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金刚石钻头是勘探工作中的常见破岩工具,但金刚石热稳定性较差,在钻进过程中会不断产生热量,干旱缺水条件下钻头自冷却对钻进效率的提高具有非常重要的意义。为降低干钻条件下钻头胎体与岩石界面间的摩擦因数从而减少钻进过程中金刚石的热损伤,在热压Fe基金刚石钻头胎体中添加二硫化钼(MoS2),研究MoS2含量对Fe基钻头胎体相对密度、洛氏硬度、抗弯强度以及与白刚玉砂轮干磨时的磨损量和摩擦因数的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等测试仪器分析了抗弯强度和摩擦磨损试验后的试样断口和表面的形貌及物相成分。试验结果表明,在试验范围内,Fe基胎体相对密度与MoS2含量关系不大,但是与未添加MoS2的Fe基胎体相比,其相对密度提高了约2.5%,达98%以上。Fe基胎体洛氏硬度随着MoS2含量的增加先增大后减小,在MoS2体积分数为8%时胎体硬度最大,洛氏硬度HRB值达101.3。Fe基胎体抗弯强度随着MoS2含量的增加先增大后减小,在MoS... 相似文献
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针对孕镶金刚石钻头在强研磨性地层中磨损快、寿命短的问题,利用WC硬度高、润湿性好、耐磨性好的特点,向铁基预合金粉末中添加WC颗粒作为胎体骨架金属。通过测试不同WC含量的胎体试样的硬度、抗冲击韧性以及抗弯强度,寻找骨架金属WC对胎体性能的影响规律。试验结果发现,随着WC含量的逐渐增加,胎体的硬度、抗冲击韧性、抗弯强度均呈现先增大后减小的变化趋势。从微观和能量的角度出发,分析了出现这种规律的原因。最后得出烧结温度为830 ℃、WC含量为5%时,胎体的性能达到最优,此时胎体的强度和研磨性最大。 相似文献
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为了提高钻进坚硬岩层的工作效率,将孕镶金刚石钻头胎体结构设计为栅格状,分析了栅格状孕镶金刚石钻头钻进岩层时的碎岩方式,并采用粉末冶金法制备Inconel 718和CoCrMo试样,通过分析不同烧结温度对两种胎体试样的硬度、耐磨性及抗弯强度的影响,确定了两种材料的最优烧结参数,并对其在该烧结温度下的力学性能进行对比分析。研究结果表明:Inconel 718和CoCrMo均具有较好的抗弯强度,满足钻进坚硬岩层对胎体抗弯强度的要求。Inconel 718的硬度比传统WC基胎体材料小,试样磨损量较大,适合用于地质灾害应急勘查等要求钻进速度快的极端情况;CoCrMo的硬度及耐磨性与传统WC基胎体接近,适合作为孕镶金刚石钻头的胎体材料。 相似文献
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对胎体材料中添加稀土元素问题进行了试验研究。对添加稀土和未加稀土的胎体性能进行测试，结果表明，添加稀土比未加稀土的胎体材料的抗弯强度、硬度和冲击韧性均有所提高，其中抗弯强度提高了10％－62％，冲击韧性提高了5％。胎体中添加稀土对提高胎体和金刚石碎岩工具的技术经济指标具有重要作用,并且为在胎体材料中实现以Fe代Co创造了有利条件。 相似文献
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钴基胎体金刚石钻头具有性能好、价格高的特点,以Fe代Co作为胎体材料是提高金刚石钻头性价比的主要方法之一。但是Fe替代Co后存在金刚石热损伤严重、被包镶强度不足、胎体抗冲击和耐磨性差等问题,因此改善热压铁基金刚石钻头胎体力学性能对降低钻探成本、提高钻探效率具有重要研究意义。利用自行设计的磁处理设备对铁基热压金刚石钻头胎体进行磁化处理,通过正交试验等方法研究了磁感应强度、磁场频率和磁处理时间对胎体硬度、抗弯强度和耐磨性的影响及其规律。试验结果表明:试验胎体硬度最优磁处理参数为0.8 T/8 Hz/3 min,磁处理后胎体抗弯强度最高提升了13.8%,耐磨性增加,特别是含金刚石的胎体磁处理后其磨损量可降低38.1%。 相似文献
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为减小孕镶金刚石切削工具的烧结温度对单晶金刚石性能的影响和改善切削工具胎体性能,降低烧结温度和优选胎体配方材料是很好的解决方法。在切削工具的胎体中加入适量纳米镍粉,通过对制备试样的硬度、强度和耐磨性测试及微观特征分析,综合评价该方法的可行性。结果表明：对于WC基胎体,含有纳米镍粉的胎体较不含纳米镍粉的胎体HRC提高11.9%,抗弯强度提高18.4%,耐磨性提高44.5%;对于Fe基胎体,含有纳米镍粉的胎体较不含纳米镍粉的胎体HRC提高19.5%,抗弯强度提高0.2%,耐磨性提高33.3%。既减小了温度对金刚石的影响,又提高了切削工具整体性能。 相似文献
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胎体配方预合金化近年来已成为有关孕镶金刚石钻头研究的一个新热点。根据相同的热压富铁基含金刚石钻头胎体配方,通过改变CSB-2预合金的加量和烧结温度,制作试样进行摩擦磨损测试,并对抗弯强度测试后的试样进行SEM分析和EDS能谱测试。摩擦磨损试验结果表明,4种烧结温度条件下,胎体磨损量均随着CSB-2加量的增大而减小,且相同CSB-2加量条件下,胎体磨损量随烧结温度的升高先增大后减小。SEM分析表明,添加CSB-2预合金可使胎体组织细化,孔隙数减少;高温烧结(980℃以上)时,铁基胎体对金刚石具有热腐蚀作用,随着胎体配方中CSB-2预合金含量的增加,金刚石的热腐蚀程度逐渐减缓。EDS能谱测试表明,胎体配方的预合金化可增大胎体金属对金刚石的润湿性,提高胎体对金刚石的包镶强度。 相似文献
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超声波冷锻与阳极氧化处理铝合金钻杆摩擦学性能研究 总被引：2，自引：0，他引：2
恰当的表面工程技术是实现长寿命、高可靠性、高耐磨性铝合金钻杆的关键技术之一。本文选用超声波冷锻技术(Ultrasonic Cold Forging Technology,UCFT)和阳极氧化技术(Anodic Oxidation,AO)对铝合金钻杆材料(7E04)进行表面强化处理。在球盘摩擦磨损试验机上对UCFT和AO处理前后铝合金的摩擦学性能进行表征,选取Zr O2硬质材料的对磨球。结果表明,经UCFT处理后样品表面形成了约为100μm的塑性变形层,表面晶粒细化至56 nm;经AO处理后样品表面生成了多孔的氧化物层,其厚度约60μm;UCFT处理与AO处理均不同程度地提高了样品的表面硬度和耐磨性;且AO处理能有效降低样品的摩擦系数;与未处理的样品表面发生了磨料磨损、粘着磨损和塑性形变不同,UCFT处理的样品呈现出典型的粘着磨损形貌,AO处理的样品主要为疲劳磨损形式。 相似文献
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为提高金刚石钻头钻进钢筋混凝土、强磨性岩层的钻进效率,选择了一种耐磨性高、冷压成型好的铁预合金粉。本文设计了铁基胎体配方,研究了铁基预合金粉、Cu、Ni、Co各成分对铁基金刚石钻头胎体及钻进性能的影响。测试了不同配方下烧结试样的抗拉强度、三点抗弯强度和硬度,使用扫描电镜对断口进行微观分析,通过现场钻进实验测试钻头的钻进效率与寿命。同时分析了保温时间对铁基胎体力学性能的影响。结果表明：Cu、Ni、Co对铁基胎体的抗弯强度和硬度影响较大,且保温时间为5 min时,铁基胎体可以获得较好的力学性能。 相似文献
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热压碳化钨基复合胎体材料性能试验 总被引：3，自引：0，他引：3
为了提高碳化钨（WC）基复合胎体材料的性能,在烧结压力为13 MPa、升温时间为6 min、保温时间为5 min的情况下,采用真空热压烧结的方法制备了金刚石钻头所用的10种不同比例WC基胎体材料试样30块,并对试样进行了洛氏硬度(HRC)、抗弯强度(σ)等性能测试。通过试验数据分析研究了WC、663青铜(ZQSn663)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)与胎体材料HRC和σ的关系。结果表明：WC质量分数对胎体的HRC和σ的影响是主要因素,胎体的HRC和σ具有内在联系,HRC高的胎体σ往往也高;在胎体配方中各个成分的含量都应得到控制才能保证胎体的性能优良,各成分的质量分数控制为：w(WC)<59.1%, w(ZQSn663)>25%, 3%<w(Ni)<6.5%, 0.9%<w(Co)<3.5%, w(WC-ZQSn663)<20%。 相似文献
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文章介绍了超细FeCoCu预合金粉末应用于金刚石钻头胎体中的试验研究。通过基础性试验测试表明：在663Cu含量为30%的前提下,在金刚石钻头胎体组成成分中添加FeCoCu预合金粉末,通过调节其与WC粉末的配比关系,能够有效地调节钻头胎体硬度,适应不同的地层。通过回归分析得到了胎体硬度与FeCoCu粉末加量的数学关系式,由此关系式可预测胎体硬度或计算FeCoCu粉末加量。经过野外实际钻进试验证明：添加了FeCoCu粉末的金刚石钻头胎体综合性能具有较大的提高,为后续钻头耐磨性研究提供了经验积累。 相似文献
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Christopher P. Bobko Benjamin Gathier J. Alberto Ortega Franz‐Josef Ulm Lavinia Borges Younane N. Abousleiman 《国际地质力学数值与分析法杂志》2011,35(17):1854-1876
An inverse micromechanics approach allows interpretation of nanoindentation results to deliver cohesive‐frictional strength behavior of the porous clay binder phase in shale. A recently developed strength homogenization model, using the Linear Comparison Composite approach, considers porous clay as a granular material with a cohesive‐frictional solid phase. This strength homogenization model is employed in a Limit Analysis Solver to study indentation hardness responses and develop scaling relationships for indentation hardness with clay packing density. Using an inverse approach for nanoindentation on a variety of shale materials gives estimates of packing density distributions within each shale and demonstrates that there exists shale‐independent scaling relations of the cohesion and of the friction coefficient that vary with clay packing density. It is observed that the friction coefficient, which may be interpreted as a degree of pressure‐sensitivity in strength, tends to zero as clay packing density increases to one. In contrast, cohesion reaches its highest value as clay packing density increases to one. The physical origins of these phenomena are discussed, and related to fractal packing of these nanogranular materials. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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岩石试样的强度准则及内摩擦系数 总被引：5，自引：1，他引：4
岩石是一种非均质材料并含有各种缺陷,利用岩样的应力应交全程曲线可以确定理想强度,在排除岩样缺陷后讨论峰值强度与围压的关系,即强度准则。通过岩样剪切破坏后保持轴向变形恒定降低围压试验,可以确定岩样由摩擦力维持的承载能力随围压的变化关系。比较峰值强度和残余强度随围压变化关系的异同,可以研究岩样屈服过程中内摩擦系数的变化情况,以及内摩擦力对岩样变形特性的影响。粉砂岩试样在峰值应方时内摩擦系数已经达到最大值,峰后只是粘结力或者说是材料强度的降低过程,围压对变形没有明显影响。大理岩试样屈服过程中内摩擦系数不断增加,而内摩擦力的增加量与围压有关,高围压时只有材料强度完全丧失之后,由内摩擦力达到岩样的承载极限。内摩擦力系数随屈服过程增大,是岩石由脆性转交为廷性的根本原因。 相似文献
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The interest in understanding the wear mechanisms of cemented carbide (CC) is not a new development. For a long time, there have been studies on different wear mechanisms under different coal/rock cutting conditions. These studies have helped improving the quality of CC, thereby preventing such wearing of tools. Due to highly unpredictable character of coal/rock, the wearing phenomena cannot be attributed to one single domain of conditions. However, one conclusion that can be drawn in this context is that, under similar working conditions, similar types of CC undergo similar nature of wearing process. An optimum combination of high wear resistance, strength and hardness has facilitated widespread application of CC in the field of mining engineering. The abrasive parts of the mining tools are made of CC materials. The current study is focussed on a detailed characterization of the wear mechanisms of conical picks, which are used for coal mining. Conical picks consist of a steel body with an inserted cone-shaped CC tip. After being used for a certain period of time, both, the CC tip and the steel body get distorted. In this study, selection of appropriate samples was followed by critical observation of them through field emission scanning electron microscopy (FESEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). In the previous study, we explained the distortion process of both, the tip as well as the body, using the SEM images. For the present study, two samples were taken from our previous investigation for further analysis. Three other samples were also included in the present study. Seven different types of wear mechanisms, such as, cracking and crushing, cavity formation, coal intermixing, chemical degradation along with abrasion, long and deep cracks, heating effect and body deformation were observed in the five tool samples. 相似文献
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孕镶金刚石钻头通过钻头胎体的持续磨损实现金刚石的自锐和高效破岩。因此,研究金刚石钻头磨损的影响因素及其影响程度和影响机理,对孕镶金刚石钻头的设计和使用非常重要。本次研究探讨了岩石物理力学性质、钻头胎体性能和钻进工艺参数等因素对孕镶金刚石钻头磨损过程和磨损机理的影响。分析表明,对钻头磨损最为显著的影响因素是岩石中的硬质颗粒导致的磨粒磨损,其次是钻头胎体与岩粉之间的粘着磨损,以及冲洗液中岩粉颗粒导致的冲蚀磨损。在此基础上,以不同硬度的钻头胎体摩擦磨损试验结果为例,探讨了钻头胎体性能及其内部硬质点对钻头磨损的影响机理。该研究成果可为科学设计与合理使用孕镶金刚石钻头提供依据。 相似文献