CN212027670U - 具有软芯结构的聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，应用于PDC锯齿钻头，至少包括硬质合金基体及在其上高温高压烧结而成的超硬材料层，所述超硬材料层的内部有一应力分散层，所述应力分散层的侧面为圆弧面，所述应力分散层的中轴线与所述超硬材料层的中轴线共轴。本实用新型的有益效果主要体现在：结构新颖，应力分散层的韧性高,为超硬材料层提供了冲击韧性，能够吸收外圈材料在工作时受到的冲击，从而提升整个产品的冲击韧性。另外，应力分散层的侧面为圆弧面，可最大程度上降低应力的集中点，即降低了应力集中，大幅度提升该复合片的性能，延长使用寿命。

Description

具有软芯结构的聚晶金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及钻探和机加工领域，具体而言，尤其涉及一种具有软芯结构的聚晶金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片(PDC)通常由超硬材料层(通常为聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼)层和硬质合金基体组成，是石油天然气钻探开采工具PDC钻头的核心工作部件，又称为PDC钻齿或PDC齿。当PDC钻头在进行钻井工作时，安装在钻头上的PDC钻齿与岩石接触,并对其研磨和破碎，如此，PDC锯齿将承受两种不同形式的损坏，(1)切削岩石产生的磨损；(2)PDC齿的超硬材料层因为与岩石产生冲击造成的结构性破损。

PDC齿的超硬材料层具有超高的耐磨性。然而，硬度往往是以牺牲韧性为代价实现的。通常认为PDC齿的硬度优异，而韧性不足，属于脆性材料。所谓“韧性”，是指材料在塑性变形和破裂过程中吸收能量的能力，定义为材料在断裂前所能吸收的能量与体积的比值。实现韧性与硬度两者之间的平衡是大多数PDC制造商试图实现的目标。实现这一目标，可通过在PDC结构中引入相对较软的物质，如此一定程度上降低了PDC的硬度和提升了PDC的韧性。在凿岩工作中，如遇高硬度岩石地层，或夹层、砾石等非均质地层，或钻头钻具发生机械摆动和振动时，PDC齿的超硬材料层与岩石发生剧烈冲击，容易造成超硬材料层的冲击损坏，如崩口，断裂，脱层等。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种具有软芯结构的聚晶金刚石复合片。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，应用于PDC锯齿钻头，至少包括硬质合金基体及在其上高温高压烧结而成的超硬材料层，所述超硬材料层的内部有一应力分散层，所述应力分散层的侧面为圆弧面，所述应力分散层的中轴线与所述超硬材料层的中轴线共轴。

优选的，所述超硬材料层由高强度低韧性的材料制成，所述应力分散层为低强度高韧性的金刚石或立方氮化硼。

优选的，所述超硬材料层为烧结的聚晶金刚石层或立方氮化硼层，其含有钴、钨、碳化钨及其化合物；所述应力分散层为含有较高比例的钴、钨、碳化钨及其化合物和含有比例较低的金刚石等脆性材料。

优选的，所述弧形面为所述超硬材料层和超硬材料层相互交融的粗糙面。

优选的，所述应力分散层为圆柱状。

优选的，所述应力分散层为圆锥状或半球状。

优选的，所述超硬材料层的顶面和外圆周面之间通过切削面连接，所述切削面的剖切线为线性函数。

本实用新型的有益效果主要体现在：结构新颖，应力分散层的韧性高于超硬材料层提供了冲击韧性，能够吸收外圈材料在工作时受到的冲击，从而提升整个产品的冲击韧性。另外，应力分散层的侧面为圆弧面，可最大程度上降低应力的集中点，即降低了应力集中，大幅度提升该复合片的性能，延长使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

图1：本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限于本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

不限于本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型揭示了一种具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，应用于PDC锯齿钻头，主要应用于PDC锯齿钻头，当然，亦可用于端铣刀、用于铣削或车床车削的刀刃可替换式切削刀片、金工锯、齿轮刀具、铰刀、丝锥或者用于对曲轴进行销铣削的刀片、用于切割玻璃基板的切割件、光纤切割器。

该复合片包括硬质合金基体1及在其上高温高压烧结而成的超硬材料层2，所述超硬材料层2的内部有一应力分散层3，所述应力分散层3的侧面为圆弧面31，所述应力分散层3的中轴线与所述超硬材料层2的中轴线共轴。上述结构中，应力分散层的侧面为圆弧面，可最大程度上降低应力的集中点，即降低了应力集中，大幅度提升该复合片的性能，延长使用寿命。优选的，所述应力分散层为圆柱形最佳，当然，也可以为圆锥形或半球形等边角处具有弧度面的应力分散层3。

本实用新型中，所述超硬材料层2由高强度低韧性的材料制成，所述应力分散层3为低强度高韧性的金刚石或立方氮化硼。优选的，所述超硬材料层2为烧结的聚晶金刚石层或立方氮化硼层，其含有钴、钨、碳化钨及其化合物；所述应力分散层3为含有较高比例的钴、钨、碳化钨及其化合物和含有比例较低的金刚石等脆性材料。

所述应力分散层的韧性高于超硬材料层提供了冲击韧性，能够吸收外圈材料受到的冲击，从而提升整个产品的冲击韧性。

所述弧形面31为所述超硬材料层2和超硬材料层2相互交融的粗糙面，可大大地降低了应力的集中点，延长使用寿命。进一步的，所述超硬材料层2的顶面21和外圆周面22之间通过切削面23连接，所述切削面23的剖切线为线性函数。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，应用于PDC锯齿钻头，其特征在于：至少包括硬质合金基体（1）及在其上高温高压烧结而成的超硬材料层（2），所述超硬材料层（2）的内部有一应力分散层（3），所述应力分散层（3）的侧面为圆弧面（31），所述应力分散层（3）的中轴线与所述超硬材料层（2）的中轴线共轴。

2.根据权利要求1所述的具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述超硬材料层（2）由高强度低韧性的材料制成，所述应力分散层（3）为低强度高韧性的金刚石或立方氮化硼。

3.根据权利要求1所述的具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述圆弧面（31）为所述超硬材料层（2）和超硬材料层（2）相互交融的粗糙面。

4.根据权利要求1所述的具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述应力分散层（3）为圆柱状。

5.根据权利要求1所述的具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述应力分散层（3）为圆锥状或半球状。

6.根据权利要求1所述的具有软芯结构的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述超硬材料层（2）的顶面（21）和外圆周面（22）之间通过切削面（23）连接，所述切削面（23）的剖切线为线性函数。

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