CN102773472A - 一种聚晶金刚石钻头胎体粉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制作聚晶金刚石钻头胎体的粉末冶金材料，包括粗颗粒的球形烧结WC颗粒、细颗粒的宏晶WC颗粒和镍粉，其组分和含量按重量百分比计为：球形烧结WC颗粒粒度为125～500微米30%～60%,宏晶WC颗粒粒度为50～200微米25%～60%,镍粉5～15%。本发明粘结相能够渗入并填充空心球形烧结WC颗粒，使胎体中粘结相和硬质相能更好的结合，从而使胎体具有更高的强度和韧性，细颗粒的宏晶WC能有效填充粗颗粒间空隙，有利于提高胎体的耐冲蚀性和耐磨性。本发明能够降低钻头的胎体材料成本。借助于胎体性能的提高，可以设计出刮刀更薄或刮刀更长的PDC钻头，从而可以大大提高PDC钻头的钻速。

Description

一种聚晶金刚石钻头胎体粉
技术领域
本发明涉及一种用于制作聚晶金刚石（PDC）钻头胎体的粉末冶金材料，具体涉及一种聚晶金刚石钻头胎体粉，属于石油钻头的材料技术领域。
背景技术
在石油钻井中，胎体PDC钻头因良好的耐冲蚀性其使用日益广泛。随着钻井工艺的发展以及钻井工况的日益复杂，在保证钻头刮刀安全性的前提下，对PDC钻头的钻速提出了更高要求。胎体PDC钻头主要包括钻头体和上体连接两部分，钻头体下部为胎体，胎体上焊接有聚晶金刚石复合（刀）片。对于PDC 钻头，除了采用韧性更好、更耐磨的聚晶金刚石复合片以外，改变PDC钻头胎体的结构，采用更薄的刮刀，给钻头提供更大的排屑槽面积也是提高钻头钻速的重要途径。因此，在保证耐磨性的前提下，提高胎体PDC钻头胎体材料的抗弯强度和冲击韧性，将使 PDC 钻头结构与性能的进一步改进和提高成为可能。
中国发明专利公开号CN1807668A公开了“一种金刚石钻头胎体粉”，其胎体粉的组分和含量按重量百分比计为：球形烧结WC颗粒，粒度为125～500微米20％～75%,球形铸造WC粉末，粒度为38～150微米20％～70%,镍粉5～20％。这种胎体粉比传统的胎体粉在强度和韧性均有较大幅度提高，然而，大量的铸造WC细粉对钻头渗透性会产生影响，烧结过程容易出现胎体疏松等缺陷。此外，这种胎体粉的钻头制造成本较高，难以满足低成本的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种性能优、成本低的聚晶金刚石钻头胎体粉，该胎体粉不仅渗透性能良好，而且制造的钻头胎体具有更高的强度和韧性。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括粗颗粒的球形烧结WC（碳化钨）颗粒、细颗粒的宏晶WC（碳化钨）颗粒和镍粉，其组分和含量按重量百分比计为：
球形烧结WC颗粒   粒度为125～500微米      30%～60%, 
宏晶WC颗粒       粒度为50～200微米       25%～60%, 
镍粉              5～15%。
按上述方案，所述球形烧结WC颗粒包括实心球形和空心球形两种颗粒。
按上述方案，所述的球形烧结WC颗粒中空心球形颗粒所占的数量比为10%～30%。
按上述方案，所述的球形烧结WC颗粒含量为35～55%，宏晶WC颗粒含量为40～55%，镍粉含量为5～10%。
按上述方案，所述的球形烧结WC颗粒的最佳粒度为150～325微米，球形烧结WC颗粒中钴含量按重量计为4%～12%,WC（碳化钨）含量按重量计为80%～96%。
按上述方案，所述的宏晶WC颗粒的最佳粒度为50～150微米，宏晶WC颗粒中WC（碳化钨）含量按重量计为90%～99%。
按上述方案，所述的镍粉为球形颗粒，其粒度范围为38～250微米。
本发明的有益效果在于：1、由于烧结时粘结相能够渗入并填充空心球形烧结WC颗粒，以及球形烧结WC颗粒中的钴对WC具有很好的润湿能力，因而使得胎体中的粘结相和硬质相能够更好的结合，使胎体具有更高的抗弯强度和冲击韧性。2、去除了50微米以下细粉的宏晶WC颗粒，减少了烧结时胎体疏松缺陷的发生，并能够有效填充较粗的球形烧结WC颗粒之间的空隙，从而增加了胎体中硬质相的浓度，有利于提高胎体的耐冲蚀性和耐磨性。3、本发明胎体粉在填装相同条件的石墨模具时，其用量比传统胎体粉用量少，能有效降低钻头制造成本。4、借助于胎体性能的提高，可以设计出刮刀更薄或刮刀更长的PDC钻头，从而可以大大提高PDC钻头的钻速，并能满足批量生产的需要。
附图说明
图1为现有技术中含有粗颗粒实心烧结WC和细颗粒铸造WC粉末的胎体材料金相图片。
图2为本发明中含有粗颗粒空心球形烧结WC和较细颗粒宏晶WC的胎体材料金相图片。
具体实施方式
以下进一步说明本发明的实施例。
实施例1:
胎体粉按重量计由粒度为150～250微米的球形烧结WC颗粒35%（其中空心球形烧结WC颗粒所占的数量比为25%），粒度为50～150微米的宏晶WC颗粒60%，镍粉5%混合而成。对烧结后胎体根据GB3851和GB/T1817进行力学性能检测，结果表明，含有球形烧结WC颗粒和宏晶WC颗粒的胎体的强度比相同条件下（同级配、同粘结金属、同烧结温度）纯铸造 WC 粉胎体强度提高了30%，冲击韧性提高了35%。
实施例2:
胎体粉按重量计由粒度为150～250微米的球形烧结WC颗粒55%（其中空心球形烧结WC颗粒所占的数量比为25%），粒度为50～150微米的宏晶WC颗粒35%，镍粉10%混合而成。对烧结后胎体根据GB3851和GB/T1817进行力学性能检测，结果表明，含有球形烧结WC颗粒和宏晶WC颗粒的胎体的强度比相同条件下（同级配、同粘结金属、同烧结温度）纯铸造WC粉胎体强度提高了50%，冲击韧性提高了40%。

Claims (7)

1.一种聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于包括粗颗粒的球形烧结WC颗粒、细颗粒的宏晶WC颗粒和镍粉，其组分和含量按重量百分比计为：
球形烧结WC颗粒   粒度为125～500微米      30%～60%, 
宏晶WC颗粒       粒度为50～200微米       25%～60%, 
镍粉              5～15%。
2.按权利要求1所述的聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述球形烧结WC颗粒包括实心球形和空心球形两种颗粒。
3.按权利要求2所述的聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述的球形烧结WC颗粒中空心球形颗粒所占的数量比为10%～30%。
4.按权利要求1或2所述的聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述的球形烧结WC颗粒含量为35～55%，宏晶WC颗粒含量为40～55%，镍粉含量为5～10%。
5.按权利要求1或2所述的聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述的球形烧结WC颗粒的粒度为150～325微米，球形烧结WC颗粒中钴含量按重量计为4%～12%,WC含量按重量计为80%～96%。
6.按权利要求1或2所述的聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述的宏晶WC颗粒的粒度为50～150微米，宏晶WC颗粒中WC含量按重量计为90%～99%。
7.按权利要求1或2所述的聚晶金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述的镍粉为球形颗粒，其粒度范围为38～250微米。
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