提高烧结压力对孕镶金刚石钻头性能的影响研究

传统的热压孕镶金刚石钻头胎体配方多为单质金属体系,采用WC或YG8作为骨架材料,Cu合金作为粘结材料,Ni、Co、Fe和Mn等金属作为中间材料.受配方中粘结材料和骨架材料成分及含量的影响,其适宜的烧结压力有限(≤16 MPa),且烧结温度则相对较高(≥930℃),常造成金刚石钻头胎体实际密度与理论密度之比偏低(≤98%),且高烧结温度会对金刚石产生热损伤,从而使钻头难以同时兼顾机械钻速和使用寿命.采用混料回归试验方法优选了 2种全预合金成分的孕镶金刚石钻头胎体配方,并以钻头胎体的硬度(HRC)、磨损量和相对密度作为评价指标,分别开展了上述 2种配方的烧结温度和烧结压力的单因素试验,以及配方 2的烧结温度(930、940、950℃)和烧结压力(17、18、19、20 MPa)优化试验.试验结果表明,钻头胎体试样的最高压入硬度可达 30.1(HRC),对应磨损量和相对密度分别为 134 mg和 99.1%.基于此,采用配方 2及其优选的热压烧结工艺参数,试制了 3只?75/49 mm规格的普通双管钻头,并在河南洛阳栾川某金矿钻探现场进行了野外钻进试验,其平均机械钻速达到 2.02 m/h,平均使用寿命达到 121.4 m.同机台使用的其他厂家的金刚石钻头,其平均机械钻速为 1.81 m/h,单只钻头平均使用寿命为 89 m.野外钻进试验结果表明,相较于其他厂家的常规孕镶金刚石钻头,采用全预合金配方体系和优化配合的烧结压力与烧结温度制备的孕镶金刚石钻头具有明显的优势,可以同时兼顾高效与长寿命的钻进效果.