新型低造价高性能PDC钻头浸渍合金的研究
发布时间：2021-11-20 21:29
作为石油钻井所用的聚晶金刚石钻头切削刃（以下简称PDC）所采用的超硬PDC,其使用寿命、抗剪切能力、抗耐磨性能,均取决于浸渍合金性能的优劣程度。铜合金由于具有良好的润湿性和优异的机械性能以及耐腐蚀性而获得了广泛应用。目前所使用的浸渍合金大多数为Cu-Ni-Mn合金。这种材料的成本高,抗拉强度较低,流动性差,熔点高。因此,研制高强度高耐磨的新型低造价高性能PDC钻头浸渍合金成为钻井工业生产有待解决的问题。在此背景下,采用铸造法工艺制备出Cu-Ni-Sn-Mn-Fe系列浸渍合金以及用无压浸渍工艺制备WCp/铜合金基体系列复合材料,并利用金相观察、SEM、TEM、能谱分析及磨损率、硬度的测量等方法,研究了Cu-Ni-Sn-Mn-Fe系列浸渍合金和WCp/Cu-Ni-Sn-Mn-Fe系列复合材料的组织和性能的影响。研究发现:（1） Cu-Ni-Sn-Mn-Fe系列浸渍合金的铸态组织为明显的树枝晶组织:枝晶内是Cu、Ni原子富集的α相,枝晶间为溶质原子Sn富集的{Cu, Sn}固溶体。几种铜合金都存在较严重的Sn元素的枝晶偏析,必须经行适当的均匀化处理,消除树枝晶偏析,方可...
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固—液界面的润湿角
河北工业大学硕士学位论文等金属间化合物，这些金属间化合物可以降低韧性。有资料称[102]，Cu 和 Ni 皆不溶于 Sn，在 1135℃时 Sn 在 Ni 中的溶解度为 15%；Sn 在 Cu 中的最大溶解度为 9.26%。由此看来，对 Cu-Ni-Sn 合金，要获得好的机械性能，Sn 含量不宜超过 10%。Cu-Ni-Sn-Mn 合金是一种很好的合金系统。基于 Ni 与 Cu 可构成无限固溶体这一事实，Ni 对Cu-Mn-Sn 合金也有所影响。该合金的状态图如图 1.4 所示[103]，这种合金系统的单项范围，Mn 含量虽然可以很宽，但随着 Mn 含量的增加，Sn 含量变小。为降低浸渍温度，Mn、Sn 含量都要适当提高，这又与同时具有较好机械性能相矛盾。因此，在 Cu-Ni-Sn-Mn 四元合金中，Mn 与 Sn 含量的相互制约关系是很严格的。其中 Sn 含量高时，对合金的机械性能很不利，合金呈灰色，松脆，无铜合金应有的金属光泽[94]。
Fig1.4 The phase diagram of Cu-Mn-Sn alloy[103]图1.3 室温时 Cu-Ni-Sn合金α固溶体的饱和界限图[94]Fig. 1.3 The phase diagram of saturationboundary of α solid solution of Cu-Ni-Sn alloyin room-temperature[94]图 1.5 Cu-Fe 合金相图[103]Fig. 1.5 The phase diagram of Cu-Fe alloy[103]
【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒增强金属基复合材料的研究进展[J]. 杨涛林,陈跃. 铸造技术. 2006(08)
[2]聚晶金刚石的应用现状和发展趋势[J]. 张勤俭,曹凤国,王先逵. 金刚石与磨料磨具工程. 2006(01)
[3]无压浸渗法制备B4C/Al复合材料研究[J]. 李青,华文君,崔岩,张少卿. 材料工程. 2003(04)
[4]磨煤机用硬质颗粒增强复合合金材料的耐磨性[J]. 周霞,鲍志勇,周继扬,毛健镇. 铸造. 2002(10)
[5]颗粒体积分数对WC/铁基表面复合材料冲蚀磨损性能的影响[J]. 蒋业华,周荣,张玉勤,邢建东. 铸造. 2002(07)
[6]渣浆泵用WC/铁基表面复合材料的研究[J]. 蒋业华,周荣,卢德宏,邢建东. 铸造. 2002(03)
[7]改善碳化钨颗粒与高铬铸铁界面结合的效果与机理[J]. 许斌. 热加工工艺. 2002(01)
[8]碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗反应机理探讨[J]. 张少卿,崔岩,王美炫,宋颖刚. 材料工程. 2001(12)
[9]SiC颗粒增强铝合金基复合材料断裂与强化机理[J]. 郭成,程羽,尚春阳,苏文斌,许建群. 复合材料学报. 2001(04)
[10]颗粒强化钢铁基复合材料的研究现状与展望[J]. 林文松,李元元. 粉末冶金工业. 2001(05)
本文编号：3508123
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固—液界面的润湿角
河北工业大学硕士学位论文等金属间化合物，这些金属间化合物可以降低韧性。有资料称[102]，Cu 和 Ni 皆不溶于 Sn，在 1135℃时 Sn 在 Ni 中的溶解度为 15%；Sn 在 Cu 中的最大溶解度为 9.26%。由此看来，对 Cu-Ni-Sn 合金，要获得好的机械性能，Sn 含量不宜超过 10%。Cu-Ni-Sn-Mn 合金是一种很好的合金系统。基于 Ni 与 Cu 可构成无限固溶体这一事实，Ni 对Cu-Mn-Sn 合金也有所影响。该合金的状态图如图 1.4 所示[103]，这种合金系统的单项范围，Mn 含量虽然可以很宽，但随着 Mn 含量的增加，Sn 含量变小。为降低浸渍温度，Mn、Sn 含量都要适当提高，这又与同时具有较好机械性能相矛盾。因此，在 Cu-Ni-Sn-Mn 四元合金中，Mn 与 Sn 含量的相互制约关系是很严格的。其中 Sn 含量高时，对合金的机械性能很不利，合金呈灰色，松脆，无铜合金应有的金属光泽[94]。
Fig1.4 The phase diagram of Cu-Mn-Sn alloy[103]图1.3 室温时 Cu-Ni-Sn合金α固溶体的饱和界限图[94]Fig. 1.3 The phase diagram of saturationboundary of α solid solution of Cu-Ni-Sn alloyin room-temperature[94]图 1.5 Cu-Fe 合金相图[103]Fig. 1.5 The phase diagram of Cu-Fe alloy[103]
【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒增强金属基复合材料的研究进展[J]. 杨涛林,陈跃. 铸造技术. 2006(08)
[2]聚晶金刚石的应用现状和发展趋势[J]. 张勤俭,曹凤国,王先逵. 金刚石与磨料磨具工程. 2006(01)
[3]无压浸渗法制备B4C/Al复合材料研究[J]. 李青,华文君,崔岩,张少卿. 材料工程. 2003(04)
[4]磨煤机用硬质颗粒增强复合合金材料的耐磨性[J]. 周霞,鲍志勇,周继扬,毛健镇. 铸造. 2002(10)
[5]颗粒体积分数对WC/铁基表面复合材料冲蚀磨损性能的影响[J]. 蒋业华,周荣,张玉勤,邢建东. 铸造. 2002(07)
[6]渣浆泵用WC/铁基表面复合材料的研究[J]. 蒋业华,周荣,卢德宏,邢建东. 铸造. 2002(03)
[7]改善碳化钨颗粒与高铬铸铁界面结合的效果与机理[J]. 许斌. 热加工工艺. 2002(01)
[8]碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗反应机理探讨[J]. 张少卿,崔岩,王美炫,宋颖刚. 材料工程. 2001(12)
[9]SiC颗粒增强铝合金基复合材料断裂与强化机理[J]. 郭成,程羽,尚春阳,苏文斌,许建群. 复合材料学报. 2001(04)
[10]颗粒强化钢铁基复合材料的研究现状与展望[J]. 林文松,李元元. 粉末冶金工业. 2001(05)
本文编号：3508123
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