【摘要】：隨著金剛石鉆頭在地質(zhì)鉆探中的廣泛應(yīng)用,鉆進(jìn)工作對鉆頭的要求也隨之變得越來越高,其中鉆頭的鉆進(jìn)效率和使用壽命是評價鉆頭性能的重要指標(biāo)。鉆頭胎體是包鑲金剛石、影響鉆頭性能的重要組成部分。因此鉆頭胎體材料的優(yōu)化設(shè)計對提高金剛石鉆頭的性能有著重要意義。為了提高鉆頭的鉆進(jìn)效率和使用壽命,本文選擇在胎體中添加氧化釔,通過燒結(jié)不同胎體配方的試樣,測試各試樣的硬度、沖擊韌性以及抗彎強(qiáng)度,并通過掃描電鏡觀察試樣的斷口形貌,研究氧化釔對胎體各項性能的影響,以及氧化釔改善胎體性能的作用機(jī)制。最后通過微鉆實驗驗證添加氧化釔的新型金剛石鉆頭在實際工作中的可行性。通過對不同添加量的胎體試樣進(jìn)行了室內(nèi)實驗,發(fā)現(xiàn)添加適量的氧化釔能明顯提高胎體的力學(xué)性能。與未添加氧化釔的胎體材料相比,添加0.8%稀土氧化釔時,其抗沖擊韌性提高了約90%,抗彎強(qiáng)度提高了16%,硬度提高了15%以上,此時胎體性能達(dá)到最佳效果,原因是氧化釔的添加能通過彌散強(qiáng)化以及細(xì)化晶粒等作用改善胎體內(nèi)部結(jié)構(gòu),使胎體更加致密化,從而提高了胎體性能。另外通過掃描電鏡觀察金剛石復(fù)合材料的斷口形貌發(fā)現(xiàn),添加0.8%氧化釔能改善胎體與金剛石之間的粘結(jié)性與潤濕性,提高胎體對金剛石的包鑲能力。但氧化釔的添加不能降低胎體的燒結(jié)溫度,最佳燒結(jié)溫度與未添加氧化釔胎體的燒結(jié)溫度一樣,仍為830℃。通過微鉆實驗,進(jìn)一步得出添加氧化釔的新型金剛石鉆頭具有更好的鉆進(jìn)效果,其使用壽命也有明顯提高,是未添加氧化釔的金剛石鉆頭的2倍左右。證明了添加氧化釔的金剛石鉆頭在實際鉆探工作中的可行性。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P634.41
【圖文】：

3.3 胎體洛氏硬度對于粉末冶金材料，其硬度與耐磨性是成正比關(guān)系的，當(dāng)試樣的硬度越高，耐磨性就越好，相反硬度越低其耐磨性就相對越低。測試胎體試樣的洛氏硬度，用 HR-150A 型洛氏硬度計進(jìn)行硬度測試，并用 HRC 進(jìn)行度量，每種胎體測試塊試樣，每種胎體的硬度取三塊被測試樣硬度的平均值。洛氏硬度的測定方法用規(guī)定的的壓頭（金剛石壓頭或鋼球壓頭），在先后施加兩個載荷（預(yù)載荷 P0總載荷 P）作用下壓入試樣表面，當(dāng)卸除主載荷 P1，保留預(yù)載荷 P0時，測量壓入深度為 h1，以壓入深度 h1和在預(yù)載荷作用下的壓入深度 h0做差，所得值h 的值表示洛氏硬度的高低。當(dāng)深度差Δh 越大，表示其硬度值越低；深度差h 小，則硬度值高。其作用原理見圖 2-1

；針對添加金剛石的試樣，觀察試樣內(nèi)金剛石與基體的結(jié)合情況，分析胎體對剛石的包鑲性能。.4 微鉆試驗.4.1 微鉆試驗設(shè)備與材料（1）巖樣：所鉆進(jìn)巖樣為堅硬致密的花崗巖，其主要礦物成分有：石英、長石、黑云母等（如圖 2-2 所示）；其物理力學(xué)性質(zhì)如表 2-2 所示。表 2-2 花崗巖物理力學(xué)系數(shù)巖石類型抗拉強(qiáng)度范圍（σt/MPa）抗壓強(qiáng)度范圍（σc/MPa）彈性模量范圍（E /GPa）泊松比（v）花崗巖 3.92~28.4 37~241 30.4~80.2 0.17~0.36

微鉆試驗設(shè)備（3）試驗鉆頭：試驗鉆頭為上述試驗方案所設(shè)計鉆頭，是Φ30/18mm微型

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本文編號：2766295