RU2008187C1

RU2008187C1 - Method of manufacture of abrasive members

Info

Publication number: RU2008187C1
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Кузин; М.А. Борцова
Original assignee: Институт физики высоких давлений им.Л.Ф.Верещагина
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: manufacture of abrasive members. SUBSTANCE: abrasive dust is placed between cermet backings and submitted to the effect of high pressure and temperature within the range of thermodynamic stability of abrasive; a mix of synthetic diamond dust with a particle size within 80 to 200 microns and natural diamond dust with a particle size within 10 to 30 microns, their weight ratio being from 20: 1 to 1: 1, is used as abrasive. EFFECT: facilitated procedure. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам изготовления абразивных элементов, которые могут быть использованы при бурении горных пород, а также для обработки таких материалов, как камень, спеченная керамика, стекло и др. The invention relates to methods for manufacturing abrasive elements that can be used in drilling rocks, as well as for processing materials such as stone, sintered ceramics, glass, etc.

Цель - повысить режущие свойства абразивных элементов за счет использования природного алмазного порошка для заполнения пор между частицами синтетического алмаза в абразивном слое. The goal is to increase the cutting properties of abrasive elements through the use of natural diamond powder to fill the pores between the particles of synthetic diamond in the abrasive layer.

Для этого предложен способ изготовления абразивного элемента, при котором абразивный порошок помещают между металлокерамическими подложками и воздействуют на него высоким давлением и температурой в области термодинамической стабильности абразива, отличающийся тем, что в качестве абразива берут смесь синтетического алмазного порошка размером частиц 80-200 мкм и природного алмазного порошка размером частиц 10-30 мкм при их весовом соотношении от 20: 1 до 1: 1. For this, a method for manufacturing an abrasive element is proposed, in which the abrasive powder is placed between ceramic-metal substrates and exposed to high pressure and temperature in the field of thermodynamic stability of the abrasive, characterized in that a mixture of synthetic diamond powder with a particle size of 80-200 microns and natural diamond powder with a particle size of 10-30 microns with a weight ratio of 20: 1 to 1: 1.

В дальнейшем порошки с размером частиц 80-200 мкм крупнозернистые, а порошки с размером частиц 10-30 мкм - мелкозернистые. Subsequently, powders with a particle size of 80-200 microns are coarse-grained, and powders with a particle size of 10-30 microns are coarse-grained.

При спекании крупнозернистый порошок образует прочную скелетную структуру, а поры между крупными частицами синтетического алмаза заполняет мелкозернистый порошок природного алмаза. During sintering, the coarse-grained powder forms a strong skeletal structure, and the pores between the large particles of synthetic diamond are filled with fine-grained powder of natural diamond.

Способ реализуется следующим образом. Предварительно прессованный, спеченный и отшлифованный диск из металлокерамического твердого сплава толщиной 3-6 мм помещают в графитовую печь, затем засыпают алмазную шихту, полученную путем смешения фракции крупнозернистого синтетического алмазного порошка, размер частиц которого может лежать в пределах от 80 до 200 мкм, с фракцией мелкозернистого природного алмазного порошка, размер частиц которого находится в пределах от 10 до 30 мкм. Сверху устанавливают прессованный, спеченный и отшлифованный диск из металлокерамического твердого сплава толщиной 1 мм (экран). В оставшейся полой части печи располагают тугоплавкий наполнитель, отделяя его от металлокерамических дисков слоем тепло- и электроизолирующего материала. Собранный контейнер с печью-нагревателем помещают в камеру высокого давления. Затем спекают при давлении 4-10 ГПа, температуре 1500-1700^оС в течение 3-10 с. После охлаждения и снятия давления готовую пластину извлекают из контейнера и шлифуют. В зависимости от применения пластин тонкий экран из металлокерамического твердого сплава сошлифовывают полностью или частично.The method is implemented as follows. A pre-pressed, sintered and ground grinding disk of a metal-ceramic hard alloy with a thickness of 3-6 mm is placed in a graphite furnace, then the diamond charge obtained by mixing a fraction of a coarse-grained synthetic diamond powder, the particle size of which can lie in the range from 80 to 200 microns, is filled with a fraction fine-grained natural diamond powder, the particle size of which is in the range from 10 to 30 microns. A pressed, sintered and ground disc of metal-ceramic hard alloy with a thickness of 1 mm (screen) is installed on top. In the remaining hollow part of the furnace, a refractory filler is placed, separating it from the ceramic-metal disks with a layer of heat and electrical insulating material. The assembled container with the heating furnace is placed in a high pressure chamber. Then sintered at a pressure of 4-10 GPa, a temperature of 1500-1700 ^about C for 3-10 s. After cooling and pressure relief, the finished plate is removed from the container and ground. Depending on the application of the plates, a thin screen of cermet is polished completely or partially.

П р и м е р 1. Предварительно приготавливают 1,2 г алмазной шихты: синтетического алмазного порошка зернистостью 200/160-0,6 г, порошка природного алмаза зернистостью 28/20-0,6 г, что соответствует весовому соотношению 1: 1. Прессованный, спеченный и отшлифованный диск из сплава ВК-15 диаметром 21,5 мм, толщиной 4 мм помещают в графитовую печь-нагреватель, сверху засыпают алмазную шихту. Затем размещают прессованный, спеченный и отшлифованный диск из ВК-15 диаметром 21,5 мм, толщиной 1 мм (экран). В верхней и нижней полых частях печи-нагревателя размещают наполнитель-графит толщиной 2 мм, отделив его от сплава ВК-15 слоем слюды. PRI me R 1. Pre-prepare 1.2 g of the diamond charge: synthetic diamond powder with a grain size of 200 / 160-0.6 g, a powder of natural diamond with a grain size of 28 / 20-0.6 g, which corresponds to a weight ratio of 1: 1 A pressed, sintered and ground disc of VK-15 alloy with a diameter of 21.5 mm and a thickness of 4 mm is placed in a graphite heating furnace, and a diamond charge is poured on top. Then place the pressed, sintered and ground disc of VK-15 with a diameter of 21.5 mm, a thickness of 1 mm (screen). A filler-graphite 2 mm thick is placed in the upper and lower hollow parts of the heating furnace, separating it from the VK-15 alloy with a layer of mica.

Собранный контейнер с печью-нагревателем помещают в камеру высокого давления и спекают при давлении 8 ГПа и температуре 1500-1700^оС в течение 5 с. Затем снимают температуру и давление, спеченный образец извлекают из камеры высокого давления. После всесторонней шлифовки и полой сошлифовки экрана из ВК-15 полученную двухслойную пластину испытали на абразивную стойкость по ГОСТ 16504-81 и ГОСТ 24297-83, она составит 0,0140 мм/км ± 0,0005 мм/км.The assembled container with oven-heater was placed in a pressure chamber, and sintered at a pressure of 8 GPa and a temperature of 1500-1700 ^o C for 5 seconds. Then the temperature and pressure are removed, the sintered sample is removed from the high-pressure chamber. After comprehensive grinding and hollow grinding of the screen from VK-15, the resulting two-layer plate was tested for abrasion resistance according to GOST 16504-81 and GOST 24297-83, it will be 0.0140 mm / km ± 0.0005 mm / km.

П р и м е р 2. Предварительно готовят навеску алмазной шихты 0,24 г: синтетического алмазного порошка зернистостью 100/80-0,18 г, порошка природного алмаза зернистостью 28/20-0,06 г, что соответствует весовому соотношению 3: 1. Прессованный, спеченный и отшлифованный диск из сплава ВК-15 диаметром 9,5 мм и толщиной 3 мм помещают в графитовую печь-нагреватель, затем засыпают алмазную шихту, сверху размещают прессованный, спеченный и отшлифованный диск из сплава ВК-15 диаметром 9,5 мм, толщиной 1 мм. Незаполненный объем печи-нагревателя заполняют графитом-наполнителем толщиной 2 мм, отделив его от дисков из сплава ВК-15 слоем слюды. Собранный контейнер с печью-нагревателем помещают в камеру высокого давления и создают давление 10 ГПа. Спекание ведется при температуре 1700^оС в течение 7 с. После снятия давления и охлаждения извлеченный образец шлифуют, полностью сошлифовывают экран и проводят испытания на абразивную стойкость по ГОСТ 16504-81 и ГОСТ 24297-83. Абразивная стойкость составила 0,0135 мм/км± ± 0,0005 мм/км.PRI me R 2. Pre-prepare a sample of the charge of 0.24 g of synthetic diamond powder with a grain size of 100 / 80-0.18 g, natural diamond powder with a grain size of 28 / 20-0.06 g, which corresponds to a weight ratio of 3: 1. A pressed, sintered and ground disc of VK-15 alloy with a diameter of 9.5 mm and a thickness of 3 mm is placed in a graphite heating furnace, then the diamond charge is poured, a pressed, sintered and ground disc of VK-15 alloy with a diameter of 9 is placed on top, 5 mm, 1 mm thick. The empty volume of the heater furnace is filled with graphite filler 2 mm thick, separating it from the VK-15 alloy disks with a layer of mica. The assembled container with the heating furnace is placed in a high pressure chamber and a pressure of 10 GPa is created. Sintering is carried out at a temperature of 1700 ^about C for 7 s. After depressurization and cooling, the extracted sample is ground, the screen is completely ground and abrasion resistance tests are performed according to GOST 16504-81 and GOST 24297-83. Abrasion resistance was 0.0135 mm / km ± ± 0.0005 mm / km.

П р и м е р 3. Предварительно приготавливают 1,2 г алмазной шихты: синтетического алмазного порошка зернистостью 100/80 мкм - 1,143 г, порошка природного алмаза зернистостью 10 мкм - 0,057 г, что соответствует соотношению 20: 1, далее - аналогично примеру 1. PRI me R 3. Pre-prepare 1.2 g of the diamond charge: synthetic diamond powder with a grain size of 100/80 microns - 1.143 g, a powder of natural diamond with a grain size of 10 microns - 0.057 g, which corresponds to a ratio of 20: 1, then - similarly to the example 1.

При испытании полученного образца по ГОСТ 16504-81 м ГОСТ 24297-83 абразивная стойкость составила 0,0150 ± 0,0005 мм/км. When testing the obtained sample according to GOST 16504-81 m, GOST 24297-83 abrasion resistance was 0.0150 ± 0.0005 mm / km.

Согласно технологии, изложенной в примерах, осуществлен ряд опытов. Сравнительные данные по износостойкости полученных алмазно-твердосплавных пластин приведены в таблице (толщина алмазного слоя 0,8 мм). According to the technology described in the examples, a number of experiments were carried out. Comparative data on the wear resistance of the obtained diamond carbide inserts are given in the table (diamond layer thickness 0.8 mm).

Для сопоставления абразивных свойств изделий, предлагаемых в прототипе, были изготовлены образцы согласно способу-прототипу. Полученные образцы были испытаны на износостойкость. Результаты испытаний также приведены в таблице. To compare the abrasive properties of the products proposed in the prototype, samples were made according to the prototype method. The resulting samples were tested for wear resistance. The test results are also shown in the table.

Испытания показали, что средняя величина износостойкости образцов, полученных по предлагаемому способу, в 1,5-2 раза выше, чем износостойкость образцов, полученных по известному способу. Повышение абразивных свойств абразивно-режущих элементов обеспечивает значительный эффект при их использовании в буровых коронках: известно, что при низкой абразивной стойкости и быстром износе режущих элементов коронок последние необходимо поднимать для замены с глубин до нескольких километров, что снижает производительность бурения и является дорогостоящим процессом. При повышении абразивных свойств режущих элементов срок износа коронки также увеличивается, следовательно сокращается число операций подъема коронки и ее замены, что уменьшает стоимость одного метра проходки скважины. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1425984, кл. В 24 D 3/06, 1976. Tests have shown that the average wear resistance of samples obtained by the proposed method is 1.5-2 times higher than the wear resistance of samples obtained by the known method. Improving the abrasive properties of abrasive cutting elements provides a significant effect when used in drill bits: it is known that with low abrasion resistance and rapid wear of the cutting elements of the crowns, they must be raised to replace them from depths to several kilometers, which reduces drilling performance and is an expensive process. With an increase in the abrasive properties of the cutting elements, the wear time of the crown also increases, therefore, the number of crown lifting and replacement operations is reduced, which reduces the cost of one meter of well drilling. (56) 1. USSR author's certificate N 1425984, cl. In 24 D 3/06, 1976.

Claims

METHOD FOR PRODUCING AN ABRASIVE ELEMENT, in which the abrasive powder is placed between ceramic-metal substrates and exposed to high pressure and temperature in the field of thermodynamic stability of the abrasive, characterized in that, in order to increase the cutting properties of the abrasive element, a mixture of synthetic diamond powder is used as an abrasive particle size 80 - 200 microns and natural diamond powder with a particle size of 10 - 30 microns with a mass ratio of from 20: 1 to 1: 1.