金刚石钻头钎焊烧结工艺及结合界面研究

发布时间：2017-10-14 08:25

  本文关键词：金刚石钻头钎焊烧结工艺及结合界面研究

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【摘要】：钎焊金刚石钻头由于在接触界面发生了诸如溶解、浸润的化学反应,提高了胎体对金刚石切削刃的把持效果。在高倍SEM下扫描发现过渡层存在微裂纹,微裂纹是钻头发生疲劳失效的主要因素之一。本文通过弹塑性力学、断裂力学理论分析普通取心钻头以及绳索取心钻头(厚壁钻头)的胎体性能、切削刃力学性能以及裂纹扩展趋势。本文取得的主要进展如下:(1)运用弹塑性力学理论,研究钻头壁厚增大对钻头降温过程应力变化的影响。钎焊钻头制造过程中壁厚的不同会造成不同的切向拉应力,普通取心钻头较绳索取心钻头壁薄,因而制造过程中更容易产生裂纹;研究金刚石切削刃模型外侧把持力对金刚石切削刃过渡层的应力分布的影响。(2)本文运用Giffith原理分析钻头唇面任意一点的裂纹的扩展情况,发现唇面裂纹的应力强度因子K?受钻头尺寸、温差T、裂纹开裂方向?以及在唇面上的位置共同影响;从裂纹扩展角度分析钻头唇面不只存在垂于与轴线的裂纹而且存在其他方向裂纹的现象;唇面裂纹的扩展趋势随着壁厚的增大而减小。(3)由于过渡层的材料组成的复杂性以及胎体中、过渡层中裂纹的不规则性,过渡层裂纹的扩展过程很难通过常规的裂纹检测技术进行检测。通过Giffith原理分析?46普通取心钻头以及绳索取心钻头内壁处金刚石过渡层裂纹的扩展、强酸溶解制取试样的金刚石过渡层的裂纹扩展,发现过渡层裂纹的应力强度因子K?受钻头尺寸、温差T、裂纹开裂方向?以及在唇面上的位置共同影响;从裂纹扩展角度分析出过渡层裂纹扩展方向垂直或近似垂直于金刚石表面碳化铬晶体轴线的方向;过渡层裂纹应力强度因子K?的增长速率随着温差的变大而变大;普通取心钻头以及绳索取心钻头生产过程中,两者之间尺寸的变化对金刚石过渡层的裂纹扩展影响不大;而单颗金刚石过渡层裂纹的应力强度因子K?远大于钻头包镶的金刚石过渡层裂纹的扩展,表明强酸溶解试样或者金刚石出刃过程中,过渡层中的裂纹扩展趋势不断增大。
【关键词】：钎焊烧结 裂纹 金刚石钻头
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG713.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 前言10-23
• 1.1 选题背景与项目依托10-11
• 1.2 研究现状11-20
• 1.2.1 人造金刚石的产生发展促进了金刚石钻头的发展11
• 1.2.2 金刚石钻头生产的工艺现况11-13
• 1.2.3 金刚石钻头的钎焊烧结工艺发展与改善13-15
• 1.2.4 结合界面的研究方法15-20
• 1.3 研究目的与研究意义20-21
• 1.4 本课题的研究内容、思路与方法21-23
• 第2章 降温过程胎体及金刚石颗粒热应力数值分析23-39
• 2.1 钻头胎体降温过程弹性热应力分析23-31
• 2.1.1 弹性热应力基本公式23-26
• 2.1.2 钻头胎体降温过程热应力公式26
• 2.1.3 MATLAB软件计算及结果分析26-31
• 2.2 金刚石切削刃热应力分析31-38
• 2.2.1 弹性热应力公式32-33
• 2.2.2 金刚石热应力公式33-34
• 2.2.3 过渡层热应力公式34
• 2.2.4 胎体合金层热应力公式34-35
• 2.2.5 变形协调条件35-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第3章 唇面及过渡层裂纹扩展39-61
• 3.1 裂纹扩展应力强度因子40-42
• 3.2 GIFFITH原理研究钻头胎体上的裂纹的扩展42-50
• 3.2.1 胎体裂纹应力强度因子KI随裂纹方向a的变化44-46
• 3.2.2 胎体裂纹应力强度因子KI随温差T的变化46-48
• 3.2.3 胎体裂纹应力强度因子KI随钻头壁厚的变化48-49
• 3.2.4 胎体轴向剖面上裂纹的扩展49-50
• 3.3 GIFFITH原理研究过渡层的裂纹的扩展50-59
• 3.3.1 过渡层裂纹应力强度因子KI随裂纹方向d 的变化53-56
• 3.3.2 过渡层裂纹应力强度因子KI随温差T的变化56-57
• 3.3.3 过渡层中方向d59.5°= 的裂纹的应力强度因子KI随温差T的变化57-59
• 3.4 本章小结59-61
• 第4章 结论61-63
• 4.1 本文主要结论和成果61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

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本文编号：1030033