大鉆具硬度的等級(jí)有哪些？
大鉆具硬度的等級(jí)有哪些？

大鉆具的質(zhì)量和金剛石材質(zhì)有很大的關(guān)系，金剛石硬度，大鉆具，決定大鉆具硬度。 金剛石鉆頭的種類有很多種分法，如天然的、人造的；單管的；繩索取芯的、定向鉆進(jìn)的；取芯的鉆進(jìn)的；礦山的、油井的。根據(jù)鉆進(jìn)和碎巖特點(diǎn)，可分為表鑲金剛石鉆頭、孕鑲金剛石鉆頭和聚晶燒結(jié)體鉆頭。不同類型的金剛石鉆頭使用的地方不一樣，對(duì)金剛石鉆頭硬度的需求也不一樣。

金剛石鉆頭硬度選用原則：

1、6-7級(jí)完整均質(zhì)的巖石選用人造聚晶表鑲金剛石鉆頭和粗粒表鑲金剛石鉆頭，粒度為10-20粒/克拉，金剛石鉆頭胎體硬度應(yīng)在HRC45左右。

2、7-8級(jí)中等研磨性，較完整的巖層選用粒度為20-40粒/克拉的中粒表鑲鉆頭和60目以粗的孕鑲鉆頭，金剛石鉆頭胎體硬度為HRC40左右。

3、9級(jí)以上中等研磨性，較完整的巖層選用80目以細(xì)的孕鑲鉆頭或者品級(jí)好的粒度為40-60粒/克拉的細(xì)粒表鑲鉆頭，金剛石鉆頭胎體硬度應(yīng)在HRC35-40左右。

4、研磨性強(qiáng)的巖層（如石英砂巖）應(yīng)選用胎體硬度較大的、濃度較高的、粒度較細(xì)的孕鑲鉆頭或者品級(jí)好、粒度細(xì)的表鑲金剛石鉆頭（60-100粒/克拉）。

5、鉆進(jìn)節(jié)理發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜的裂隙破碎巖層，應(yīng)選用胎體硬度大的孕鑲金剛石鉆頭或細(xì)粒表鑲金剛石鉆頭，而且必須采用鉆頭。

金剛石鉆頭硬度選用原則

  選用金剛石鉆頭時(shí)應(yīng)根據(jù)具體巖層考慮金剛石孕鑲鉆頭的金剛石粒度、金剛石濃度、和胎體硬度。堅(jiān)硬的巖層選擇金剛石硬度高的鉆頭。選擇正確的金剛石鉆頭能夠讓鉆探工作更加順利。

大鉆具常見(jiàn)問(wèn)題的原因分析
大鉆具常見(jiàn)問(wèn)題的原因分析

　　1、分層

　　主要表現(xiàn)為金剛石層與硬質(zhì)合金襯底在其結(jié)合面上出現(xiàn)裂縫。用50MHz超聲波探傷儀可以檢測(cè)出其結(jié)合面上的燒結(jié)情況，金剛石與硬質(zhì)合金粘結(jié)牢固的PDC在探傷中不發(fā)生界面反射波；而界面上有裂縫的PDC可以對(duì)超聲波產(chǎn)生多次的反射和折射，使其在探傷圖像上出現(xiàn)非正常的雜波，不同的裂縫產(chǎn)生的雜波圖像也有所不同。下面是兩種不同的燒結(jié)情況在超聲波探傷儀中產(chǎn)生的波形圖。

　　產(chǎn)生分層的主要原因大致有以下幾方面：

　?、俑邷貢r(shí)間過(guò)長(zhǎng)

　　眾所周知，金剛石在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)部分石墨化，液相鈷滲入金剛石微粉層時(shí)，溶解石墨并向金剛石輸送碳，使金剛石顆粒長(zhǎng)大并搭接起來(lái)，形成金剛石-金剛石的鍵結(jié)合。鈷液滲入金剛石粉末的過(guò)程伴隨著石墨→金剛石的轉(zhuǎn)變，Zui后金剛石粉末中的石墨轉(zhuǎn)變成金剛石，形成具有金剛石-金剛石結(jié)合的牢固燒結(jié)體。如果燒結(jié)過(guò)程處于溫度相對(duì)較高且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，液相鈷會(huì)迅速完成溶解石墨并向金剛石輸送碳的過(guò)程，金剛石顆粒也會(huì)長(zhǎng)大并搭接起來(lái)，但由于高溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，已燒結(jié)的金剛石會(huì)被碳化，從而使金剛石層中殘留過(guò)多的石墨，嚴(yán)重影響金剛石層與硬質(zhì)合金襯底的界面結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致界面分離。

　?、跉堄鄳?yīng)力

　　殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要是由于熱膨脹(冷收縮)的存在。硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)是金剛石的兩倍。PDC的燒結(jié)屬于液相燒結(jié)，當(dāng)燒結(jié)結(jié)束各相開(kāi)始冷卻時(shí)，由于各相熱膨脹不同所以收縮不一致，彼此約束，從而產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力過(guò)大時(shí)，便導(dǎo)致金剛石層從襯底上分離。而熱膨脹是材料本身的固有特性，要完全消除其影響是很難的，只有從工藝上入手，比如對(duì)襯底形狀的設(shè)計(jì)，或通過(guò)退火處理，以盡量減小殘余應(yīng)力的影響。

　?、塾操|(zhì)合金本身的質(zhì)量較差。

　　2、欠燒

　　分為全部欠燒和局部欠燒。從外觀上看，主要是金剛石微粉尚未完全燒結(jié)，呈現(xiàn)松散的結(jié)構(gòu)，在色澤上表現(xiàn)為灰色或帶黃色斑點(diǎn)，磨耗比很差，基本無(wú)使用價(jià)值。造成欠燒的主要原因有：

　?、僭牧鲜艿轿廴?/p>

　　在市購(gòu)的金剛石微粉中，總會(huì)包含著葉蠟石、石墨、鐵磁性物質(zhì)和灰份等雜質(zhì)。如果未處理干凈或在存放過(guò)程中受污染，那么在燒結(jié)過(guò)程中，這些污染物將對(duì)金剛石產(chǎn)生熱侵蝕，促使金剛石氧化和加速金剛石的石墨化，從而阻礙鈷掃越的進(jìn)行，輕則局部阻礙金剛石的自身燒結(jié)，重則只有界面處的金剛石被燒結(jié)，留下黃色斑點(diǎn)。因此，大鉆具廠家，對(duì)原材料的保存和處理要相當(dāng)仔細(xì)，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行。

　?、跍囟冗^(guò)低或高溫時(shí)間保持不夠。

　　由于PDC燒結(jié)屬于液相燒結(jié)，它就要求必須有液相生成。溫度過(guò)低時(shí)，不能產(chǎn)生足夠的液相，使燒結(jié)過(guò)程無(wú)法持續(xù)，只能在界面處產(chǎn)生燒結(jié)，而其他部分仍保持原有形態(tài)，呈現(xiàn)松散的結(jié)構(gòu)。合成腔體達(dá)到預(yù)定溫度是需要一定的時(shí)間的，由于受工藝條件所限，這個(gè)時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，否則就會(huì)相應(yīng)縮短后期保持高溫的時(shí)間，這樣，雖然也產(chǎn)生足夠的液相，但在相對(duì)較短的時(shí)間里，掃越式再結(jié)晶進(jìn)行的不很完全，而造成PDC的局部不燒結(jié)。要避免這些情況的產(chǎn)生，除了要防止設(shè)備故障(如壓機(jī)的絕緣墊損壞或壓機(jī)的加熱電源漏電等)外，還要不斷加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，提高操作人員的技術(shù)水平。

　?、垡r底結(jié)合劑含量不足

　　PDC的燒結(jié)是需要在襯底中的結(jié)合劑參與下有條件進(jìn)行的，當(dāng)襯底中結(jié)合劑的含量不足時(shí)，就會(huì)影響PDC的燒結(jié)質(zhì)量，輕則一般會(huì)在超硬層表面留下較深的虛點(diǎn)，虛點(diǎn)處基本上沒(méi)有磨耗比；重則就只能是廢品。

　　3、針眼、黑點(diǎn)

　　所謂針眼就是指在PDC的金剛石表面存在象針扎過(guò)一樣的小孔洞。它們有多有少或聚或散，是影響成品率的一大缺陷。我們認(rèn)為這些小孔洞實(shí)際就是氣孔。吸附氣體或蒸汽是固體與氣體界面上Zui重要的特征性質(zhì)之一，金剛石亦不例外。由于合成PDC所使用的是金剛石微粉，通常只有幾十微米或幾微米，因而比表面積極大，所吸附氣體的量就更為驚人。在燒結(jié)過(guò)程中，大鉆具報(bào)價(jià)，由于液相的產(chǎn)生，氣體分子逐漸聚集，形成或大或小的氣泡，隨著溫度的升高，顆粒的粒界開(kāi)始移動(dòng)，粒子長(zhǎng)大并搭接，氣泡逐漸遷移到粒界上消失，燒結(jié)體密度增高，并可能Zui終排除氣泡，得到充分致密的燒結(jié)體。但困難的是我們不知道氣泡什么時(shí)候能被完全排除，因而總會(huì)有個(gè)別的氣泡隨著燒結(jié)結(jié)束形成氣孔留在金剛石層中。

　　黑點(diǎn)實(shí)際上是一種顏色不均勻，它總是出現(xiàn)在PDC表面的中心部位，而且隨著PDC尺寸的大小而變化，PDC的尺寸越小，它就越不明顯。它形成的原因就是由于存在著壓力溫度梯度。在超高壓、高溫狀態(tài)下，壓力、溫度在各處并不均等，且總是邊緣的溫度和壓力高，越往中心就越低，這種不均勻性就會(huì)在燒結(jié)體上體現(xiàn)出來(lái)，要想消除這種缺陷，就應(yīng)當(dāng)從組裝和配料等工藝上進(jìn)行改進(jìn)，才能解決。

大鉆具在當(dāng)下的使用情況

大鉆具是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金基片在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導(dǎo)熱性，又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌

性，是金剛石顆粒的良好替代品。隨著科技的發(fā)展，金剛石復(fù)合片又原來(lái)的原片衍生出來(lái)適合各種類型的鉆頭，現(xiàn)在有三角形復(fù)合片，刃形復(fù)合片，面包形復(fù)合

片，切片復(fù)合片，大鉆具經(jīng)銷商，小片復(fù)合片，大片復(fù)合皮等形狀。根據(jù)形狀的不同，金剛石復(fù)合片鉆頭廠家根據(jù)片子的形狀生產(chǎn)出來(lái)對(duì)應(yīng)的金剛石復(fù)合片鉆頭來(lái)適應(yīng)不同的地

層。

  在這眾多的金剛石復(fù)合片鉆頭廠家中，唯有湖南鋒速金剛石復(fù)合片鉆頭廠是在金剛石復(fù)合片鉆頭中，種類Zui為齊全的。據(jù)統(tǒng)計(jì)鋒速鉆頭生產(chǎn)的復(fù)合片鉆頭有

18個(gè)大類，上百個(gè)小類。市面上常見(jiàn)的：圓形金剛石復(fù)合片鉆頭、刃形金剛石復(fù)合片鉆頭、三角形金剛石復(fù)合片鉆頭、加厚金剛石復(fù)合片鉆頭、切片金剛石復(fù)合

片鉆頭、小齒金剛石復(fù)合片鉆頭、鋼盔齒金剛石復(fù)合片鉆頭，三翼金剛石復(fù)合片鉆頭，三翼內(nèi)凹金剛石復(fù)合片鉆頭，多級(jí)塔鉆等類型鉆頭。記者到過(guò)鋒速鉆

頭的展列室，滿滿一屋子都是鉆頭樣品。

大鉆具在9級(jí)以下巖層鉆進(jìn)，速度快，鉆進(jìn)平穩(wěn)，保徑效果好。

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