CN1807668A - 一种金刚石钻头胎体粉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制作聚晶金刚石(PDC)钻头胎体的粉末冶金材料，属于石油钻头的材料技术领域。包括粗颗粒的球形烧结WC颗粒、细颗粒的球形铸造WC粉末和镍粉，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20％－75％，球形铸造WC粉末粒度为38－150微米20％－70％，镍粉5－20％。本发明的有益效果在于：由于球形烧结WC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，进而提高了胎体的耐磨性、抗弯强度和冲击韧性。借助于胎体性能的提高，可以设计出刮刀更薄的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。
Description
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，属于石油钻头的材料技术领域。
背景技术
在石油钻井中，聚晶金刚石(PDC)钻头的使用日益广泛。随着钻井工艺的发展，进一步提高PDC钻头的钻速逐渐成为钻井的首要要求。PDC钻头包括钻头体，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泄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，较大幅度的提高胎体PDC钻头胎体材料的抗弯强度和冲击韧性，将使PDC钻头的结构与性能的进一步改进和提高成为可能。
由于PDC钻头胎体要同时具备很高的耐磨性和抗冲蚀能力，还要具备一定的强度和韧性，因此为了满足耐磨性的要求，现有先进的PDC钻头制造商基本上是采用铸造WC胎体粉。美国专利US5733664中介绍了使用破碎的烧结WC颗粒作为钻头胎体粉，其中还介绍了许多应用实例，但是破碎的烧结WC粉形状不规则，以片状居多，导致钻头胎体性能不均匀，冲击韧性较低，而且，细颗粒的破碎烧结WC粉的渗透性能很差，制造钻头的工艺时间很长，实用性不强。
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更优的聚晶金刚石钻头胎体粉，这种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耐磨性、强度和韧性。
本发明为解决上述问题所提出的技术方案为：包括粗颗粒的球形烧结WC颗粒、细颗粒的球形铸造WC粉末和镍粉，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 20％-75％，
球形铸造WC粉末 粒度为38-150微米 20％-70％，
镍粉 5-20％。
按上述方案，所述球形烧结WC颗粒含量为20-50％，球形铸造WC粉末含量为40-70％，镍粉含量在5-15％。
按上述方案，所述的球形烧结WC颗粒的最佳粒度范围为150-300微米；球形烧结WC颗粒中钴含量按重量计为4％-20％，WC(碳化钨)含量为80％-96％。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：由于球形烧结WC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，进而提高了胎体的耐磨性、抗弯强度和冲击韧性。借助于胎体性能的提高，可以设计出刮刀更薄的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为现有技术中含有片状粗颗粒烧结WC胎体材料的金相图片。
图2本发明中含有粗颗粒球形烧结WC胎体材料的金相图片。
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25％，粒度为38-150微米的球形铸造WC粉末70％，镍粉5％混合而成。对烧结后胎体进行的力学性能检测结果表明，含有球形烧结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20％，冲击韧性提高了5％，极压条件下的耐磨性提高了25％。
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65％，粒度为38-150微米的球形铸造WC粉末20％，镍粉15％混合而成。对烧结后胎体进行的力学性能检测结果表明，含有球形烧结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25％，冲击韧性提高了15％，极压条件下的耐磨性提高了20％。
Claims (7)
1、一种金刚石钻头胎体粉，其特征在于包括粗颗粒的球形烧结WC颗粒、细颗粒的球形铸造WC粉末和镍粉，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 20％-75％，球形铸造WC粉末 粒度为38-150微米 20％-70％，镍粉 5-20％。
2、根据权利要求1所述的金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述球形烧结WC颗粒含量为20-50％，球形铸造WC粉末含量为40-70％，镍粉含量在5-15％。
3、根据权利要求1或2所述的金刚石钻头胎体粉，其特征在于所述的球形烧结WC颗粒的粒度范围为150-300微米。
4、根据权利要求1或2所述的金刚石钻头胎体粉，其特征在于球形烧结WC颗粒中钴含量按重量计为4％-20％，WC含量为80％-96％。
5、根据权利要求1或2所述的金刚石钻头胎体粉，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。
6、根据权利要求2所述的金刚石钻头胎体粉，其特征在于由粒度为150-250微米的球形烧结WC颗粒25％，粒度为38-150微米的球形铸造WC粉末70％，镍粉5％混合而成。
7、根据权利要求1所述的金刚石钻头胎体粉，其特征在于由粒度为150-250微米的球形烧结WC颗粒65％，粒度为38-150微米的球形铸造WC粉末20％，镍粉15％混合而成。
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