金刚石钻头胎体性能的初步研究

衡量金刚石钻头胎体的性能,目前国内外多用硬度(HRC)的单一指标,满足不了钻头设计、制造和选择的要求.近几年来,国内外对胎体性能的研究进行了不少工作,本文总结了我们近年来对金刚石钻头胎体基本性能的初步研究成果. 胎体的断裂韧性目前,大多数粉末冶金法加工的金刚石钻头胎体,是由骨架成分、多元合金粘结剂及金刚石组成的复合材料.这种材料内部存在着诸如孔隙、夹杂物、微裂纹等缺陷,通常表现为微裂纹.照     

孕镶金刚石钻头胎体磨损因素

了解金刚石孕镶钻头磨损的因素,才能合理设计和使用金刚石钻头。认为岩屑是孕镶金刚石钻头磨损的主要因素。调整钻进参数和钻头设计参数,以控制岩屑对钻头的磨损强度,可收到好的钻进效果。     

金刚石钻头胎体特征与岩石性质

在选用金刚石钻头时,人们往往以钻头胎体硬度作为胎体性能的标准。而对金刚石钻头胎体硬度的选择,国内外有两种不同看法。多数人认为,坚硬岩石用软胎体,软岩石用硬胎体;而另一种看法则正好相反。

     

关于提高金刚石钻头胎体耐磨性的试验研究

胎体耐磨性（胎体硬度）是金刚石钻头的一个重要技术指标,它直接影响钻头、钻进规程参数的选择和钻探工程技术指标的提高。目前,现场所用钻头实际胎体硬度低于出厂钻头的标称硬度,而钻探施工一般按胎体标称硬度进行安排生产,所以会对钻探效率和进尺的提高带来误导和负面影响。为了提高钻头胎体硬度,进行了如下研究工作：改进钻头烧结工艺,提高胎体材料中碳化钨的比例和增加混料时间。在改进钻头烧结工艺中,建议讨论研究俄罗斯冷压烧结技术,其烧结压力可以达到70～100 MPa,远远高于我国热压烧结的压力,这将有利于胎体耐磨性的提高和钻探技术经济指标的改善。     

关于金刚石钻头胎体硬度分布的试验研究

钻头胎体硬度是一项重要技术指标,应与所钻岩石的硬度（可钻性）和研磨性相适应。胎体硬度直接影响钻探技术经济指标的提高和钻进工艺参数的选择。试验研究表明,钻头胎体硬度分布很不均匀,差别很大。首先应从胎体烧结工艺上找原因,烧结压力偏小（5 MPa）可能是首要原因。钻头、工艺参数、操作技术等都很重要,缺一不可。钻进技术经济指标低,不一定都是钻头质量问题,要从多方面进行研究。提倡把经验打钻提高到科学打钻上来。     

关于薄壁金刚石钻头胎体性能的探讨

对薄壁金刚石钻头胎体进行了性能分析和配方设计探讨，尤其根据被钻切介质对钻头胎体性能的要求作了较详细的分析，从理论分析结合实践经验筛选出了钻切建筑石材和各种钢筋砼的钻头胎体配方，在生产中满足了钻头工作条件的要求。     

自润滑孕镶金刚石钻头胎体材料初步研究

为了研究具有自润滑性能的孕镶金刚石钻头胎体材料,进行了在胎体配方中添加石墨的研究。对胎体材料的抗弯强度、硬度、耐磨性和材料与白刚玉砂轮组成摩擦副时的摩擦系数进行了测定,并用扫描电子显微镜观察了磨损表面形貌。实验结果表明,添加石墨后,胎体材料的硬度和抗弯强度下降,与60目白刚玉砂轮组成摩擦副时的摩擦系数下降,耐磨性则随着石墨含量的增多先增强,后下降（超过6％后）。形貌分析表明,不含石墨的胎体材料在磨损中发生明显的塑性变形;添加石墨后,胎体材料的塑性降低,出现犁沟和剥落现象。     

细粒金刚石及钻头胎体性能的测定方法

美国克里斯坦森金刚石制品公司今年四月来华进行技术交流，曾介绍了细粒金刚石强度的检验方法、钻头胎体耐磨性的测定方法及天然金刚石的抛光处理。这些方法对国内有关研制单位有借鉴之处，特整理简单介绍如下。     

电铸金刚石孕镶钻头胎体与钢体结合强度的测试

目前，在金刚石钻进中，钻头胎块脱落事故尚未能完全避免。胎块脱落后，若发现的早，还比较容易捞取。若发现不及时，将造成钻头的进一步崩落损坏，以致很难彻底捞净，这将给以后钻进造成更大的困难。分析胎块脱落的原因是多方面的。如下钻碰撞套管或孔底；钻进操作不注意产生严重挤夹；孔内不清洁；钻进坚硬裂隙地层；深孔倒立轴时没有悬吊钻具等。总之，这些都是外因，操作中应力求避免发生。从内因方面检查，主要是胎体与钢体的结合力（结合强度）不够而造成。例如，一些钻头正常使用仅一、二个回次就出现了胎体沿与钢体的结合面整个脱掉现象。这种     

关于金刚石钻头胎体配方及胎体性能指标

金刚石钻头及其制造工艺经历了几个发展阶段.每一个阶段都与所用金刚石的尺寸、品级、胎体的性能和当时的工业发展水平有关.在相当长的一段时间内,金刚石钻头上镶有大颗粒天然金刚石卡帮纳德或巴拉斯,其重量为0.5—2.0克拉左右.主要是把金刚石直接镶嵌在钻头环上.为此要在钻头环上打眼,装上铅垫片或赤铜垫片,把金刚石摆在钻头环上并镶嵌之.这种镶嵌方法,往往由于金刚石被破坏而损失很多金刚石.而且这种镶嵌工作一般是在钻机机台上进行的,这是由于金刚石颗粒磨钝后,需要重新摆列以使其锋利部分露出、破碎岩石所致.由于大颗粒金刚石价格昂贵,因此司钴需要特别小心谨慎,以防止金刚石损坏.     

关于提高金刚石钻头胎体工作能力的试验研究

在地质勘探中,金刚石钻进是一种主要的方法。在金刚石钻探生产中,钻探设备、钻头、钻探工艺、钻探生产操作技术和生产管理都是非常重要的。钻探技术经济指标与钻头胎体的工作能力关系更为密切,因此成了人们关心的问题。俄罗斯Кубасов В.В.博士等在提高钻头胎体工作能力方面做了大量的工作,取得了很好的技术经济效果。本文介绍了他们在低品级金刚石的选择性破碎处理、金刚石的热处理、金刚石钻头的低温处理和胎体性能的控制技术等方面的研究内容及取得的成果。     

表镶金刚石钻头胎体巢状组织的研究

当前,钻探用的金刚石表（孕）镶松装烧结钻头,其胎体通常是以WC（W₂C）-Co（Ni）粉为骨料,以其他金属合金为浸渍剂的合金。金刚石表镶钻头松装烧结胎体组织,由巢状（WC+W₂C）和网状浸渍合金组成。     

孕镶金刚石钻头胎体硬度本质的探讨

硬度是目前用来衡量金刚石钻头胎体性能的一个最重要的指标。由于这一指标具有检测方便,不需专门的试件,能反映胎体抵抗岩粉压入能力,并能在一定程度上反映胎体耐磨性等显著优点,因此,目前已成为大多数厂家实际生产控制的唯一指标。在其它性能参数的意义及测量方法尚处于研究阶段的时候,硬度不失为一个实际有用的指标。但是,随着对胎体性能研究的深入,有必要进一步研究这一参数的本质,及其所反映的性能侧面及局限性。     

热压金刚石钻头胎体材料对钻头性能的影响

胎体材料是指胎体材料的成分与配比(简称胎体配方),它是决定胎体性能的内因与根本。现就胎体配方对胎体性能的影响,以及如何改善提高胎体性能等问题进行局部分析(重点谈孕镶钻头胎体)。     

关于金刚石钻头胎体材料及其系列化问题的商榷

地质钻探用金刚石孕镶钻头目前尚缺乏完善的胎体系列。现将笔者以前做过的工作和搜集的部份资料归纳出来，目的在于通过讨论，促使国内孕镶钻头胎体材料进一步完善并标准化。一、骨架材料钻头胎体中的骨架材料，应有高硬度、高熔点，容易被粘结金属润湿，同时在烧结温度下不与粘结金属形成脆性化合物和低的溶解度。某些难熔金属和难熔金属的硬质化合物可以满足这些要求。     

大陆科学钻探孕镶金刚石钻头胎体配方的前期研究

在对普通孕镶金刚石钻头高温力学性能检测的基础上,实验研究了６种ＷＣ（Ｗ）基和６种Ｎｉ基配方胎体的高温力学性能,从而提出２种可供研制大陆科学钻探深部高温孔段孕镶金刚石钻头胎体使用的配方方案。     

日本利根钻探公司金刚石钻头胎体成分和性能

无论是表镶还是孕镶式金刚石钻头或扩孔器，除了金刚石品级、粒度、浓度、钻头唇面形状、水路设计和镶嵌烧结质量外，其胎体成分和性能对钻头和扩孔器的使用效果影影甚大。由于钻进所遇的岩层性质多种多样，钻头和扩孔器胎体就要求与之相适应，也要多种多样。下列是日本利根钻探公司有关金刚石钻头和扩孔器胎体的一些资料。