[发明专利]岩钻刀片

说明书

一种由硬质合金制成的岩钻刀片，其包括：在包括Co的粘结剂相中的由碳化钨(WC)构成的硬质成分，其中所述硬质5合金包括4至18质量％的Co和余量的WC以及不可避免的杂质，其特征在于，所述硬质合金还包括Cr，所述Cr的量使得Cr/Co质量比在0.04至0.19的范围内，并且在所述岩钻刀片的表面的任何点处的0.3mm深度处的硬度与所述岩钻刀片的主要部分的硬度之间的差至少为40HV3。

技术领域

本发明涉及一种岩钻刀片，所述岩钻刀片包括主体，所述主体由含有铬的WC-Co基的硬质合金制成，其中在硬质合金主体的表面和主要部分(bulk)之间存在着显著的硬度梯度。

背景技术

岩钻是这样的一个技术领域，其中用于在岩石中进行钻凿的刀片由于钻凿的固有性质而经受严重的腐蚀条件和反复的冲击两者。不同的钻凿技术将导致刀片上的不同冲击负载。特别严重的冲击条件存在于诸如如下那些应用中，在所述应用中：岩钻刀片被安装在顶锤(TH)装置、潜孔(DTH)钻凿装置或旋转钻凿装置的岩钻钻头主体中。

岩钻刀片在岩钻期间所经受的条件还要求岩钻刀片具有预定的导热率，以防止它们达到过高的温度。

传统上，岩钻刀片可以由硬质合金制成的主体组成，该硬质合金包括：在包括钴(Co)的粘结剂相中的由碳化钨(WC)构成的硬质成分。

本发明源于研究在压坯的压实和烧结之前将铬添加到形成硬质合金的其它组分中的效果。因此，岩钻刀片的硬质合金在其粘结剂相中含有铬。

发明内容

本发明的目的

本发明的一个目的是提出一种岩钻刀片，与由WC-Co基的硬质合金制成的现有技术的刀片相比，该岩钻刀片具有改进的耐腐蚀性，所述改进的耐腐蚀性减少了在湿钻凿条件下的磨损。硬质合金仍然必须具有可接受的硬度和延展性，以承受其在使用期间将经受的反复的冲击载荷。换句话说，该硬质合金一定不能太脆。此外，本发明的目的是提出一种岩钻刀片，其具有提高的耐磨性和提高的冲击韧性，从而减少了早期损坏和弯曲负载失效。

定义

术语“主要部分”在本文中是指岩钻刀片的最内部(中心)的硬质合金。

发明概述

本发明的目的是借助于由硬质合金制成的岩钻刀片来实现的，该硬质合金包括：在包括Co的粘结剂相中的由碳化钨(WC)构成的硬质成分，其中该硬质合金包括有4至18质量％的Co、和余量的WC以及不可避免的杂质，其特征在于，所述硬质合金还包括有Cr，该Cr的量使得Cr/Co质量比为0.04-0.19，并且在岩钻刀片的表面的任何点处的0.3mm深度处的硬度与岩钻刀片的主要部分的最小硬度之间的差至少为40HV3。

本发明的岩钻刀片是借助于这样的工艺来生产的，在该工艺中：将包括有硬质合金的元素的粉末碾磨并压实成压坯，然后对其进行烧结。通常进行磨削步骤，以获得钻头刀片的精确尺寸。本发明的钻头刀片通常具有圆筒形基部和圆化形顶部，该圆化形顶部可以是半球形、圆锥形或不对称的。通常，对圆筒形基部的弯曲表面进行磨削，以获得所需的精确直径，同时顶部和圆形基部的表面保持处于其烧结状态。然后，对钻头刀片进行后处理(诸如特殊的高能振荡碰撞工艺)，这在刀片中引入高水平的压缩应力。

令人惊讶地发现，压缩应力的诱发和粘结剂硬化的组合效果对于含铬刀片在高能振荡碰撞工艺中的预施加处理期间以及在钻凿应用本身期间都特别强。因此，基于本发明的含铬硬质合金的岩钻刀片将在实际钻凿期间提供比不含铬的硬质合金的岩钻刀片更强的表面硬化。

结果是减少了磨损并增加了在刀片的使用期间对刀片破损的抵抗力。此外，Cr的添加使得Co-粘结剂相的耐腐蚀性得到改善，这减少了湿钻凿条件下的磨损。

如果Cr/Co质量比太低，则所提到的Cr的积极效果将太小。另一方面，如果Cr/Co质量比太高，则将会形成在其中溶解钴的碳化铬，由此粘结剂相的量显著减少并且硬质合金变得太脆。