CN104343391A - 一种耐磨工具 - Google Patents

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唐春怡
商伟峰
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts

Abstract

本发明公开了一种耐磨工具，包含一个有非平面的界面的基体，一个连续的耐磨层，在基体和耐磨层之间形成界面，其特征在于，所述界面至少含有两个倾斜的区域，所述区域在界面交汇；所述界面含有一个具有中心的环状切削面和顶端平面；所述倾斜区域有不同的倾斜度；所述耐磨层厚度在不同环形外径处测量厚度不同；所述界面中至少一个倾斜区域的倾斜度会连续变化；所述基体是硬质合金；所述耐磨层由多晶金刚石粘结剂组成。本发明通过设计不同的倾斜区域来控制在PDC工具在高温高压压制过程中的拉伸残余应力，实现最佳的催化剂的扫越，以及焊接在钻头过程中的应力分布，达到工具综合的高耐磨和耐冲击性能。

Description

一种耐磨工具
技术领域
本发明涉及一种耐磨工具。
背景技术
耐磨工具在机械加工，石油钻井，及各种行业广泛应用。对于深海及坚硬地层的钻探，尤其具有其独特的优势。要达到高性能的钻探效果，PDC复合齿需要具有极强的综合性能。这些性能包括耐磨性，耐冲击，以及高热稳定性。PDC复合齿通常由两部分组成：硬质合金基体和多晶金刚石耐磨层。为达到高的耐磨性，多晶金刚石需要在高温高压下压制而成，见美国专利US3136615，US3141746，这样烧成得多晶金刚石通常脆性较高，用于高冲击的钻探应用，会有较大的挑战。美国专利US4109737公开了一种钻头，这种应用是以WC硬质合金(碳化钨)作为基体；美国专利US4518659进一步开发出通过催化剂扫越的工艺压制高性能复合片。这种催化剂通常是金属钴。
在高温高压压制过程中，金属钴从WC基体中挤出，扫越钻石层，形成高强的钻石键合，此后降低温度和压力，完成烧结。然而，由于烧结固化后的钻石层和WC硬质合金层有较大的热膨胀系数差异，往往造成冷却后的拉伸残余应力。这些残余应力极大降低了工具的抗冲击性，限制了耐磨层的厚度，以及实用的钻探地层。
为了控制冷却后的拉伸残余应力，一系列的发明被开发出来，见美国专利US4784023，US4972637，US5486137，US6315652，US6933049都围绕着非平面的界面设计。然而这些设计都没有考虑到界面变化对催化剂扫越的各种影响。所以进一步提高冲击性能，优化界面来控制应力和金属钴的扫越分布就非常有必要了。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足，提供一种耐磨工具，通过设计不同的倾斜区域来控制在PDC工具在高温高压压制过程中的拉伸残余应力，实现最佳的催化剂的扫越，以及焊接在钻头过程中的应力分布，达到工具综合的高耐磨和耐冲击性能。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种耐磨工具，采用如下技术方案：
一种耐磨工具，包含一个有非平面的界面的基体，一个连续的耐磨层，在基体和耐磨层之间形成界面，其特征在于，所述界面至少含有两个倾斜的区域，所述区域在界面交汇。
所述界面含有一个具有中心的环状切削面和顶端平面。
所述倾斜区域有不同的倾斜度，分别为5至75度之间及0至90度之间。
所述耐磨层厚度在不同环形外径处测量厚度范围在0到5mm之间。
所述界面中至少一个倾斜区域的倾斜度会连续变化，在小于1mm的相邻区域的倾斜度变化小于10度。
所述基体是硬质合金。
所述耐磨层由多晶金刚石粘结剂组成。
本发明提供的一种耐磨工具，通过设计不同的倾斜区域来控制在PDC工具在高温高压压制过程中的拉伸残余应力，实现最佳的催化剂的扫越，以及焊接在钻头过程中的应力分布，达到工具综合的高耐磨和耐冲击性能。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种耐磨工具的结构示意图。
图2为本发明实施例所述的一种耐磨工具的不同斜面连续变化之后的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种耐磨工具，通过设计不同的倾斜区域来控制在PDC工具在高温高压压制过程中的拉伸残余应力，实现最佳的催化剂的扫越，以及焊接在钻头过程中的应力分布，达到工具综合的高耐磨和耐冲击性能。
下面结合附图对本发明实施例提供给的一种耐磨工具进行详细描述。
如图1、2所示，本发明实施例提供的一种耐磨工具，包含一个有非平面的界面的基体1，一个连续的耐磨层2，在基体1和耐磨层2之间形成界面，其特征在于，所述界面包含第一倾斜区域3和第二倾斜区域4，所述区域在界面交汇。
所述界面3含有一个具有中心的环状切削面和顶端平面。
所述倾斜区域4有不同的倾斜度，分别为5至75度之间及0至90度之间。
所述耐磨层2厚度在不同环形外径处测量厚度范围在0到5mm之间。
所述界面3中至少一个倾斜区域4的倾斜度会连续变化，在小于1mm的相邻区域的倾斜度变化小于10度。
所述基体1是硬质合金。
所述耐磨层2由多晶金刚石粘结剂组成。
本发明提供的一种耐磨工具，通过设计不同的倾斜区域来控制在PDC工具在高温高压压制过程中的拉伸残余应力，实现最佳的催化剂的扫越，以及焊接在钻头过程中的应力分布，达到工具综合的高耐磨和耐冲击性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种耐磨工具，包含一个有非平面的界面的基体，一个连续的耐磨层，在基体和耐磨层之间形成界面，其特征在于，所述界面至少含有两个倾斜的区域，所述区域在界面交汇。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨工具，其特征在于，所述界面含有一个具有中心的环状切削面和顶端平面。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨工具，其特征在于，所述倾斜区域有不同的倾斜度，分别为5至75度之间及0至90度之间。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨工具，其特征在于，所述耐磨层厚度在不同环形外径处测量厚度范围在0到5mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨工具，其特征在于，所述界面中至少一个倾斜区域的倾斜度会连续变化，在小于1mm的相邻区域的倾斜度变化小于10度。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨工具，其特征在于，所述基体是硬质合金。
7.根据权利要求1所述的一种耐磨工具，其特征在于，所述耐磨层由多晶金刚石粘结剂组成。
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