了根据本发明的一种用于16"以上胎体钻头的烧结方法的示意流程图。如图2所示，所述方法包括以下步骤：
(1)预热步骤S301，即在进行升温之前，预先将填装好胎体粉料的钻头阴模在200℃-400℃温度下预热3-5小时；
(2)升温步骤S302，即将浸渍合金和造渣材料加入钻头阴模中， 然后在温度为900℃-1000℃的烧结炉中，在还原性气氛下，以200℃-350℃／小时的升温速度进一步加热到1150℃-1350℃；
(3)保温步骤S303，即在1150℃-1350℃下保温3-6小时；以及
(4)降温步骤S304，即在带有冷却系统的保温炉内，以100℃-250℃／小时的冷却速度降温至室温，从而完成整个烧结过程。
如上所述，在对16"以上胎体钻头进行烧结的过程中，在进行升温之前，预先对填装好胎体粉料的钻头阴模执行预热步骤。通过执行所述预热步骤，有助于提前进行排气和排渣，从而克服了现有技术中由于缺乏预热步骤而导致气体、水蒸气吸附于粉末的情况。
在预热步骤之后，进行升温步骤。如果升温速度过快，则可能导致不能充分排气，导致胎体含有过多气体和孔隙。相反，如果升温速度过慢，则可能导致升温时间太长，容易发生烧损。因此，升温步骤必须按照合适的速度进行。
根据本发明的优选实施例，在步骤S302中，将浸渍合金和造渣材料加入钻头阴模中，然后在温度为900℃-1000℃烧结炉中，在还原性气氛下，以200℃-350℃／小时的升温速度加热到1150℃-1350℃。通过步骤S302，可以实现对升温过程的良好控制，使升温在适当的速度下进行。
在升温步骤之后，进行保温步骤。在保温步骤中，如果温度过高或者保温时间过长，则会导致严重烧损。相反，保温时间过短，则可能导致不能充分排气和排渣，导致胎体含有过多孔隙和夹渣。如果温度过高，则可能导致浸渍合金成分的挥发，影响胎体强度。如果温度过低，则导致浸渍合金不能充分熔化，因而不能充分渗透胎体粉。因此，保温步骤必须按照合适的温度和保温时间进行。保温温度和保温时间基本上根据浸渍合金的液相线温度来确定。
根据本发明的优选实施例，在步骤S303中，在1150℃-1350℃下保温3-6小时。通过步骤S303，可以实现恰当地保温。
在保温步骤之后，进行降温步骤。如果降温速度过快，则可能导致 不能充分排渣，且容易导致胎体应力集中，甚至开裂。相反，如果降温速度过慢，则可能导致降温时间太长，容易发生烧损。因此，降温步骤必须按照合适的速度进行。
根据本发明的优选实施例，在步骤S304中，在带有冷却系统的保温炉内，以100℃-250℃／小时的冷却速度降温至室温，从而完成整个烧结过程。通过降温步骤S304，可以实现对降温过程的良好控制，使降温在适当的速度下进行。
所述升温步骤在还原性气氛下进行。进一步地，所述还原性气氛可以通过一氧化碳实现。
所述升温步骤可以匀速进行。
所述降温步骤可以匀速进行。
图3示出了根据本发明的用于16"以上胎体钻头的烧结方法的一个优选实施例的温度曲线图。
如图3所示，在这个优选实施例中，首先将填装好胎体粉料的钻头阴模加热340℃，并在此温度下预热约4小时。
随后，在将浸渍合金和造渣材料加入钻头阴模中后，以300℃／小时的升温速度加热到约1170℃。
然后，在1170℃下保温约6小时。
最后，以180℃／小时的冷却速度降温至室温，从而完成整个烧结过程。
应当理解，根据具体材料的不同，以上所示的本发明的方法的各个步骤中的参数可以进行相应调整，而并不限于上述各个参数。
以上结合附图示例说明了本发明的一些优选实施例。本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，上述具体实施方式部分中所示出的具体结构仅仅为示例性的，而非限制性的。而且，本发明所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案，或者进行其它改动，而都属于本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种用于16"以上胎体钻头的烧结方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在进行升温之前，预先将填装好胎体粉料的钻头阴模在200℃-400℃温度下预热3-5小时；
(2)将浸渍合金和造渣材料加入钻头阴模中，然后在温度为900℃-1000℃的烧结炉中，在还原性气氛下，以200℃-350℃／小时的升温速度进一步加热到1150℃-1350℃；
(3)在1150℃-1350℃下保温3-6小时；以及
(4)在带有冷却系统的保温炉内，以100℃-250℃／小时的冷却速度降温至室温，从而完成整个烧结过程。
2.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述胎体粉料为碳化钨粉与镍粉混合粉。
3.根据权利要求2所述的烧结方法，其特征在于，所述浸渍合金为铜、镍、锡、锰四元合金。
4.根据权利要求3所述的烧结方法，其特征在于，所述造渣材料为四硼酸钠。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的烧结方法，其特征在于，所述还原性气氛通过一氧化碳实现。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的烧结方法，其特征在于，升温过程匀速进行。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的烧结方法，其特征在于，降温过程匀速进行。
8.根据权利要求6所述的烧结方法，其特征在于，降温过程匀速进行。
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