一種pdc復合片的深冷處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種PDC復合片熱處理工藝的深冷處理方法。其技術方案為：(1)將室溫下的PDC復合片放到入深冷處理爐中；(2)開啟深冷處理爐，通入液氮，通過溫度控制使深冷處理爐中的溫度以-3～-5℃/min速率降低到-30℃；溫度達到-30℃再以-1～-2℃/min的速度降低到-120℃；溫度達到-120℃后以-0.1～-0.5℃/min的速度將溫度降低到-196℃；(3)在溫度-196℃的條件下保溫16～24h；(4)然后以0.1～0.5℃/min的速度將溫度升高到-120℃，再以1～2℃/min的速度降低到-30℃，最后以3～5℃/min速率降低到室溫；(5)重復上述操作1-2次，即完成PDC復合片的深冷處理。它可以提高PDC復合片的強度、硬度、韌斷抗性和耐磨性，從而提高其切削性能和使用壽命。
【專利說明】一種PDC復合片的深冷處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于PDC復合片的熱處理工藝領域，具體涉及一種PDC復合片的深冷處理方法。
【背景技術】
[0002]在鉆井過程中，PDC鉆頭的工作條件非常惡劣，導致復合片失效的形式主要有鉆頭收到較大的沖擊載荷導致沖擊而出現(xiàn)的斷齒、崩齒等宏觀破裂和井底溫度過高導致復合片的耐磨性降低使PDC復合片的出現(xiàn)熱磨損。PDC復合片的上述失效會大大影響其使用壽命和鉆進效率。
[0003]深冷處理技術的機理是:利用液氮等冷媒作為冷卻介質、對將材料冷卻到遠低于室溫的某一溫度(-100~-196°c )，從而達到改善材料性能的目的。
[0004]通過對查閱相關文獻可知，專利號為CN101892524B的對晶體硅材料進行深冷處理的工藝表明深冷處理能夠使晶體硅材料的表面硬度提高，同時增加了柔韌性與剛性，提高了晶體硅材料的抗裂性能。
[0005]在高速鋼方面，專利號為CN102392124B的一種改善高速鋼強韌性的熱處理工藝方法表明深冷處理對高速鋼材料強韌性能有顯著改變，較大提高該類材料的綜合性能，同時提高了高速鋼工具的 使用性能和壽命。
[0006]在硬質合金方面，專利號為1250751C的一種硬質合金超低溫處理工藝表明處理中加入深冷處理工序與常規(guī)處理相比可有效改善硬質合金及雙金屬鋸帶的齒部耐磨性及抗沖擊性，提高材料的強度與韌性及疲勞強度。同時，發(fā)表日期為同時，發(fā)表日期為2010年3月9日，刊名為《制造技術與機床》，第6期，作者為閻紅娟，徐紅海和羅學科發(fā)表了一篇題名為“YT15硬質合金刀片深冷處理工藝試驗研究”的期刊文章，該文中公開了深冷處理促使硬質合金的粘結相Co發(fā)生了多性型馬氏體轉變，從而提高了刀具的硬度和耐磨性。
[0007]PDC 鉆頭(Polycrystalline Diamond Compact Bits 聚晶金剛石復合片鉆頭)的切削單元為PDC復合片，現(xiàn)有加工技術中沒有深冷處理工藝，本發(fā)明提出一種針對PDC復合片的深冷處理方法，以及實施工藝，具有重要的創(chuàng)新意義，可以提高PDC復合片耐磨性能和使用壽命。因為復合片是PDC鉆頭失效的主要部位，如此，可提高PDC鉆頭的使用性能與壽命，增加鉆頭總進尺，進而節(jié)約鉆井成本，提高鉆井效率。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是:為解決PDC鉆頭在使用過程中會出現(xiàn)崩齒、斷齒、熱磨損等現(xiàn)象，提高PDC復合片的使用壽命和切削性能，特提供一種PDC復合片的深冷處理方法。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種PDC復合片的深冷處理方法，其操作步驟是:(I)將室溫下的PDC復合片放到入深冷處理爐中；(2)開啟深冷處理爐，通入液氮，通過溫度控制使深冷處理爐中的溫度以-3~_5°C /min速率降低到_30°C ;溫度達到-300C以-1~-2V /min的速度降低到_120°C;溫度達至Ij _120°C后再以-0.1~-0.5°C /min的速率將溫度降低到-196°C ； (3)在溫度-196°C的條件下保溫16~24h ； (4)然后以
0.1~0.50C /min的速度將溫度升高到_120°C，再以I~2°C /min的速度降低到_30°C，最后以3~5°C /min速率降低到室溫；(5)重復上述操作，即完成TOC復合片的深冷處理。所用的深冷處理箱為SLX系列程序控制深冷箱，控制精度為±0.1°C，溫度控制范圍是為-196。。~+200 0C ο
[0010]本發(fā)明的有益效果:(I)通過對PDC復合片進行深冷處理可以提高PDC復合片的強度、硬度、耐磨性和折斷韌性從而提高PDC復合片的切削性能和使用壽命。(2)通過深冷處理可以減小PDC復合片燒結后產(chǎn)生的損害。
【具體實施方式】
[0011]實施例1:
[0012]一種PDC復合片的深冷處理方法，其操作步驟是:(I)將室溫下的PDC復合片放到入深冷處理爐中；(2)開啟深冷處理爐，通入液氮，通過溫度控制使深冷處理爐中的溫度以-3°C /min速率降低到-30°C ;溫度達到_30°C再以_1°C /min的速度降低到_120°C ;溫度達到_120°C后以-0.10C /min的速度將溫度降低到_196°C ； (3)在溫度_196°C的條件下保溫24h ； (4)然后以0.10C /min的速度將溫度升高到_120°C，再以1°C /min的速度降低到-30°C，最后以3°C /min速率降低到室溫；(5)重復上述操作2次，即完成PDC復合片的深冷處理。
[0013]將經(jīng)過深冷處理的PDC和未經(jīng)處理的PDC復合片分別利用JB-T3235-1999的人造金剛石燒結體磨耗比 測試方法進行砂輪與PDC復合片的磨耗比測試，測試得到磨耗比分別為3380000和4800000測試結果表明經(jīng)深冷處理的PDC復合片的磨耗比相對于未經(jīng)深冷處理的roc復合片降低42%。
[0014]另外，將經(jīng)過深冷處理后的和未經(jīng)處理的PDC復合片焊接到胎體上，分別在相鄰井的相同井段中以相同的鉆井參數(shù)進行鉆進200m。鉆井中未使用深冷處理的PDC復合片的鉆頭的機械鉆速1.8m/h,出井新度為60%，使用深冷處理的PDC復合片的鉆頭的機械鉆速為2.3m/h，出井新度為81%，機械鉆速提高27.8%，出井新度提高35%。
[0015]實施例2:
[0016]一種PDC復合片的深冷處理方法，其操作步驟是:(I)將室溫下的PDC復合片放到入深冷處理爐中；(2)開啟深冷處理爐，通入液氮，通過溫度控制使深冷處理爐中的溫度以-40C /min速率降低到-300C ;溫度達到_30°C再以-1.5°C /min的速度降低到-120°C ；溫度達到_120°C后以-0.25V /min的速度將溫度降低到_196°C ； (3)在溫度_196°C的條件下保溫20h ； (4)然后以0.250C /min的速度將溫度升高到_120°C，再以1.5°C /min的速度降低到-30°C，最后以4°C /min速率降低到室溫；(5)重復上述操作2次，即完成PDC復合片的深冷處理。
[0017]用與實例I相同的方法測試得到磨耗比分別為3490000和4800000測試結果表明經(jīng)深冷處理的PDC復合片的磨耗比相對于未經(jīng)深冷處理的PDC復合片降低37%。
[0018]將經(jīng)過深冷處理后的和未經(jīng)處理的PDC復合片焊接到胎體上，分別在相鄰井的相同井段中以相同的鉆井參數(shù)進行鉆進200m。鉆井中未使用深冷處理的PDC復合片的鉆頭的機械鉆速1.8m/h,出井新度為60%，使用深冷處理的PDC復合片的鉆頭的機械鉆速為2.22m/h,出井新度為78%，機械鉆速提高23.3%，出井新度提高30%。
[0019]實施例3
[0020] 一種PDC復合片的深冷處理方法，其操作步驟是:(I)將室溫下的PDC復合片放到入深冷處理爐中；(2)開啟深冷處理爐，通入液氮，通過溫度控制使深冷處理爐中的溫度以-5°C /min速率降低到_30°C ;溫度達到_30°C再以_2°C /min的速度降低到_120°C ;溫度達到_120°C后以-0.50C /min的速度將溫度降低到_196°C ； (3)在溫度_196°C的條件下保溫16h ； (4)然后以0.50C /min的速度將溫度升高到_120°C，再以2V /min的速度降低到-30°C，最后以5°C /min速率降低到室溫；(5)重復上述操作I次，即完成PDC復合片的深冷處理。
[0021]用與實例I相同的方法測試得到磨耗比分別為3720000和4800000測試結果表明經(jīng)深冷處理的PDC復合片的磨耗比相對于未經(jīng)深冷處理的PDC復合片降低29%。
[0022]將經(jīng)過深冷處理后的和未經(jīng)處理的PDC復合片焊接到胎體上，分別在相鄰井的相同井段中以相同的鉆井參數(shù)進行鉆進200m。鉆井中未使用深冷處理的PDC復合片的鉆頭的機械鉆速1.8m/h,出井新度為60%，使用深冷處理的PDC復合片的鉆頭的機械鉆速為
2.09m/h，出井新度為74%，機械鉆速提高16%，出井新度提高23.3%。
【權利要求】
1.一種PDC復合片的深冷處理方法，其操作步驟是:(1)將室溫下的PDC復合片放到入深冷處理爐中；(2)開啟深冷處理爐，通入液氮，通過溫度控制使深冷處理爐中的溫度以。3~5°C /min速率降低到_30°C ;溫度達到_30°C再以I~2V /min的速度降低到_120°C ；溫度達到_120°C后以-0.1~-0.50C /min的速度將溫度降低到_196°C; (3)在溫度_196°C的條件下保溫16~24h ； (4)然后以0.1~0.50C /min的速度將溫度升高到_120°C，再以.1~2°C /min的速度降低到_30°C，最后以3~5°C /min速率降低到室溫；(5)重復上述操作1-2次，即完成PDC復合片的深冷處理。
2.根據(jù)權利要求以所述的一種PDC復合片的深冷處理方法，其特征在于所用的深冷處理箱為SLX系列程序控制深冷箱，控制精度為±0.1°C，溫度控制范圍是為-196°C~+200℃
【文檔編號】C30B33/02GK103938275SQ201410199056
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權日:2014年5月12日
【發(fā)明者】田家林, 李友, 龐小林, 楊琳, 朱永豪, 付傳紅, 夏天鴻, 楊志, 劉剛, 袁長福, 吳純明 申請人:西南石油大學