PDC钻头浸渍工艺评定研究

为了评定PDC钻头胎体的烧结浸渍工艺,设计了16只以不同的烧结温度和保温时间制造的PDC钻头,对钻头试样的烧结浸渍胎体进行了力学性能测试和组织结构金相显微分析,结合试验结果,分析了烧结温度和保温时间对PDC钻头浸渍工艺的影响。试验结果表明:采用烧结温度为1 180℃和保温时间为95 min时胎体试样的各项测试结果均达到最优,其具体力学性能参数为平均硬度HRC 47.33,平均冲击韧性9.20 J,平均抗弯强度593.33 MPa,其显微组织均匀,结构完整。     

钎焊金刚石钻头胎体拉伸测试及断面分析

力学性能是钻头胎体的重要性能,但是用传统方法检测困难。因此设计胎体试样烧结模具,通过钎焊烧结制备拉伸试样,测试其强度并分析断口形貌。结果显示:胎体同基体结合良好;胎体与金刚石表面发生碳化反应;胎体层中的金刚石降低胎体的抗拉强度。试验条件下,加入金刚石后胎体强度最大下降53.8%。      

金刚石工具用FeCoCu预合金粉组成对烧结特性的影响

通过共沉淀法制备不同Fe-Cu配比的FeCoCu预合金粉,并对其微观结构进行表征与分析。同时,对3种粉体进行不同温度下的烧结实验和对烧结试样块进行力学性能及磨损质量损失进行测试,并对预合金粉与金刚石的界面结合情况进行探讨。结果表明:预合金粉中形成了Co_3Fe_7、CoFe_(15.7)、FeCu_4等中间相,在一定程度上实现合金化。3种预合金粉末的形状均为不规则状,粉末颗粒较细,且相互连接,表面疏松,有利于烧结。3种预合金粉中单质相仍占有较大比例,单质配比对烧结体性能有重要影响。Fe含量增加时,试样的理想烧结温度及烧结体力学性能均升高。Fe-Cu配比会对微观结构产生重要影响,胎体对金刚石以机械包镶为主,结合XRD及Raman光谱可知,与预合金粉烧结后的金刚石表面发生石墨化。     

CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对热压富铁基胎体力学性能的影响

热压富铁基金刚石钻头具有成本低、钻速高的优点,已在钻探中广泛应用。对比相同的热压富铁基胎体配方,通过测试试样的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性,研究CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:添加CSB-2预合金粉的胎体性能均比单质混粉胎体性能好。随CSB-2质量分数的增加,胎体的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性分别最大提高了7.68%、27.99%、94.43%和312.82%;同时,胎体粉末预合金化有利于降低胎体的热压烧结温度;为获得良好的应用效果,CSB-2质量分数应大于30%,且最佳烧结温度为940~980℃。      

热压工艺参数对WC-Cu基胎体力学性能的影响

在深部钻探中，WC-Cu基金刚石钻头胎体被广泛使用。为了提高钻头使用性能，在同一胎体配方下，采用正交试验方案对热压参数进行设计，并烧制试样进行抗弯强度和显微硬度测试。通过方差和极差分析不同烧结温度(A)、烧结压力(B)、保温时间(C)、冷却方式(D)对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:对纯胎体和含金刚石胎体抗弯强度影响的顺序为A>D>B>C；对胎体维氏硬度影响的顺序是A>C>B>D。本次正交试验中的最优理论烧结参数为A₃B₃C₁D₄，即烧结温度为960 ℃、烧结压力为16 MPa、保温时间为3 min、冷却方式为400 ℃保温炉冷。此时，与理论参数最接近的工艺试验结果为:纯胎体抗弯强度为983.33 MPa、硬度为437.40 HV，金刚石胎体试样抗弯强度为525.00 MPa。      

烧结工艺对铁基胎体合金化程度影响的研究

本文从研究混料时间、烧结温度、保温时间等工艺参数对铁基胎体合金化程度影响的机理出发,进一步分析这些工艺参数对铁基胎体力学性能的影响。实验结果表明,适当提高烧结温度、延长保温时间和混料时间可以提高胎体的合金化程度,从而使胎体的组织细密,力学性能提高。然而当烧结温度提高到860℃,或者混料时间达到8h,则在胎体中出现较为严重的氧化现象,导致力学性能反而降低。     

三元硼化物基硬质合金烧结过程中的相变和微观组织的演化

采用真空烧结方法制备了WC-Co/TiB_2体系的三元硼化物基硬质合金,并用XRD、SEM、EDS等方法对材料进行分析,研究了烧结过程中的相变和微观组织的演化,同时研究了烧结温度对该材料力学性能的影响。结果表明,WCoB仅会在固相烧结阶段生成,随着烧结温度提高逐渐发生分解,在1300℃以上经液相烧结后的试样其最终相组成为W_2CoB_2和TiC及少量TiB_2。W_2CoB_2颗粒随烧结温度的升高有逐渐聚集长大的趋势。在1 400℃烧结后的试样具有最佳的综合力学性能,其硬度可达HRA92.0,抗弯强度达763.2 MPa。     

FeCoCu预合金粉末含量和烧结温度对碳化钨基钻头性能的影响

为提高钻头胎体耐磨性与地层研磨性的适应性,提高钻头自锐能力,选取FeCoCu预合金粉作为胎体成分,对胎体性能进行研究。在碳化钨基胎体中添加FeCoCu预合金粉末,调节金刚石钻头胎体中FeCoCu粉末与WC粉末的配比关系,并在不同的烧结温度下烧制试样,寻找FeCoCu含量和烧结温度对胎体性能的影响规律。试验结果发现：随着FeCoCu含量的升高,胎体的相对致密度、洛氏硬度、抗弯强度和耐磨性随之降低;烧结温度对相对致密度、洛氏硬度、抗弯强度的影响幅度小,对胎体耐磨性的影响幅度大,最大变化幅度达到310%。FeCoCu预合金与烧结温度的耦合作用下,胎体的耐磨性变化存在较宽的调节区间,可通过二者组合的变化,调节胎体耐磨性,提高胎体对地层的适应性。     

Cu85Sn15粘结剂对铁基胎体抗弯性能的影响

为降低铁基粉末烧结温度和改善铁基胎体的力学性能,研究了Cu85Sn15粘结剂对铁基胎体抗弯强度的影响规律.采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察含Cu85Sn15铁基胎体T1的孔隙形貌、断口形貌和扩展路径,利用能谱分析(EDS)定性分析胎体T1的物相组成.结果表明,随着烧结温度升高,胎体T1的抗弯强度先升高后微降,在烧结温度为820~850℃时,胎体T1具有良好的强韧匹配;胎体T1断裂位置由颗粒界面向烧结颈、熔化的Cu85Sn15凝固组织转变.胎体T1孔隙的减少、致密度的增大是其强度提高的主要原因,Cu85Sn15合金软相的存在是其塑性提高的主要原因.     

CuSn粘结剂对铁基胎体抗弯性能的影响

为降低铁基粉末烧结温度和改善铁基胎体的力学性能,研究了Cu85Si15粘结剂对铁基胎体抗弯强度的影响规律.采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）观察含Cu85Si15铁基胎体T1的孔隙形貌、断口形貌和扩展路径,利用能谱分析（EDS）定性分析胎体T1的物相组成.结果表明,随着烧结温度升高,胎体T1的抗弯强度先升高后微降,在烧结温度为820~850℃时,胎体T1具有良好的强韧匹配;胎体T1断裂位置由颗粒界面向烧结颈、熔化的Cu85Si15凝固组织转变.胎体T1孔隙的减少、致密度的增大是其强度提高的主要原因,CuSn合金软相的存在是其塑性提高的主要原因.     

纳米级90W-7Ni-3Fe复合粉末的低温烧结机制

采用DTA研究了喷雾干燥-H2还原法制备的纳米级90W-7Ni-3Fe复合粉末随温度升高时熔点和相的变化,依此为根据研究了试样在不同烧结温度和不同烧结时间下的烧结特性.采用扫描电子显微镜和金相仪分别对试样断口进行了形貌观察和W晶粒测试,并对烧结样的性能进行了测定与分析.研究结果表明:保温时间为120 min时,随着烧结温度的提高,试样的性能有显著的变化,当烧结温度为1390℃时,试样的抗拉强度、延伸率和相对密度都达到一个极大值,分别为888.3 MPa,12.9%和99.0%;当烧结温度为1390℃时,随烧结时间的延长,试样的性能也有显著的变化,试样的抗拉强度、延伸率和相对密度在保温120 min时都达到一个极大值;平均W晶粒度为20 μm,W晶粒呈球形或近球形;复合粉末烧结活性高,比传统烧结温度降低80℃;粉末中高的氧含量和在干氢中的烧结,使得试样在液相烧结时容易出现孔洞和气泡,W晶粒和粘结相分布不均匀,致使试样力学性能偏低.     

ZrO_2添加量和烧结温度对氧化铝陶瓷性能的影响

采用不同的氧化铝粉为原料,添加ZrO_2,通过冷等静压和烧结工艺制备了致密度较高的氧化铝陶瓷。研究了不同ZrO_2添加量和烧结温度对氧化铝陶瓷的显微组织、烧结性能和显微硬度的影响。结果表明,对于烧结温度为1 600℃和1 550℃的试样,ZrO_2分布在氧化铝晶粒晶界上,显著减少了烧结试样中的气孔。添加ZrO_2降低了烧结温度,提高了烧结试样的致密度,ZrO_2作为第二相也起到了弥散强化的作用。添加ZrO_2可显著改善ZTA复相陶瓷的烧结性能,大幅度提高其相对密度。ZrO_2的加入和烧结温度的提高,均能有效提高试样的抗弯强度。影响试样抗弯强度的因素包括试样的气孔率及试样组分及其性质和微观组织形貌,但试样的气孔率为主要影响因素。提高烧结温度和加入ZrO_2均是通过提高试样的相对密度,降低其气孔率实现力学性能的提升。     

第二代FeCuCo预合金粉末的烧结与力学性能研究

采用国产真空热压烧结机制备了第二代FeCuCo预合金粉末的胎体试样,着重研究了不同烧结温度对胎体的断口形貌、相对密度、硬度和抗弯强度的影响。结果表明:在选定的不同热压烧结温度下,胎体的断口均为沿晶断裂和穿晶断裂的混合型断口,胎体的晶粒尺寸比较均匀;随着烧结温度的升高,胎体内的晶粒逐渐长大,但没有发生异常长大现象,胎体的相对密度先略有升高然后恒定不变,硬度一直呈下降趋势,抗弯强度先升高后下降;在30 MPa保压6 min的条件下,第二代FeCuCo预合金粉末的最佳烧结温度为850℃,此时胎体的相对密度为97.5%,硬度为105.5 HRB,抗弯强度为1 839.14MPa。     

Y2O3对铁基金刚石工具性能的影响

采用正交试验方法研究热压压力、烧结温度和Y₂O₃含量等3个因素对铁基胎体硬度、致密度、抗弯强度和断口微观形貌等的影响,并获得较优的烧结工艺参数。在此基础上,制备含Y₂O₃的铁基金刚石工具,并对其断口形貌、耐磨性和锋利度等进行检测及分析。结果表明:含Y₂O₃的铁基结合剂胎体,其相对密度和硬度的影响因素次序为Y₂O₃含量＞烧结温度＞热压压力,抗弯强度的影响因素次序为烧结温度＞Y₂O₃含量＞热压压力;且Y₂O₃能促进铁基金刚石胎体组织的致密化,降低其烧结温度。在烧结温度为780 ℃、热压压力为51 kN的较优烧结工艺下,适量的Y₂O₃能使金刚石工具的孔隙率减小、黏结状况改善,并增强黏结剂对金刚石磨粒的把持能力。      

新型多孔金属结合剂胎体的研制

本文采用正交设计和方差分析的方法,对新型铝青铜结合剂配方和烧结温度进行优化.试验比较新、旧造孔剂在新型铝青铜结合剂和传统的锡青铜结合剂中的造孔效果以及对胎体力学性能的影响.结果表明:随着烧结温度、铝含量以及Fe含量的提高,铝青铜胎体的抗弯强度、硬度和耐磨性均提高.当铝青铜胎体中的Al含量为8％、Fe含量为3％,TiH2...     

TiB_2/Cu复合材料微波烧结制备工艺探讨

以TiB2/Cu复合粉末压坯为研究对象,应用微波烧结炉对其进行烧结。探讨了微波烧结制备TiB2/Cu复合材料的几种基本的工艺因素。结果表明,在微波烧结条件下,以SiC粉末作为辅助加热,可以得到较快的升温速率,并且温度易于控制;将试样放置于SiC粉末上,可以较好地进行温度测量,试样烧结外观较好;随着烧结温度和时间的增大,试样致密度有所提高。在1 000℃烧结10min得到的致密度最高。     

烧结压力对低液相Fe基预合金钻头胎体性能的影响

在烧结温度为950℃、保温时间为5 min及不同烧结压力条件下开展热压烧结试验，对比研究烧结压力对3种低液相Fe基预合金钻头胎体和1种传统Fe基钻头胎体性能的影响，具体包括胎体压入硬度、抗弯强度、致密度和金刚石包镶强度等力学性能，以及金刚石的热损伤情况和钻头胎体的微观组织结构与形貌特征等。结果表明：随着烧结压力增大，低液相空白胎体的压入硬度、抗弯强度和致密度逐渐增大，而传统Fe基空白胎体的压入硬度和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势，其致密度为增大趋势；对于含金刚石的胎体，低液相与传统Fe基胎体抗弯强度均随烧结压力增大而增大，当烧结压力为20 MPa时，继续增大压力，低液相含金刚石胎体的抗弯强度趋于稳定，而传统Fe基含金刚石胎体的抗弯强度略有下降。同时，随着烧结压力的增大，低液相胎体的均一性明显增强，但金刚石的热损伤加剧。综合胎体的力学性能与断口形貌特征，优选的烧结压力为20 MPa，此时的低液相Fe基预合金胎体硬度、抗弯强度可满足孕镶金刚石钻头需要。     

高铁基金刚石工具胎体烧结工艺及切割性能

通过调整高铁基胎体的成分，并测试分析烧结节块的力学性能和断口组织，研究并优化其成分设计和烧结工艺。结果表明:设计成分为Fe质量分数75%、扩散CuSn10质量分数15%、Cu+Ni质量分数10%的高铁基胎体综合性能较好，其烧结温度范围为910～940 ℃，硬度HRB 90以上，抗弯强度1 200 MPa以上，断口组织呈较明显的韧窝状。胎体在此条件下合金化程度较好，且较宽的工艺范围也适合工业化生产。用该高铁基胎体制备一种低成本激光焊接通用金刚石锯片LW350，并同市售相同规格的代表性同类锯片进行水泥混凝土切割对比试验，结果表明:采用该胎体制备的激光焊接通用锯片可显著降低成本；锯片的锋利度降低约15%，寿命提高约20%。      

脱蜡工艺对超细预合金胎体中碳氧含量的影响

为提高超细预合金粉末的流动性、冷压性能,需加入制粒剂对超细预合金粉末进行制粒,再通过还原脱蜡工艺和随炉保温脱蜡工艺2种脱蜡方法去除。结果表明:超细预合金粉末制粒后无论采用还原脱蜡工艺还是随炉保温脱蜡工艺脱蜡,烧结后的胎体都会有制粒剂残留从而使碳含量增加;还原脱蜡工艺处理的胎体中碳、氧质量分数最低,分别为0.048%和0.22%,但随炉保温脱蜡工艺通过延长保温时间,胎体中碳含量也可以达到还原脱蜡工艺的水平。在随炉保温脱蜡工艺下,试样氧含量不随保温时间增加而降低,只与烧结条件有关,高温烧结时石墨模具内产生还原性气氛使试样氧含量降低。2种脱蜡方法对超细FeCoCu预合金粉末胎体的抗弯强度和洛氏硬度影响不大。      

青铜结合剂金刚石砂轮胎体性能评价的研究(2)——评价方法

在金相组织测试结果的基础上,分别对四种不同工艺条件下制备的青铜胎体试样的金相形貌进行了观测,并分别测试了其密度、硬度和抗弯强度.综合考虑金刚石砂轮对金属结合剂性能的要求,结合其微观组织形貌和宏观物理力学性能差异,评价了各工艺条件下制备的胎体试样性能的优缺点,并为砂轮制备工艺优化提出了参考意见.