[实用新型]一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于石油、天然气钻探的一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿。

背景技术

在石油钻井中，牙轮钻头能适应各种地层的钻井，是主要的破岩工具之一。牙齿是牙轮钻头破岩的主要元件，也是决定牙轮钻头钻速的主要影响因素。牙轮钻头在井底工作时的运动状态和受力状态是相当复杂的，通过牙齿对岩石产生的冲击、压碎及滑动剪切破碎岩石，既要承受钻压、冲击力、弯矩和剪切力等的反复作用，又要受操作技术、钻头选型、地层变化等因素影响，因此，每种齿的结构都进行了优化设计，选用最优材料和最先进的加工工艺，使之具有最佳的强度和耐磨性能。目前，镶齿牙轮钻头的牙齿采用WC硬质合金材料，WC硬质合金具有高硬度、耐磨性好、抗压强度高、耐蚀性、抗氧化性好等优点。硬质合金的采用能提高钻头的破岩效率，增强牙齿的抗冲击能力，减少断齿率。但是硬质合金的缺点是韧性低，对冲击和振动敏感，并且，硬质合金是以碳化钨和稀有金属钴为主要原料，其经济价值和制造成本比较高。我国钨资源虽然丰富，但随着钨矿开采和钨用量的增加，钨资源形势也逐渐紧张；同时，中国钴资源匮乏，储量和产量都不能满足硬质合金生产的需要，每年都需从国外进口。

发明内容

本实用新型目的是为了克服现有技术不足，提供一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿，以替代硬质合金牙齿，这样既能降低生产加工成本，又能减少对钨、钴等稀有金属的使用。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿，由齿冠和齿柱构成，采用经过烧结的韧性陶瓷，再按齿柱过盈量为0.1－0.3mm加工成韧性陶瓷牙齿，通过压齿机将韧性陶瓷牙齿安装在牙爪的牙轮上。

陶瓷是一种无机非金属材料，有硬度大、抗压强度大、耐高温、耐磨损、抗氧化和耐腐蚀等优点，但其脆性大、韧性低的致命缺点严重影响了陶瓷材料的应用范围。韧性陶瓷是采用陶瓷增韧技术以改善陶瓷断裂韧性而制成的特种陶瓷。

本实用新型的优点，韧性陶瓷牙轮钻头牙齿与硬质合金牙齿相比，既提高了韧性和抗冲击能力，又具有原料、生产成本较低、不使用钨钴类稀有贵重金属等优点。

附图说明

图1为本实用新型一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿的韧性陶瓷牙齿结构示意图；

图2为本实用新型的牙轮钻头结构示意图。

图中：1.牙爪，2.牙轮，3.韧性陶瓷牙齿，4.齿冠，5.齿柱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如图1、图2所示，本实用新型一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿，由齿冠4和齿柱5构成，采用经过烧结的韧性陶瓷，再按齿柱5过盈量为0.1－0.3mm加工成韧性陶瓷牙齿3，通过压齿机将韧性陶瓷牙齿3安装在牙爪1的牙轮2上。

本实用新型一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿的制作过程如下：按配方加工得到造粒粉，将造粒粉振动填充于型腔为齿型的等静压成型用模具的腔中处理后使之成型。将成型体放在一同材质、同成型压力制得的坯板上，放在高温炉中以1600℃的温度烧结4h。制得的陶瓷牙齿3力学性能为：抗压强度2000MPa，抗弯强度1500MPa，断裂韧度10MPa·m^1/2。