CN200975220Y - 金刚石/硬质合金复合片 - Google Patents
金刚石/硬质合金复合片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN200975220Y CN200975220Y CN 200620121907 CN200620121907U CN200975220Y CN 200975220 Y CN200975220 Y CN 200975220Y CN 200620121907 CN200620121907 CN 200620121907 CN 200620121907 U CN200620121907 U CN 200620121907U CN 200975220 Y CN200975220 Y CN 200975220Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- groove
- diamond
- substrate
- hard
- hard alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 6
- 206010000496 acne Diseases 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 20
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N adamantane Chemical compound C1C(C2)CC3CC1CC2C3 ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001573 adamantine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本实用新型金刚石/硬质合金复合片是由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成，适合用作石油钻头上的钻齿，属超硬材料制造领域。其特征是在硬质合金衬底(2)与金刚石层(1)的结合面上有一圆柱形凸台(3)，凸台(3)被垂直相交的沟槽(4)分割为许多方形小突起，另外在衬底(2)的边缘均布着两组对称而彼此平行的沟槽(5)，使金刚石层与衬底的接触面积加大，残余应力减少，复合片的性能进一步改善，尤其是沟槽(5)使复合片边缘即有效工作区的抗冲击、抗热损、抗磨损能力大为提高，并对所钻地层产生犁耙似的切削作用，从而为中硬以上地层与深井钻进钻头提供了更加合适的复合片钻齿。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及一种金刚石/硬质合金复合片，属于超硬材料制造领域。
背景技术
金刚石/硬质合金复合片是一种具有很高的硬度、耐磨性、耐热性与抗冲击性等良好物理机械性能的复合超硬材料，它是由金刚石层与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成的。金刚石/硬质合金复合片常用作石油与天然气钻头、煤田地质钻头上的钻削元件——钻齿，钻头钻进地层时钻齿承受地层强大的切削阻力，摩擦阻力、冲击力以及由此而产生的高温，因此金刚石/硬质合金复合片的品质是影响钻头的钻井深度、钻井效率、钻井成本及使用范围最关键的因素。一般来说过去制造的金刚石/硬质合金复合片大都适合于软——中硬的均质地层的钻井，其物理机械性能如抗磨损、抗冲击、抗热损的能力还难以满足中硬以上地层、强研磨性地层、非均质破碎地层及三千米以下地层钻井的要求。金刚石/硬质合金复合片的品质主要取决于金刚石粉末原料的纯度、硬质合金的碳化钨粒度与钴含量、超高压高温烧结工艺参数-压力、温度和时间等因素。经多年的研究与实践表明：当上述因素一定的条件下，复合片的金刚石层与硬质合金衬底结合面的形状对其性能的影响很大，因此实用新型专利ZL942015363.3、ZL95209001.5、ZL96245178.9、ZL99216286.6、ZL00203712.2、以及ZL200420059000.0分别提出了在硬质合金衬底结合面上开直槽、环形槽、环直槽、径向辐射状槽、月牙形凹槽、垂直相交的直槽等等方案，使复合片的金刚石层与硬质合金衬底相互啮合，金刚石层深入硬质合金衬底的槽中，在两者之间形成一个具有金刚石和硬质合金的混合过渡层，这种结构相对于金刚石与硬质合金衬底单纯的平面接触而言，有利于降低因两层材料热膨胀系数(金刚石层为3.8×10-6/℃，硬质合金为6.3×10-6/℃)显著差异而引起的残余应力、提高复合片的抗冲击能力；与此同时由于金刚石的热导性能(导热系数5卡/厘米.秒.度)是所有材料中最好的，金刚石层嵌入硬质合金衬底有利于迅速散出复合片钻齿钻削地层时产生的热量，从而提高复合片抗热损能力；另外上述结构也相应提高了复合片体积中金刚石的相对含量，有利于提高复合片的抗磨损能力。总之上述专利所设计制造的金刚石/硬质合金复合片都不同程度的改善了性能、提高了钻井效果。然而根据试验与应用效果表明，上述专利所设计的硬质合金衬底结合面的槽形仍然不太理想，主要表现在对复合片的边缘-钻削地层的切削刃的研究和改进不够，因此还有必要对此作进一步改进。
发明内容
本实用新型之目的是通过改变金刚石/硬质合金复合片的金刚石层与硬质合金衬底结合面的形状，进一步增加金刚石层与衬底的接触面积，降低残余应力(单位面积上的内力)，提高抗磨损、抗冲击与抗热损性能。重点是改变复合片有效工作位置即金刚石层与硬质合金衬底边缘的结合面形状，使金刚石层边缘的耐磨性、抗冲击性和散热性更好，使其钻削地层时产生一种类似犁耙的切削效果，以利于破碎地层，提高钻井效率，为石油、天然气勘探与开采提供适合于中硬以上地层及深井钻进钻头用的金刚石/硬质合金复合片。
上述目的是通过下列方案实现的：金刚石/硬质合金复合片(图1)系由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成。硬质合金衬底(2)上面有一圆柱形凸台(3)，凸台(3)被相互垂直的沟槽(4)分割成许多方形小突起；在衬底(2)的边缘半行分布着沟槽(5)，沟槽(5)与沟槽(4)的方向相同，见图2。如图1、图2所示衬底(2)的凸台(3)完全埋入金刚石层(1)之中，凸台(3)上面的沟槽(4)及被其所分割形成的方形小突起与金刚石层啮合成一体，大大增加了金刚石层与衬底的接触面积，有效降低了残余应力，改善了复合片钻削地层时总体的的散热效果，提高了复合片总体的物理机械性能；衬底(2)边缘的沟槽(5)使复合片边缘的金刚石含量进一步增加，使其耐磨性、抗冲击性及散热效果更好，并且钻削地层时产生一种类似犁耙的作用，有利于攻破较硬的地层，使复合片边缘有效工作位置的性能及钻井效果得到了进一步提升。
所述的凸台(3)的直径比衬底(2)的直径小1-3mm，凸台(3)的高度为0.5-2mm。
所述的沟槽(4)相互垂直，其槽距1-4mm，槽宽0.5-2mm，槽深0.5-2mm，槽数可根据凸台(3)的尺寸大小而定，当凸台(3)的直径一定，沟槽(4)数量越多及深度越深时，衬底(2)与金刚石层(1)啮合面积也越大。沟槽(4)的断面形状有三角形、正方形、长方形、梯形、圆弧形或它们的组合形。
所述的沟槽(5)相互平行且与沟槽(4)的方向一致，槽距1-4mm，槽宽0.5-2mm，槽深0.5-2mm，槽的数量根据衬底(2)的尺寸大小而定，一般槽数超过3。沟槽(5)的断面形状为三角形、正方形、长方形、梯形、圆弧形或它们的组合形。
本金刚石/硬质合金复合片与已有技术相比，凸台(3)及沟槽(4)借鉴了本设计人在ZL200420059000.0所设计的金刚石/硬质合金复合片的结构特点，不同的是：1、在衬底(2)的边缘增加了两组对称的沟槽(5)，沟槽(5)相互平行且与沟槽(4)方向一致，使复合片边缘即有效工作位置的金刚石层与衬底结合更加牢固、抗冲击强度增加。2、从复合片的圆周上可以清楚地看到沟槽(5)，把复合片焊接到钻头体上应使沟槽(5)处于钻削地层的有效工作位置，钻井过程中当金刚石层磨损到沟槽(5)暴露时，沟槽(5)中烧结着的金刚石相对周围的硬质合金而言，由于硬度与耐磨性不同，使两者的磨损程度不一致，沟槽(5)中的烧结金刚石磨损相对缓慢而凸起呈梳子状，从而对地层产生一种犁耙似的切削作用，对攻破较硬的地层极为有利。3、沟槽(5)中烧结镶嵌的金刚石具有极好的导热性能，它们像散热片似的迅速把钻削地层时产生的热量散发，使金刚石边缘切削刃口的温度降低，避免热损伤引起金刚石碳化，对较硬地层与深井钻进是有利的。4、沟槽(5)中填充的金刚石使复合片边缘工作区的金刚石含量增加，提高了复合片抗磨损的能力。总之本金刚石/硬质合金复合片通过硬质合金衬底(2)边缘的沟槽(5)使金刚石层(1)边缘有效工作区的抗冲击、抗热损、抗磨损能力提高，并对地层产生犁耙作用，从而为中硬以上地层及深井钻进钻头提供了更加适合的复合片钻齿。
附图说明
图1为本实用新型金刚石/硬质合金复合片示意图。
图2为本实用新型金刚石/硬质合金复合片的硬质合金衬底示意图。
图中：(1)金刚石层，(2)硬质合金衬底，(3)凸台，(4)沟槽，(5)沟槽。
具体实施方案
实施例1：一种金刚石/硬质合金复合片(图1)，由金刚石层(1)和硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成。其衬底(2)的圆柱形凸台(3)上均布着垂直相交的沟槽(4)，衬底(2)的边缘均布着两组对称的沟槽(5)，沟槽(5)彼此平行且与沟槽(4)方向一致。凸台(3)的直径比衬底(2)的直径小2.5mm，高度为1.2mm，沟槽(4)的断面形状为梯形，槽顶宽1mm，槽底宽0.8mm，槽深0.8mm，各平面相交处均有R0.1mm的圆弧过渡；槽距为2mm槽数根据凸台(3)的直径而定；沟槽(5)的槽形尺寸及槽数与沟槽(4)相同。
实施例2：如实施例1所述之金刚石/硬质合金复合片(图1)，衬底(2)的圆柱形凸台(3)上均布着垂直相交的沟槽(4)，衬底(2)的边缘均布着两组对称的沟槽(5)，沟槽(5)彼此平行且与沟槽(4)方向一致，凸台(3)的尺寸相同，沟槽(4)及沟槽(5)的数量相同。不同的是槽的断面形状为圆弧形，圆弧半径R0.5mm，槽顶宽1mm，槽深0.8mm，圆弧面与平面相交处均有R0.3mm的圆弧过渡。
Claims (5)
1、一种金刚石/硬质合金复合片，系由金刚石层(1)与硬质合金衬底(2)在超高压高温条件下烧结而成，其特征：衬底(2)与金刚石层(1)的结合面上有一圆柱形凸台(3)，凸台(3)被垂直相交的沟槽(4)分割为许多方形小突起；衬底(2)的边缘均布着两组对称的沟槽(5)，沟槽(5)彼此平行且与沟槽(4)方向一致。
2、如权利要求1所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征是凸台(3)的直径比衬底(2)的直径小1-3mm，高度为0.5-2mm。
3、如权利要求1或2所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征是沟槽(4)相互垂直，其槽距1-4mm，槽宽0.5-2mm，槽深0.5-2mm。
4、如权利要求1或2所述金刚石/硬质合金复合片，其特征是沟槽(5)对称地均布于衬底(2)的边缘且相互平行，沟槽(5)与沟槽(4)的方向一致，沟槽(5)的槽距1-4mm，槽宽0.5-2mm，槽深0.5-2mm。
5、如权利要求1或2所述之金刚石/硬质合金复合片，其特征是沟槽(4)与沟槽(5)的截面形状可分别为三角形、梯形、正方形、矩形或圆弧形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200620121907 CN200975220Y (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 金刚石/硬质合金复合片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200620121907 CN200975220Y (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 金刚石/硬质合金复合片 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN200975220Y true CN200975220Y (zh) | 2007-11-14 |
Family
ID=38901506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200620121907 Expired - Lifetime CN200975220Y (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 金刚石/硬质合金复合片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN200975220Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104289719A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-01-21 | 金华中烨超硬材料有限公司 | 一种具有内嵌结构的聚晶金刚石复合片及其制造方法 |
-
2006
- 2006-06-23 CN CN 200620121907 patent/CN200975220Y/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104289719A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-01-21 | 金华中烨超硬材料有限公司 | 一种具有内嵌结构的聚晶金刚石复合片及其制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108661565B (zh) | 一种多脊金刚石复合片 | |
| CN207728311U (zh) | 一种金刚石复合片 | |
| US9598909B2 (en) | Superabrasive cutters with grooves on the cutting face and drill bits and drilling tools so equipped | |
| US10160099B2 (en) | Selectively leached, polycrystalline structures for cutting elements of drill bits | |
| US6196340B1 (en) | Surface geometry for non-planar drill inserts | |
| RU2615560C2 (ru) | Буровое долото с модульными резцами и контролируемым буровым удельным давлением | |
| US5979579A (en) | Polycrystalline diamond cutter with enhanced durability | |
| EP2900917B1 (en) | Strike tip for a pick tool having a flat apex area | |
| US10036250B2 (en) | Ripping and scraping cutter tool assemblies, systems, and methods for a tunnel boring machine | |
| US20080156545A1 (en) | Method, System, and Apparatus of Cutting Earthen Formations and the like | |
| WO2016040257A1 (en) | Multi-chamfer cutting elements having a shaped cutting face, earth-boring tools including such cutting elements, and related methods | |
| US20100089648A1 (en) | Fixed Bladed Bit that Shifts Weight between an Indenter and Cutting Elements | |
| JP2005505426A (ja) | 研削工具インサートとその製造方法 | |
| CN208122768U (zh) | 一种大口径钻进施工用金刚石钻头 | |
| KR19990088004A (ko) | 절단기요소및그제조방법 | |
| CN200975220Y (zh) | 金刚石/硬质合金复合片 | |
| CN200989166Y (zh) | 金刚石/硬质合金复合片 | |
| CN208885196U (zh) | 一种多脊金刚石复合片 | |
| CN219034626U (zh) | 一种聚晶金刚石复合片 | |
| CN2738939Y (zh) | 金刚石/硬质合金复合片 | |
| US9062502B2 (en) | PDC disc cutters and rotary drill bits utilizing PDC disc cutters | |
| CN201679451U (zh) | 弧面聚晶金刚石复合片 | |
| CN211524716U (zh) | 一种带有宽刃口切削齿的pdc钻头 | |
| CN111425144A (zh) | 聚晶金刚石复合片及钻头 | |
| EP2961912B1 (en) | Cutting elements leached to different depths located in different regions of an earth-boring tool and related methods |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20071114 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |