CN103938275A - 一种pdc复合片的深冷处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PDC复合片热处理工艺的深冷处理方法。其技术方案为：(1)将室温下的PDC复合片放到入深冷处理炉中；(2)开启深冷处理炉，通入液氮，通过温度控制使深冷处理炉中的温度以-3～-5℃/min速率降低到-30℃；温度达到-30℃再以-1～-2℃/min的速度降低到-120℃；温度达到-120℃后以-0.1～-0.5℃/min的速度将温度降低到-196℃；(3)在温度-196℃的条件下保温16～24h；(4)然后以0.1～0.5℃/min的速度将温度升高到-120℃，再以1～2℃/min的速度降低到-30℃，最后以3～5℃/min速率降低到室温；(5)重复上述操作1-2次，即完成PDC复合片的深冷处理。它可以提高PDC复合片的强度、硬度、韧断抗性和耐磨性，从而提高其切削性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于PDC复合片的热处理工艺领域，具体涉及一种PDC复合片的深冷处理方法。
背景技术
在钻井过程中，PDC钻头的工作条件非常恶劣，导致复合片失效的形式主要有钻头收到较大的冲击载荷导致冲击而出现的断齿、崩齿等宏观破裂和井底温度过高导致复合片的耐磨性降低使PDC复合片的出现热磨损。PDC复合片的上述失效会大大影响其使用寿命和钻进效率。
深冷处理技术的机理是：利用液氮等冷媒作为冷却介质、对将材料冷却到远低于室温的某一温度(-100～-196℃)，从而达到改善材料性能的目的。
通过对查阅相关文献可知，专利号为CN101892524B的对晶体硅材料进行深冷处理的工艺表明深冷处理能够使晶体硅材料的表面硬度提高，同时增加了柔韧性与刚性，提高了晶体硅材料的抗裂性能。
在高速钢方面，专利号为CN102392124B的一种改善高速钢强韧性的热处理工艺方法表明深冷处理对高速钢材料强韧性能有显著改变，较大提高该类材料的综合性能，同时提高了高速钢工具的使用性能和寿命。
在硬质合金方面，专利号为1250751C的一种硬质合金超低温处理工艺表明处理中加入深冷处理工序与常规处理相比可有效改善硬质合金及双金属锯带的齿部耐磨性及抗冲击性，提高材料的强度与韧性及疲劳强度。同时，发表日期为同时，发表日期为2010年3月9日，刊名为《制造技术与机床》，第6期，作者为阎红娟，徐红海和罗学科发表了一篇题名为“YT15硬质合金刀片深冷处理工艺试验研究”的期刊文章，该文中公开了深冷处理促使硬质合金的粘结相Co发生了多性型马氏体转变，从而提高了刀具的硬度和耐磨性。
PDC钻头(Polycrystalline Diamond Compact Bits聚晶金刚石复合片钻头)的切削单元为PDC复合片，现有加工技术中没有深冷处理工艺，本发明提出一种针对PDC复合片的深冷处理方法，以及实施工艺，具有重要的创新意义，可以提高PDC复合片耐磨性能和使用寿命。因为复合片是PDC钻头失效的主要部位，如此，可提高PDC钻头的使用性能与寿命，增加钻头总进尺，进而节约钻井成本，提高钻井效率。
发明内容
本发明的目的是：为解决PDC钻头在使用过程中会出现崩齿、断齿、热磨损等现象，提高PDC复合片的使用寿命和切削性能，特提供一种PDC复合片的深冷处理方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种PDC复合片的深冷处理方法，其操作步骤是：(1)将室温下的PDC复合片放到入深冷处理炉中；(2)开启深冷处理炉，通入液氮，通过温度控制使深冷处理炉中的温度以-3～-5℃/min速率降低到-30℃；温度达到-30℃以-1～-2℃/min的速度降低到-120℃；温度达到-120℃后再以-0.1～-0.5℃/min的速率将温度降低到-196℃；(3)在温度-196℃的条件下保温16～24h；(4)然后以0.1～0.5℃/min的速度将温度升高到-120℃，再以1～2℃/min的速度降低到-30℃，最后以3～5℃/min速率降低到室温；(5)重复上述操作，即完成PDC复合片的深冷处理。所用的深冷处理箱为SLX系列程序控制深冷箱，控制精度为±0.1℃，温度控制范围是为-196℃～+200℃。
本发明的有益效果：(1)通过对PDC复合片进行深冷处理可以提高PDC复合片的强度、硬度、耐磨性和折断韧性从而提高PDC复合片的切削性能和使用寿命。(2)通过深冷处理可以减小PDC复合片烧结后产生的损害。
具体实施方式
实施例1：
一种PDC复合片的深冷处理方法，其操作步骤是：(1)将室温下的PDC复合片放到入深冷处理炉中；(2)开启深冷处理炉，通入液氮，通过温度控制使深冷处理炉中的温度以-3℃/min速率降低到-30℃；温度达到-30℃再以-1℃/min的速度降低到-120℃；温度达到-120℃后以-0.1℃/min的速度将温度降低到-196℃；(3)在温度-196℃的条件下保温24h；(4)然后以0.1℃/min的速度将温度升高到-120℃，再以1℃/min的速度降低到-30℃，最后以3℃/min速率降低到室温；(5)重复上述操作2次，即完成PDC复合片的深冷处理。
将经过深冷处理的PDC和未经处理的PDC复合片分别利用JB-T3235-1999的人造金刚石烧结体磨耗比测试方法进行砂轮与PDC复合片的磨耗比测试，测试得到磨耗比分别为3380000和4800000测试结果表明经深冷处理的PDC复合片的磨耗比相对于未经深冷处理的PDC复合片降低42％。
另外，将经过深冷处理后的和未经处理的PDC复合片焊接到胎体上，分别在相邻井的相同井段中以相同的钻井参数进行钻进200m。钻井中未使用深冷处理的PDC复合片的钻头的机械钻速1.8m/h，出井新度为60％，使用深冷处理的PDC复合片的钻头的机械钻速为2.3m/h，出井新度为81％，机械钻速提高27.8％，出井新度提高35％。
实施例2：
一种PDC复合片的深冷处理方法，其操作步骤是：(1)将室温下的PDC复合片放到入深冷处理炉中；(2)开启深冷处理炉，通入液氮，通过温度控制使深冷处理炉中的温度以-4℃/min速率降低到-30℃；温度达到-30℃再以-1.5℃/min的速度降低到-120℃；温度达到-120℃后以-0.25℃/min的速度将温度降低到-196℃；(3)在温度-196℃的条件下保温20h；(4)然后以0.25℃/min的速度将温度升高到-120℃，再以1.5℃/min的速度降低到-30℃，最后以4℃/min速率降低到室温；(5)重复上述操作2次，即完成PDC复合片的深冷处理。
用与实例1相同的方法测试得到磨耗比分别为3490000和4800000测试结果表明经深冷处理的PDC复合片的磨耗比相对于未经深冷处理的PDC复合片降低37％。
将经过深冷处理后的和未经处理的PDC复合片焊接到胎体上，分别在相邻井的相同井段中以相同的钻井参数进行钻进200m。钻井中未使用深冷处理的PDC复合片的钻头的机械钻速1.8m/h，出井新度为60％，使用深冷处理的PDC复合片的钻头的机械钻速为2.22m/h，出井新度为78％，机械钻速提高23.3％，出井新度提高30％。
实施例3
一种PDC复合片的深冷处理方法，其操作步骤是：(1)将室温下的PDC复合片放到入深冷处理炉中；(2)开启深冷处理炉，通入液氮，通过温度控制使深冷处理炉中的温度以-5℃/min速率降低到-30℃；温度达到-30℃再以-2℃/min的速度降低到-120℃；温度达到-120℃后以-0.5℃/min的速度将温度降低到-196℃；(3)在温度-196℃的条件下保温16h；(4)然后以0.5℃/min的速度将温度升高到-120℃，再以2℃/min的速度降低到-30℃，最后以5℃/min速率降低到室温；(5)重复上述操作1次，即完成PDC复合片的深冷处理。
用与实例1相同的方法测试得到磨耗比分别为3720000和4800000测试结果表明经深冷处理的PDC复合片的磨耗比相对于未经深冷处理的PDC复合片降低29％。
将经过深冷处理后的和未经处理的PDC复合片焊接到胎体上，分别在相邻井的相同井段中以相同的钻井参数进行钻进200m。钻井中未使用深冷处理的PDC复合片的钻头的机械钻速1.8m/h，出井新度为60％，使用深冷处理的PDC复合片的钻头的机械钻速为2.09m/h，出井新度为74％，机械钻速提高16％，出井新度提高23.3％。
Claims (2)
1.一种PDC复合片的深冷处理方法，其操作步骤是：(1)将室温下的PDC复合片放到入深冷处理炉中；(2)开启深冷处理炉，通入液氮，通过温度控制使深冷处理炉中的温度以3～5℃/min速率降低到-30℃；温度达到-30℃再以1～2℃/min的速度降低到-120℃；温度达到-120℃后以-0.1～-0.5℃/min的速度将温度降低到-196℃；(3)在温度-196℃的条件下保温16～24h；(4)然后以0.1～0.5℃/min的速度将温度升高到-120℃，再以1～2℃/min的速度降低到-30℃，最后以3～5℃/min速率降低到室温；(5)重复上述操作1-2次，即完成PDC复合片的深冷处理。
2.根据权利要求以所述的一种PDC复合片的深冷处理方法，其特征在于所用的深冷处理箱为SLX系列程序控制深冷箱，控制精度为±0.1℃，温度控制范围是为-196℃～+200℃。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107937784A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-20 | 吉林大学 | 一种金刚石复合材料的深冷处理方法 |
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