一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結(jié)層通過熱壓浸漬燒結(jié)工藝將金剛石顆粒包鑲在孕鑲結(jié)塊表面；其中燒結(jié)層組份的質(zhì)量百分比包括：碳化鎢30％-55％，硬質(zhì)合金10％-20％，鎳5％-12％，錳3％-12％，銅合金17％-36％；熱壓浸漬燒結(jié)工藝包括：將天然金剛石顆粒、燒結(jié)層粉末和孕鑲結(jié)塊放入石墨模具。加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為80-120℃/min，施加壓力為12-18Mpa。當(dāng)溫度升至900-1100℃時(shí)，在壓力下保溫250-350秒。在壓力下冷卻至700-750℃，冷卻時(shí)的降溫速度為150-180℃/min。無壓下冷卻至室溫，冷卻時(shí)的降溫速度為150-180℃/min。通過熱壓浸漬燒結(jié)工藝將有序排列的孕鑲結(jié)塊與天然金剛石顆粒緊固的粘結(jié)與一體，形成了雙層切削結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合體，達(dá)到雙層、階梯切削的目的。
【專利說明】一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油、天然氣開發(fā)用金剛石鉆頭的切削元件領(lǐng)域，具體涉及一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]金剛石孕鑲塊普遍應(yīng)用于鉆探生產(chǎn)中作為鉆頭切削元件使用，具有抗壓能力大、抗磨能力強(qiáng)、抗沖擊能力較好的特點(diǎn)，適合鉆探對(duì)PDC鉆頭和牙輪鉆頭而言難以鉆探的，具有高硬度、高研磨性等難鉆地層。現(xiàn)有技術(shù)中，金剛石孕鑲結(jié)塊就是把金剛石均勻的分布到胎體中，匹配不同硬度的胎體，可以鉆進(jìn)各種硬度的巖石，特別是鉆進(jìn)中等硬度以上的巖石，鉆進(jìn)效率高、成本低。金剛石孕鑲結(jié)塊的金剛石顆粒較細(xì)，對(duì)于巖層的體積破碎效率低，實(shí)際碎巖機(jī)理類似于砂輪磨削工件，即以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)(金剛石)對(duì)加工件(孔底巖石)進(jìn)行刻劃、磨削，并隨著原有硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和消失，胎體也在不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來繼續(xù)工作。金剛石孕鑲結(jié)塊在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的自刃作用而常處于銳利狀態(tài)。由于孕鑲金剛石齒中的金剛石顆粒有著極高的耐磨性，因此金剛石孕鑲結(jié)塊具有長壽命的優(yōu)點(diǎn)，可以使鉆頭獲得較高的進(jìn)尺。這種結(jié)構(gòu)的鉆頭雖然能夠達(dá)到較好的鉆進(jìn)效果，但仍然存在不可忽視的問題，將金剛石顆粒鑲嵌在胎體中，形成金剛石孕鑲結(jié)塊。但是，由于金剛石與胎體的界面能很高，使得金剛石與胎體間的浸潤性和粘結(jié)能力很差，結(jié)合強(qiáng)度低，胎體強(qiáng)度不夠而過早的磨損，使得金剛石顆粒容易過早脫落。采用單一切削結(jié)構(gòu)的金剛石孕鑲結(jié)塊作為切削元件，使得在難鉆、復(fù)雜地層孕鑲金剛石鉆頭壽命短，對(duì)于地質(zhì)勘探造成不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，能夠有效提高鉆進(jìn)效率和延長使用壽命的雙切削金剛石孕鑲塊。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，使用以下技術(shù)方案:
[0005]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結(jié)層通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將天然金剛石顆粒包鑲在孕鑲結(jié)塊表面；其中燒結(jié)層組份的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢30% -55%，硬質(zhì)合金10% -20%，鎳5% -12%，錳3% -12%，銅合金17% -36%;熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括:
[0006](I)將天然金剛石顆粒、燒結(jié)層粉料和孕鑲結(jié)塊放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置。
[0007](2)加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為80_120°C /min，施加壓力為12_18Mpa。
[0008](3)當(dāng)溫度升至900-1100°C時(shí)，在壓力下保溫250-350秒。
[0009](4)停止加熱，進(jìn)行冷卻操作。
[0010](5)在壓力下冷卻至700-750°C，冷卻時(shí)的降溫速度為150_180°C /min。
[0011](6)在無壓下冷卻至室溫,冷卻時(shí)的降溫速度為150_180°C /min。
[0012](7)加工完成，從石墨模具中取出。
[0013]為使本發(fā)明更加適于實(shí)用，下面做進(jìn)一步改進(jìn):
[0014]所述燒結(jié)層組分的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢40%，硬質(zhì)合金15%，鎳8%，猛7%，銅合金30%。
[0015]所述熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括:
[0016](I)將天然金剛石顆粒、燒結(jié)層粉料和孕鑲結(jié)塊放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置。
[0017](2)加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為100°C /min，施加壓力為15Mpa。
[0018](3)當(dāng)溫度升至980°C時(shí)，在壓力下保溫300秒。
[0019](4)停止加熱，進(jìn)行冷卻操作。
[0020](5)在壓力下冷卻至720°C，冷卻時(shí)的降溫速度為170°C /min。
[0021](6)在無壓下冷卻至室溫,冷卻時(shí)的降溫速度為170°C /min。
[0022](7)加工完成，從石墨模具中取出。
[0023]所述天然金剛石顆粒包鑲在孕鑲結(jié)塊表面，并將天然金剛石顆粒作為第一切削元件，孕鑲結(jié)塊為第二切削元件。
[0024]所述孕鑲結(jié)塊為金剛石顆粒有序排列在胎體內(nèi)。
[0025]本發(fā)明有益效果在于:通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將有序排列的孕鑲結(jié)塊與天然金剛石顆粒緊固的粘結(jié)與一體，避免了孕鑲金剛石鉆頭工作時(shí)孕鑲結(jié)塊出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了孕鑲金剛石鉆頭的正常工作。且形成了雙層切削結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合體，達(dá)到雙層、階梯切削的目的，從而達(dá)到在難鉆地層鉆進(jìn)中，使具有雙切削結(jié)構(gòu)孕鑲塊的孕鑲金剛石鉆頭長時(shí)間保持高破巖效率和延長其使用壽命的目的，井降低了鉆井成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為雙切削金剛石孕鑲塊主視圖。
[0027]圖2為雙切削金剛石孕鑲塊俯視圖。
[0028]圖3為圖2的A-A剖面示意圖。
[0029]附圖中:1-天然金剛石顆粒，2-燒結(jié)層，3-胎體，4-金剛石顆粒，5-孕鑲結(jié)塊。

【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例一:
[0031]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結(jié)層2通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結(jié)塊5表面；其中燒結(jié)層2組份的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢40%，硬質(zhì)合金15%，鎳8%，錳7%，銅合金30% ;熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括:
[0032](I).將天然金剛石顆粒1、燒結(jié)層2粉末和孕鑲結(jié)塊5放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置。
[0033](2).加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為100°C /min，施加壓力為15Mpa。
[0034](3).當(dāng)溫度升至980°C時(shí)，在壓力下保溫300秒。
[0035](4).停止加熱，進(jìn)行冷卻操作。
[0036](5).在壓力下冷卻至720°C，冷卻時(shí)的降溫速度為170°C /min。
[0037](6).在無壓下冷卻至室溫,冷卻時(shí)的降溫速度為170°C /min。
[0038](7).加工完成，從石墨模具中取出。
[0039]實(shí)施例二:
[0040]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結(jié)層2通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結(jié)塊5表面；其中燒結(jié)層2組份的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢55%，硬質(zhì)合金20%，鎳5%，錳3%，銅合金17% ;熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括:
[0041](I).將天然金剛石顆粒1、燒結(jié)層2粉末和孕鑲結(jié)塊5放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置。
[0042](2).加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為80°C /min，施加壓力為l_a。
[0043](3).當(dāng)溫度升至900°C時(shí)，在壓力下保溫250秒。
[0044](4).停止加熱，進(jìn)行冷卻操作。
[0045](5).在壓力下冷卻至700°C，冷卻時(shí)的降溫速度為150°C /min。
[0046](6).撤銷壓力冷卻至室溫，冷卻時(shí)的降溫速度為150°C/min。
[0047](7).加工完成，從石墨模具中取出。
[0048]實(shí)施例三:
[0049]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結(jié)層2通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結(jié)塊5表面；其中燒結(jié)層2組份的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢30%，硬質(zhì)合金10%，鎳12%，錳12%，銅合金36% ;熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括:
[0050](I).將天然金剛石顆粒1、燒結(jié)層2粉末和孕鑲結(jié)塊5放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置。
[0051](2).加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為120°C /min，施加壓力為18Mpa。
[0052](3).當(dāng)溫度升至1100°C時(shí)，在壓力下保溫350秒。
[0053](4).停止加熱，進(jìn)行冷卻操作。
[0054](5).在壓力下冷卻至750°C，冷卻時(shí)的降溫速度為180°C /min。
[0055](6).在無壓下冷卻至室溫,冷卻時(shí)的降溫速度為180°C /min。
[0056](7).加工完成，從石墨模具中取出。
[0057]所述天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結(jié)塊5表面，并將金剛石顆粒作為第一切削元件，孕鑲結(jié)塊5為第二切削元件。所述孕鑲結(jié)塊5為金剛石細(xì)小顆粒4有序排列在胎體3內(nèi)。通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將有序排列的孕鑲結(jié)塊5與天然金剛石顆粒I緊固的粘結(jié)與一體，避免了孕鑲金剛石鉆頭工作時(shí)孕鑲結(jié)塊5出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了孕鑲金剛石鉆頭的正常工作。且形成了雙層切削結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合體，達(dá)到雙層、階梯切削的目的，從而達(dá)到在難鉆地層鉆進(jìn)中，使具有雙切削結(jié)構(gòu)孕鑲塊的孕鑲金剛石鉆頭長時(shí)間保持高破巖效率和延長其使用壽命的目的，井降低了鉆井成本。
【權(quán)利要求】
1.一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結(jié)層(2)通過熱壓浸潰燒結(jié)工藝將天然金剛石顆粒(1)包鑲在孕鑲結(jié)塊(5)表面；其中燒結(jié)層(2)組份的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢30% -55%，硬質(zhì)合金 10% -20%，鎳 5% -12%，錳 3% -12%，銅合金 17% -36% ;熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括: ①.將天然金剛石顆粒(1)、燒結(jié)層(2)粉末和孕鑲結(jié)塊(5)放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置； ②.加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為80-120°C/min，施加壓力為12_18Mpa ； ③.當(dāng)溫度升至900-1100°C時(shí)，在壓力下保溫250-350秒； ④.停止加熱，進(jìn)行冷卻操作； ⑤.在壓力下冷卻至700-750°C，冷卻時(shí)的降溫速度為150-180°C/min ； ⑥.在無壓下冷卻至室溫，冷卻時(shí)的降溫速度為150_180°C/min ； ⑦.加工完成，從石墨模具中取出。
2.如權(quán)利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述燒結(jié)層(2)組分的質(zhì)量百分比包括:碳化鎢40 %，硬質(zhì)合金15 %，鎳8 %，錳7 %，銅合金30 %。
3.如權(quán)利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述熱壓浸潰燒結(jié)工藝依次包括: ①.將天然金剛石顆粒(1)、燒結(jié)層(2)粉末和孕鑲結(jié)塊(5)放入石墨模具對(duì)應(yīng)位置； ②.加熱并施加壓力，加熱時(shí)的升溫速度為100°C/min，施加壓力為15Mpa ； ③.當(dāng)溫度升至980°C時(shí)，在壓力下保溫300秒； ④.停止加熱，進(jìn)行冷卻操作； ⑤.在壓力下冷卻至720°C，冷卻時(shí)的降溫速度為170°C/min ； ⑥.在無壓下冷卻至室溫，冷卻時(shí)的降溫速度為170°C/min ； ⑦.加工完成，從石墨模具中取出。
4.如權(quán)利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述天然金剛石顆粒(1)包鑲在孕鑲結(jié)塊(5)表面，將天然金剛石顆粒(1)作為第一切削元件，孕鑲結(jié)塊(5)為第二切削元件。
5.如權(quán)利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述孕鑲結(jié)塊(5)為金剛石顆粒(4)有序排列在胎體(3)內(nèi)。
【文檔編號(hào)】C22C30/02GK104399992SQ201410559676
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】姚建林, 李巍, 李勇, 馮明, 付曉平, 劉志鵬, 何超, 胡畔, 劉彬, 李偉成 申請(qǐng)人:四川川慶石油鉆采科技有限公司