CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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浸渍合金对PDC钻头胎体性能的影响

张素慧

张素慧. 浸渍合金对PDC钻头胎体性能的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(2): 252-258. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0192
引用本文: 张素慧. 浸渍合金对PDC钻头胎体性能的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(2): 252-258. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0192
ZHANG Suhui. Effect of maceration alloys on the performances of PDC drill bit matrix[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(2): 252-258. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0192
Citation: ZHANG Suhui. Effect of maceration alloys on the performances of PDC drill bit matrix[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(2): 252-258. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0192

浸渍合金对PDC钻头胎体性能的影响

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0192
基金项目: 天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项(2020-TD-MS011); 中煤科工西安研究院(集团)有限公司科技创新基金(2021XAYJCQ02)。
详细信息
    作者简介:

    张素慧,女,1988年生,博士研究生、助理研究员。主要研究方向:钻探机具性能测试与分析。E-mail:zhangsuhui1221@163.com

  • 中图分类号: TG146; TG74

Effect of maceration alloys on the performances of PDC drill bit matrix

  • 摘要: PDC钻头胎体的浸润比对其力学性能和微观形貌的影响较大,为了探究浸渍合金对胎体性能的影响规律,采用Cu-Ni-Mn-Zn和Cu-Ni-Mn-Sn 2种浸渍合金制作不同高度的工作层和非工作层试块,得出不同浸渍合金下钻头胎体工作层和非工作层的浸润比及力学性能差异,同时利用扫描电镜对试块的微观形貌和元素含量进行分析。结果表明:试块的浸润比为定值;胎体钻头工作层的浸润比小于非工作层的,微观形貌上表现为工作层中浸渍合金的岛状组织大而分散,非工作层的岛状组织小而致密;对于同种类型的试块,通常浸润比越大密度越大;采用Cu-Ni-Mn-Sn得到的试块硬度均大于Cu-Ni-Mn-Zn试块的,但其抗弯强度和冲击韧性远低于Cu-Ni-Mn-Zn试块的。

     

  • 图  1  不同高度试块的制作过程

    Figure  1.  Manufacturing process of the blocks with different heights

    图  2  工作层和非工作层试块的制作过程

    Figure  2.  The production process of working and non-working layer test blocks

    图  3  试块的硬度变化

    Figure  3.  Hardness changes of blocks

    图  4  试块的微观形貌

    Figure  4.  Microstructure of blocks

    图  5  胎体的微观形貌[2,16]

    Figure  5.  Microstructure of the matrix in reference[2,16]

    表  1  浸渍合金的主要成分

    Table  1.   Main components of maceration alloys

    浸渍合金质量分数 ω1 / %
    CuNiMnZnSn
    Cu-Ni-Mn-Zn余量0~55~1020~25
    Cu-Ni-Mn-Sn余量10~150~50~5
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    表  2  工作层试块的浸润比

    Table  2.   Wetting ratios of working layer blocks with different heights

    试块高度 h / mm$ {m}_{粉} $/ g$ {m}_{块} $/ g浸润比 i
    5547.48859.1380.25
    4536.83246.8220.27
    4032.12640.9100.27
    3529.01036.2900.25
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    表  3  不同浸渍合金试块的浸润比、密度及力学性能

    Table  3.   Wetting ratios, density and mechanical properties of different maceration alloy blocks

    试块性能浸渍合金
    Cu-Ni-Mn-ZnCu-Ni-Mn-Sn
    工作层非工作层工作层非工作层
    浸润比 i 0.26 0.49 0.34 0.44
    密度 ρ / (g·cm−3) 12.205 10.190 12.330 10.079
    硬度 HRC 37.4 22.6 39.8 23.1
    抗弯强度 σ / MPa 1 050.581 893.413 828.541 756.561
    冲击韧性 KIC / (kJ·m−2) 33.76 54.72 31.02 47.42
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    表  4  试块的能谱分析结果

    Table  4.   Results of energy spectrum analysis of blocks

    元素浸渍合金
    Cu-Ni-Mn-ZnCu-Ni-Mn-Sn
    工作层元素质量分数 ω2 / %非工作层元素质量分数 ω3 / %工作层元素质量分数 ω2 / %非工作层元素质量分数 ω3 / %
    ABCDEFABCDEF
    Mn 2.98 2.25 1.206.10 4.05
    Fe 32.316.11 19.872.97 10.63
    Ni 19.668.59 12.397.69 17.64 9.31
    Cu 40.1218.38 34.4323.38 58.1240.52 72.5940.24
    Zn 24.8915.31 18.6215.64
    Sn 3.09 2.441.76
    W100.0012.3557.72100.00 47.18100.003.1747.31100.000.9858.00
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    表  5  浸渍合金在位置B和位置E的占比结果

    Table  5.   Maceration alloy percentage results at position B and position E

    浸渍合金在位置B和位置E的占比 R / %
    Cu-Ni-Mn-ZnCu-Ni-Mn-Sn
    图4a的工作层图4b的非工作层图4c的工作层图4d的非工作层
    19.036.021.835.4
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-08
  • 修回日期:  2023-07-14
  • 录用日期:  2023-09-04
  • 刊出日期:  2024-04-01

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