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硬质合金—聚晶金刚石复合球齿的研制

作　者: 杨昆
导　师: 张绍和
学　校: 中南大学
专　业: 地质工程
关键词: 硬质合金复合片抗冲击性耐磨性硬质合金-聚晶金刚石复合球齿
分类号: P634.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

潜孔钻头采用冲击为主,冲击加回转的凿岩方式进行碎岩钻进,要求凿岩球齿不仅要具有较高的抗冲击性,还要具有极强的耐磨性。硬质合金球齿因具有较高的抗冲击性和较好的硬度而被广泛应用于潜孔钻头中,但是当潜孔钻头钻进坚硬研磨性岩层时,硬质合金球齿由于耐磨性不足而很快磨损,从而导致钻头报废。复合片球齿由聚晶金刚石层与硬质合金衬底构成,复合片球齿具有极高的耐磨性,但是复合片球齿的抗冲击性不足,难以满足潜孔钻头对抗冲击性的要求。课题通过大量室内试验验证了：硬质合金球齿具有较高的抗冲击性,复合片球齿具有极高的耐磨性。针对硬质合金球齿耐磨性不够,复合片球齿抗冲击性不足等不能满足潜孔钻头使用要求的问题,课题设计了一种能在潜孔钻头应用中满足既耐冲击又耐磨的硬质合金-聚晶金刚石复合球齿,它采用在硬质合金球齿上成孔,并焊接上聚晶金刚石的方法,很好地结合了聚晶金刚石的耐磨性与硬质合金的抗冲击性。课题通过大量室内抗冲击性试验和耐磨性试验,测试了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的抗冲击性能和耐磨性能,验证了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的性能优势。课题得到的主要结论有：(1)通过对硬质合金球齿进行的室内抗冲击试验,得知其抗冲击性完全可以满足潜孔钻头的使用要求；经室内磨耗比测定,证实硬质合金球齿耐磨性较低,无法满足潜孔钻头钻进坚硬岩层时对球齿耐磨性的要求。(2)通过对复合片球齿进行的室内磨耗比试验,得知其耐磨性极高,完全可以满足潜孔钻头钻进坚硬岩层对球齿耐磨性的要求；经室内抗冲击试验,证实复合片球齿抗冲击性较低,无法满足高风压潜孔钻头的抗冲击能力要求,并分析了复合片球齿抗冲击性不足的原因。(3)设计了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿,分析了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的设计原理,并介绍了硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的加工工艺。(4)通过室内抗冲击性试验和磨耗比试验验证了：硬质合金-聚晶金刚石复合球齿抗冲击性强于复合片球齿,耐磨性强于硬质合金球齿,并分析了其中的原因。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
1 前言  11-18
  1.1 选题的目的和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 硬质合金球齿研究现状  12-13
    1.2.2 复合片球齿研究现状  13-16
  1.3 主要研究内容和创新点  16-18
    1.3.1 本课题的主要研究内容  16-17
    1.3.2 本课题的创新点  17-18
2 潜孔钻头的设计和破岩机理  18-32
  2.1 潜孔钻头球齿  18-20
    2.1.1 硬质合金球齿  18-19
    2.1.2 复合片球齿  19
    2.1.3 潜孔钻头球齿存在的问题  19-20
  2.2 潜孔钻头的设计  20-24
    2.2.1 潜孔钻头的分类  21
    2.2.2 潜孔钻头的结构参数  21-23
    2.2.3 潜孔钻头的工作特点  23-24
  2.3 潜孔钻头球齿承受冲击功的计算  24-25
    2.3.1 潜孔钻头冲击器的工作原理  24
    2.3.2 潜孔钻头球齿承受的冲击功的计算  24-25
  2.4 潜孔钻头球齿的破岩机理  25-32
    2.4.1 潜孔钻头球齿的冲击破岩机理  25-26
    2.4.2 潜孔钻头球齿的失效类型  26-27
    2.4.3 潜孔钻头球齿的破损机理  27-32
3 潜孔钻头球齿的室内试验方法  32-39
  3.1 室内抗冲击性试验  32-35
    3.1.1 试验方案设计  32-33
    3.1.2 试验准备  33-34
    3.1.3 试验装置  34-35
    3.1.4 试验步骤  35
  3.2 室内磨耗比试验  35-39
    3.2.1 试验方案设计  35-36
    3.2.2 试验准备  36
    3.2.3 试验装置  36-38
    3.2.4 试验步骤  38-39
4 硬质合金与复合片球齿室内试验结果与分析  39-57
  4.1 硬质合金球齿的室内试验  39-42
    4.1.1 硬质合金球齿抗冲击性分析  39-41
    4.1.2 硬质合金球齿的耐磨性分析  41-42
  4.2 复合片球齿的室内试验  42-56
    4.2.1 复合片球齿抗冲击性分析  42-55
    4.2.2 复合片球齿的耐磨性分析  55-56
  4.3 硬质合金球齿与复合片球齿性能比较分析  56-57
5 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的设计与制造  57-68
  5.1 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的设计  57
  5.2 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的加工工艺流程  57-58
  5.3 原料购置  58
  5.4 硬质合金基体电火花打孔  58-60
    5.4.1 电火花打孔机工作原理  58-59
    5.4.2 电火花打孔孔径和深度分析  59-60
  5.5 TSP聚晶金刚石化学镀镍  60-63
    5.5.1 聚晶金刚石化学镀镍的原因  60
    5.5.2 化学镀镍对硬质合金-聚晶金刚石复合球齿性能的影响  60-61
    5.5.3 化学镀镍设备  61
    5.5.4 化学镀镍工艺流程  61-62
    5.5.5 化学镀镍厚度对焊接效果的影响分析  62-63
  5.6 聚晶金刚石焊接  63-66
    5.6.1 焊接原理  63-64
    5.6.2 焊接应力分析  64-65
    5.6.3 焊接材料的选择  65
    5.6.4 焊接操作流程  65-66
  5.7 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的后加工  66-68
    5.7.1 磨外圆  66-67
    5.7.2 喷砂  67-68
6 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿室内试验  68-77
  6.1 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的抗冲击性试验分析  68-73
    6.1.1 金刚石个数对硬质合金-聚晶金刚石复合球齿抗冲击性的影响  69-73
    6.1.2 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿与复合片球齿的抗冲击性比较  73
  6.2 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿耐磨性试验分析  73-77
    6.2.1 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿的磨耗比试验  73-75
    6.2.2 硬质合金-聚晶金刚石复合球齿与硬质合金球齿的耐磨性比较  75-77
7 结论与建议  77-79
  7.1 课题结论  77
  7.2 进-步研究建议  77-79
参考文献  79-84
攻读学位期间主要成果  84-85
致谢  85

硬质合金—聚晶金刚石复合球齿的研制

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