CN104399992A - 一种双切削金刚石孕镶块的制造方法 - Google Patents

一种双切削金刚石孕镶块的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双切削金刚石孕镶块的制造方法，烧结层通过热压浸渍烧结工艺将金刚石颗粒包镶在孕镶结块表面；其中烧结层组份的质量百分比包括：碳化钨30％-55％，硬质合金10％-20％，镍5％-12％，锰3％-12％，铜合金17％-36％；热压浸渍烧结工艺包括：将天然金刚石颗粒、烧结层粉末和孕镶结块放入石墨模具。加热并施加压力，加热时的升温速度为80-120℃/min，施加压力为12-18Mpa。当温度升至900-1100℃时，在压力下保温250-350秒。在压力下冷却至700-750℃，冷却时的降温速度为150-180℃/min。无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为150-180℃/min。通过热压浸渍烧结工艺将有序排列的孕镶结块与天然金刚石颗粒紧固的粘结与一体，形成了双层切削结构的有机结合体，达到双层、阶梯切削的目的。

Description

一种双切削金刚石孕镶块的制造方法
技术领域
本发明属于石油、天然气开发用金刚石钻头的切削元件领域，具体涉及一种双切削金刚石孕镶块的制造方法。
背景技术
金刚石孕镶块普遍应用于钻探生产中作为钻头切削元件使用，具有抗压能力大、抗磨能力强、抗冲击能力较好的特点，适合钻探对PDC钻头和牙轮钻头而言难以钻探的，具有高硬度、高研磨性等难钻地层。现有技术中，金刚石孕镶结块就是把金刚石均匀的分布到胎体中，匹配不同硬度的胎体，可以钻进各种硬度的岩石，特别是钻进中等硬度以上的岩石，钻进效率高、成本低。金刚石孕镶结块的金刚石颗粒较细，对于岩层的体积破碎效率低，实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇面上多而小的硬质点(金刚石)对加工件(孔底岩石)进行刻划、磨削，并随着原有硬质点的逐渐磨损和消失，胎体也在不断磨耗，新的硬质点又裸露出来继续工作。金刚石孕镶结块在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的自刃作用而常处于锐利状态。由于孕镶金刚石齿中的金刚石颗粒有着极高的耐磨性，因此金刚石孕镶结块具有长寿命的优点，可以使钻头获得较高的进尺。这种结构的钻头虽然能够达到较好的钻进效果，但仍然存在不可忽视的问题，将金刚石颗粒镶嵌在胎体中，形成金刚石孕镶结块。但是，由于金刚石与胎体的界面能很高，使得金刚石与胎体间的浸润性和粘结能力很差，结合强度低，胎体强度不够而过早的磨损，使得金刚石颗粒容易过早脱落。采用单一切削结构的金刚石孕镶结块作为切削元件，使得在难钻、复杂地层孕镶金刚石钻头寿命短，对于地质勘探造成不利影响。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、制作方便，能够有效提高钻进效率和延长使用寿命的双切削金刚石孕镶块。
为实现上述技术目的，使用以下技术方案：
一种双切削金刚石孕镶块的制造方法，烧结层通过热压浸渍烧结工艺将天然金刚石颗粒包镶在孕镶结块表面；其中烧结层组份的质量百分比包括：碳化钨30％-55％，硬质合金10％-20％，镍5％-12％，锰3％-12％，铜合金17％-36％；热压浸渍烧结工艺依次包括：
(1)将天然金刚石颗粒、烧结层粉料和孕镶结块放入石墨模具对应位置。
(2)加热并施加压力，加热时的升温速度为80-120℃/min，施加压力为12-18Mpa。
(3)当温度升至900-1100℃时，在压力下保温250-350秒。
(4)停止加热，进行冷却操作。
(5)在压力下冷却至700-750℃，冷却时的降温速度为150-180℃/min。
(6)在无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为150-180℃/min。
(7)加工完成，从石墨模具中取出。
为使本发明更加适于实用，下面做进一步改进：
所述烧结层组分的质量百分比包括：碳化钨40％，硬质合金15％，镍8％，锰7％，铜合金30％。
所述热压浸渍烧结工艺依次包括：
(1)将天然金刚石颗粒、烧结层粉料和孕镶结块放入石墨模具对应位置。
(2)加热并施加压力，加热时的升温速度为100℃/min，施加压力为15Mpa。
(3)当温度升至980℃时，在压力下保温300秒。
(4)停止加热，进行冷却操作。
(5)在压力下冷却至720℃，冷却时的降温速度为170℃/min。
(6)在无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为170℃/min。
(7)加工完成，从石墨模具中取出。
所述天然金刚石颗粒包镶在孕镶结块表面，并将天然金刚石颗粒作为第一切削元件，孕镶结块为第二切削元件。
所述孕镶结块为金刚石颗粒有序排列在胎体内。
本发明有益效果在于：通过热压浸渍烧结工艺将有序排列的孕镶结块与天然金刚石颗粒紧固的粘结与一体，避免了孕镶金刚石钻头工作时孕镶结块出现脱层现象，进而实现了孕镶金刚石钻头的正常工作。且形成了双层切削结构的有机结合体，达到双层、阶梯切削的目的，从而达到在难钻地层钻进中，使具有双切削结构孕镶块的孕镶金刚石钻头长时间保持高破岩效率和延长其使用寿命的目的，井降低了钻井成本。
附图说明
图1为双切削金刚石孕镶块主视图。
图2为双切削金刚石孕镶块俯视图。
图3为图2的A-A剖面示意图。
附图中：1-天然金刚石颗粒，2-烧结层，3-胎体，4-金刚石颗粒，5-孕镶结块。
具体实施方式
实施例一：
一种双切削金刚石孕镶块的制造方法，烧结层2通过热压浸渍烧结工艺将天然金刚石颗粒1包镶在孕镶结块5表面；其中烧结层2组份的质量百分比包括：碳化钨40％，硬质合金15％，镍8％，锰7％，铜合金30％；热压浸渍烧结工艺依次包括：
(1).将天然金刚石颗粒1、烧结层2粉末和孕镶结块5放入石墨模具对应位置。
(2).加热并施加压力，加热时的升温速度为100℃/min，施加压力为15Mpa。
(3).当温度升至980℃时，在压力下保温300秒。
(4).停止加热，进行冷却操作。
(5).在压力下冷却至720℃，冷却时的降温速度为170℃/min。
(6).在无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为170℃/min。
(7).加工完成，从石墨模具中取出。
实施例二：
一种双切削金刚石孕镶块的制造方法，烧结层2通过热压浸渍烧结工艺将天然金刚石颗粒1包镶在孕镶结块5表面；其中烧结层2组份的质量百分比包括：碳化钨55％，硬质合金20％，镍5％，锰3％，铜合金17％；热压浸渍烧结工艺依次包括：
(1).将天然金刚石颗粒1、烧结层2粉末和孕镶结块5放入石墨模具对应位置。
(2).加热并施加压力，加热时的升温速度为80℃/min，施加压力为12Mpa。
(3).当温度升至900℃时，在压力下保温250秒。
(4).停止加热，进行冷却操作。
(5).在压力下冷却至700℃，冷却时的降温速度为150℃/min。
(6).撤销压力冷却至室温，冷却时的降温速度为150℃/min。
(7).加工完成，从石墨模具中取出。
实施例三：
一种双切削金刚石孕镶块的制造方法，烧结层2通过热压浸渍烧结工艺将天然金刚石颗粒1包镶在孕镶结块5表面；其中烧结层2组份的质量百分比包括：碳化钨30％，硬质合金10％，镍12％，锰12％，铜合金36％；热压浸渍烧结工艺依次包括：
(1).将天然金刚石颗粒1、烧结层2粉末和孕镶结块5放入石墨模具对应位置。
(2).加热并施加压力，加热时的升温速度为120℃/min，施加压力为18Mpa。
(3).当温度升至1100℃时，在压力下保温350秒。
(4).停止加热，进行冷却操作。
(5).在压力下冷却至750℃，冷却时的降温速度为180℃/min。
(6).在无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为180℃/min。
(7).加工完成，从石墨模具中取出。
所述天然金刚石颗粒1包镶在孕镶结块5表面，并将金刚石颗粒作为第一切削元件，孕镶结块5为第二切削元件。所述孕镶结块5为金刚石细小颗粒4有序排列在胎体3内。通过热压浸渍烧结工艺将有序排列的孕镶结块5与天然金刚石颗粒1紧固的粘结与一体，避免了孕镶金刚石钻头工作时孕镶结块5出现脱层现象，进而实现了孕镶金刚石钻头的正常工作。且形成了双层切削结构的有机结合体，达到双层、阶梯切削的目的，从而达到在难钻地层钻进中，使具有双切削结构孕镶块的孕镶金刚石钻头长时间保持高破岩效率和延长其使用寿命的目的，井降低了钻井成本。

Claims (5)

1.一种双切削金刚石孕镶块的制造方法，烧结层(2)通过热压浸渍烧结工艺将天然金刚石颗粒(1)包镶在孕镶结块(5)表面；其中烧结层(2)组份的质量百分比包括：碳化钨30％-55％，硬质合金10％-20％，镍5％-12％，锰3％-12％，铜合金17％-36％；热压浸渍烧结工艺依次包括：
①.将天然金刚石颗粒(1)、烧结层(2)粉末和孕镶结块(5)放入石墨模具对应位置；
②.加热并施加压力，加热时的升温速度为80-120℃/min，施加压力为12-18Mpa；
③.当温度升至900-1100℃时，在压力下保温250-350秒；
④.停止加热，进行冷却操作；
⑤.在压力下冷却至700-750℃，冷却时的降温速度为150-180℃/min；
⑥.在无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为150-180℃/min；
⑦.加工完成，从石墨模具中取出。
2.如权利要求1所述双切削金刚石孕镶块的制造方法，其特征在于：所述烧结层(2)组分的质量百分比包括：碳化钨40％，硬质合金15％，镍8％，锰7％，铜合金30％。
3.如权利要求1所述双切削金刚石孕镶块的制造方法，其特征在于：所述热压浸渍烧结工艺依次包括：
①.将天然金刚石颗粒(1)、烧结层(2)粉末和孕镶结块(5)放入石墨模具对应位置；
②.加热并施加压力，加热时的升温速度为100℃/min，施加压力为15Mpa；
③.当温度升至980℃时，在压力下保温300秒；
④.停止加热，进行冷却操作；
⑤.在压力下冷却至720℃，冷却时的降温速度为170℃/min；
⑥.在无压下冷却至室温，冷却时的降温速度为170℃/min；
⑦.加工完成，从石墨模具中取出。
4.如权利要求1所述双切削金刚石孕镶块的制造方法，其特征在于：所述天然金刚石颗粒(1)包镶在孕镶结块(5)表面，将天然金刚石颗粒(1)作为第一切削元件，孕镶结块(5)为第二切削元件。
5.如权利要求1所述双切削金刚石孕镶块的制造方法，其特征在于：所述孕镶结块(5)为金刚石颗粒(4)有序排列在胎体(3)内。
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